本書總結(jié)了鋰電池基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵材料、電池技術(shù)的研究成果，特別是對(duì)各種鋰電池正負(fù)極材料、電池工藝進(jìn)行了詳盡介紹。全書共分為15章，涉及能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化的基本要素、鋰電池、嵌入原理、剛性能帶理論模型應(yīng)用于鋰嵌入化合物的可靠性、二維正極材料、單元素離子的三維框架正極材料、聚陰離子正極材料、氟代聚陰離子化合物、無序化合物、鋰離子電池負(fù)極、鋰電池電解質(zhì)與隔膜、儲(chǔ)能納米技術(shù)、試驗(yàn)技術(shù)、鋰離子電池安全性、鋰離子電池技術(shù)等內(nèi)容。本書具有全面、具體、新穎、實(shí)用的特點(diǎn)，可以作為我國從事鋰電池研究、生產(chǎn)、應(yīng)用的各類科技與專業(yè)人員的一部極具價(jià)值的參考書，也可以作為各類高校、研究院所從事電化學(xué)及材料學(xué)相關(guān)專業(yè)師生的有益參考書。
引進(jìn)國外主要電池研究所的鋰電池技術(shù)的更新著作，每一章都是相關(guān)領(lǐng)域知名專家的寶貴經(jīng)驗(yàn)，由國內(nèi)知名電池專業(yè)研究所翻譯而成。具有全面、具體、新穎、實(shí)用的特點(diǎn)。相信本書可以成為我國從事鋰電池研究、生產(chǎn)、應(yīng)用的各類科技與專業(yè)人員的一部極具價(jià)值的參考書；同時(shí)，本書也可以作為各類高校、研究院所從事電化學(xué)及材料學(xué)相關(guān)專業(yè)師生的有益參考書。
譯者前言《鋰電池科學(xué)與技術(shù)》（Lithium Batteries Science and Technology）是由法國和加拿大科學(xué)家Christian Julien 、Alain Mauger、 Ashok Vijh 、Karim Zaghib共同編寫的鋰電池專著。該書全面總結(jié)了鋰電池基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵材料、電池技術(shù)的研究成果。特別是對(duì)各種正負(fù)極材料、電池工藝進(jìn)行了詳盡介紹。《鋰電池科學(xué)與技術(shù)》共15章，涉及能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化的基本要素、鋰電池、嵌入原理、剛性能帶理論模型應(yīng)用于鋰嵌入化合物的可靠性、二維正極材料、單元素離子的三維框架正極材料、聚陰離子正極材料、氟代聚陰離子化合物、無序化合物、鋰離子電池負(fù)極、鋰電池電解質(zhì)與隔膜、儲(chǔ)能納米技術(shù)、試驗(yàn)技術(shù)、鋰離子電池安全性、鋰離子電池技術(shù)等內(nèi)容，具有全面、具體、新穎、實(shí)用的特點(diǎn)。譯者相信本書可以成為我國從事鋰電池研究、生產(chǎn)、應(yīng)用的各類科技與專業(yè)人員的一部極具價(jià)值的參考書；同時(shí)，本書也可作為各類高校、研究院所從事電化學(xué)及材料學(xué)相關(guān)專業(yè)師生的有益參考書。中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所作為全國最大的電池專業(yè)研究所承擔(dān)了本書的翻譯工作。參加本書翻譯和審校的專家與科技人員有：劉興江、王松蕊、盧志威、宗軍、許寒、郁濟(jì)敏、李楊等。同時(shí)，中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所和化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)該書的編撰與出版提供了有力支持。在此謹(jǐn)向參與本書翻譯和相關(guān)工作的專家與科技人員表示衷心感謝；向支持本項(xiàng)工作的領(lǐng)導(dǎo)和同事表示衷心感謝。由于譯者水平和時(shí)間所限，本書難免有不當(dāng)之處，歡迎讀者批評(píng)指正。劉興江2017年10月前言充電電池儲(chǔ)能在近二十年來成為被關(guān)注的焦點(diǎn)，基于互聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)電子設(shè)備(如筆記本電腦、手機(jī)、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)等)都離不開儲(chǔ)能電池。電池的重要性日益突顯，已廣泛應(yīng)用在電動(dòng)工具、便攜電子設(shè)備、遠(yuǎn)程醫(yī)療和遠(yuǎn)程教學(xué)以及實(shí)時(shí)通信領(lǐng)域。如今，能源與環(huán)境問題備受重視，混合電動(dòng)汽車和純電動(dòng)汽車已有取代化石燃料汽車之勢(shì)，儲(chǔ)能電池被推到解決能源與環(huán)境問題的首要位置，起到關(guān)鍵性作用。在這樣的背景下，儲(chǔ)能電池的研究、開發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用煥發(fā)出了巨大活力，不斷推出更高效、更耐用的電池，并想方設(shè)法提高電池比能量和比功率。電池行業(yè)尤其是鋰電池行業(yè)發(fā)表論文和申請(qǐng)專利的數(shù)量巨大，這一研究領(lǐng)域的火熱程度可見一斑。電池行業(yè)每年召開很多座談會(huì)和研討會(huì)，近幾年出版了大量書籍，這些書籍基本上都是由行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員編寫而成。那么，為什么還要出版本書呢？第一，現(xiàn)代鋰離子電池的主要研發(fā)中心之一是Hydro-Québec研究所，本書的作者就是在這里工作。第二，以前的書基本上都是由電池研究人員編寫的；本文的作者有其他學(xué)科的研究背景，可以從多個(gè)不同角度來看待這一領(lǐng)域：Christian Julien和Alain Mauger從事電池材料方面的固態(tài)物理學(xué)研究；Ashok Vijh是界面電化學(xué)專家，可以從新的角度提出不同觀點(diǎn)；Karim Zaghib是電化學(xué)工程師，熟悉電池技術(shù)，經(jīng)驗(yàn)豐富。第三，電池在陸地運(yùn)輸甚至在航空運(yùn)輸中起火的事情還沒有引起科學(xué)界的足夠重視，至少?zèng)]有引起選擇和使用鋰電池的汽車與飛機(jī)制造商的重視�，F(xiàn)在很多書籍的作者從不同技術(shù)角度探討安全性問題，但通常公司的管理人員和采購人員對(duì)這些文章不感興趣。本書關(guān)于安全問題的論述不完全從技術(shù)角度出發(fā)，而是更多地關(guān)注使用者的感受。第四，近幾年來，納米技術(shù)的研究取得了很大進(jìn)步，人工合成多孔納米粒子，制備含有如石墨烯、碳納米管或?qū)щ娡繉拥膹?fù)合納米粒子。這些技術(shù)還有升級(jí)的空間，我們希望在不久的將來還能夠開發(fā)出下一代鋰離子電池。希望讀者在閱讀本書之后有所啟發(fā)，能夠在這一領(lǐng)域繼續(xù)研究和探討，這也是出版本書的目的。最后，本書中還突出了材料方面的內(nèi)容，包括粒子團(tuán)和界面性質(zhì)。本文的作者相信，無論是過去還是未來，電池研發(fā)技術(shù)的提升要以電池材料基礎(chǔ)理化研究為基礎(chǔ)。在這方面，John Goodenough先生作出了卓越的貢獻(xiàn)。法國，巴黎 克里斯汀·朱利恩法國，巴黎 艾倫·瑪格加拿大，魁北克 阿肖克·維志加拿大，魁北克 卡里姆·扎赫伯
第1章能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化的基本要素
1.1能量儲(chǔ)存能力/001
1.2不間斷能量供應(yīng)/002
1.3納米儲(chǔ)能/003
1.4儲(chǔ)能/004
1.5電化學(xué)電池簡要?dú)v史/006
1.5.1重要里程碑/006
1.5.2電池設(shè)計(jì)/007
1.6電池的重要參數(shù)/008
1.6.1基本參數(shù)/008
1.6.2循環(huán)壽命與日歷壽命/011
1.6.3能量、容量和功率/012
1.7電化學(xué)系統(tǒng)/013
1.7.1電池組/013
1.7.2電致變色與智能窗/014
1.7.3超級(jí)電容器/015
1.8總結(jié)與評(píng)論/016
參考文獻(xiàn)/016
第2章鋰電池
2.1引言/019
2.2發(fā)展歷史概述/020
2.3一次鋰電池/022
2.3.1高溫鋰電池/022
2.3.2固態(tài)電解質(zhì)鋰電池/023
2.3.3液態(tài)正極鋰電池/025
2.3.4固態(tài)正極鋰電池/025
2.4二次鋰電池/029
2.4.1鋰-金屬電池/029
2.4.2鋰離子電池/031
2.4.3鋰聚合物電池/035
2.4.4鋰-硫電池/036
2.5鋰電池經(jīng)濟(jì)/037
2.6電池模型/038
參考文獻(xiàn)/039
第3章嵌入原理
3.1引言/045
3.2嵌入機(jī)理/046
3.3吉布斯相律/047
3.4典型嵌入反應(yīng)/049
3.4.1完美的無化學(xué)計(jì)量比化合物：Ⅰ類電極材料/049
3.4.2準(zhǔn)兩相系統(tǒng)：Ⅱ類電極/051
3.4.3兩相系統(tǒng)：Ⅲ型電極/051
3.4.4鄰域：Ⅳ型電極/052
3.5插層化合物/052
3.5.1合成插層化合物/052
3.5.2堿金屬插層化合物/053
3.6插層化合物的電子能量/054
3.7插層化合物高電壓的產(chǎn)生原理/055
3.8鋰離子電池正極材料/056
3.9相轉(zhuǎn)化反應(yīng)/058
3.10合金化反應(yīng)/058
參考文獻(xiàn)/059
第4章剛性能帶理論模型應(yīng)用于鋰嵌入化合物的可靠性
4.1引言/062
4.2費(fèi)米能級(jí)的演變/062
4.3TMDs的電子結(jié)構(gòu)/064
4.4鋰嵌入TiS2材料/066
4.5鋰嵌入TaS2材料/068
4.6鋰嵌入2H-MoS2材料/069
4.7鋰嵌入WS2材料/071
4.8鋰嵌入InSe材料/072
4.9過渡金屬化合物的電化學(xué)性質(zhì)/074
4.10總結(jié)與評(píng)論/075
參考文獻(xiàn)/075
第5章二維正極材料
5.1引言/077
5.2二元層狀氧化物/077
5.2.1MoO3/077
5.2.2V2O5/080
5.2.3LiV3O8/082
5.3三元層狀氧化物/083
5.3.1LiCoO2(LCO)/084
5.3.2LiNiO2(LNO)/086
5.3.3LiNi1-yCoyO2(NCO)/087
5.3.4摻雜的LiCoO2(d-LCO)/089
5.3.5LiNi1-y-zCoyAlzO2(NCA)/091
5.3.6LiNi0.5Mn0.5O2(NMO)/092
5.3.7LiNi1-y-zMnyCozO2(NMC)/092
5.3.8Li2MnO3/095
5.3.9富鋰層狀化合物(LNMC)/097
5.3.10其他層狀化合物/099
5.4總結(jié)與評(píng)論/099
參考文獻(xiàn)/100
第6章單元素離子的三維框架正極材料
6.1引言/110
6.2二氧化錳/111
6.2.1MnO2/112
6.2.2錳基復(fù)合材料/112
6.2.3MnO2納米棒/113
6.2.4水鈉錳礦/115
6.3鋰化二氧化錳/116
6.3.1Li0.33MnO2/116
6.3.2Li0.44MnO2/117
6.3.3LiMnO2/118
6.3.4LixNa0.5-xMnO2/119
6.4尖晶石鋰錳氧化物/119
6.4.1LiMn2O4(LMO)/119
6.4.2錳酸鋰表面修飾/123
6.4.3缺陷尖晶石/124
6.4.4鋰摻雜尖晶石/124
6.55V尖晶石/126
6.6釩氧化物/128
6.6.1V6O13/128
6.6.2LiVO2/129
6.6.3VO2(B)/130
6.7總結(jié)與評(píng)論/130
參考文獻(xiàn)/131
第7章聚陰離子正極材料
7.1引言/138
7.2合成路線/140
7.2.1固相法/140
7.2.2溶膠-凝膠法/141
7.2.3水熱法/141
7.2.4共沉淀法/141
7.2.5微波合成/141
7.2.6多元醇與溶劑熱過程/142
7.2.7微乳液/142
7.2.8噴霧技術(shù)/142
7.2.9模板法/142
7.2.10機(jī)械活化/143
7.3晶體化學(xué)/144
7.3.1橄欖石磷酸鹽的結(jié)構(gòu)/144
7.3.2誘導(dǎo)效應(yīng)/146
7.4優(yōu)化的LiFePO4粒子的結(jié)構(gòu)與形貌/147
7.4.1磷酸鐵鋰的XRD譜/147
7.4.2優(yōu)化的磷酸鐵鋰的形貌/148
7.4.3局域結(jié)構(gòu)與晶格動(dòng)力學(xué)/148
7.5磁性和電子特性/150
7.5.1本征磁性/150
7.5.2-Fe2O3雜質(zhì)的影響/151
7.5.3Fe2P 雜質(zhì)的影響/152
7.5.4磁極性效應(yīng)/154
7.6碳包覆層/157
7.6.1碳層的表征/157
7.6.2碳層質(zhì)量/158
7.7化學(xué)計(jì)量比偏差的影響/160
7.8LFP顆粒暴露于水中的老化/161
7.8.1水浸LFP顆粒/162
7.8.2長期暴露于水中的LFP顆粒/163
7.9LFP的電化學(xué)性能/163
7.9.1循環(huán)性能/163
7.9.2電化學(xué)特性與溫度/164
7.104V正極LiMnPO4/166
7.11聚陰離子高電壓正極材料/167
7.11.1橄欖石材料的合成/168
7.11.25V正極材料LiNiPO4/168
7.11.35V正極材料LiCoPO4/168
7.12NASICON類型化合物/170
7.13聚陰離子硅酸鹽Li2MSiO4(M=Fe，Mn，Co)/171
7.14總結(jié)和展望/173
參考文獻(xiàn)/174
第8章氟代聚陰離子化合物
8.1引言/185
8.2聚陰離子型化合物/185
8.3氟代聚陰離子/187
8.3.1氟摻雜LiFePO4/187
8.3.2LiVPO4F/188
8.3.3LiMPO4F(M=Fe，Ti)/190
8.3.4Li2FePO4F(M=Fe，Co，Ni)/191
8.3.5Li2MPO4F(M=Co，Ni)/191
8.3.6Na3V2(PO4)2F3混合離子正極材料/192
8.3.7其他氟磷酸鹽/193
8.4氟硫酸鹽/193
8.4.1LiFeSO4F/194
8.4.2LiMSO4F(M=Co，Ni，Mn)/195
8.5總結(jié)與評(píng)論/196
參考文獻(xiàn)/197
第9章無序化合物
9.1引言/203
9.2無序MoS2/204
9.3水合MoO3/206
9.4MoO3薄膜/207
9.5無序釩氧化物/211
9.6LiCoO2薄膜/213
9.7無序LiMn2O4/214
9.8無序LiNiVO4/216
參考文獻(xiàn)/217
第10章鋰離子電池負(fù)極
10.1引言/221
10.2碳基負(fù)極/223
10.2.1硬碳/223
10.2.2軟碳/223
10.2.3碳納米管/224
10.2.4石墨烯/225
10.2.5表面修飾碳材料/226
10.3硅負(fù)極/226
10.3.1Si薄膜/228
10.3.2Si納米線/228
10.3.3多孔Si/230
10.3.4多孔納米管/納米線與納米顆粒/232
10.3.5納米結(jié)構(gòu)Si包覆及SEI穩(wěn)定性/233
10.4鍺/234
10.5錫和鉛/235
10.6具有插層-脫嵌反應(yīng)的氧化物/236
10.6.1TiO2/236
10.6.2Li4Ti5O12/242
10.6.3Ti-Nb氧化物/246
10.7基于合金化與去合金化反應(yīng)的氧化物/246
10.7.1Si氧化物/246
10.7.2GeO2和鍺酸鹽/248
10.7.3Sn氧化物/248
10.8基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的負(fù)極/252
10.8.1CoO/253
10.8.2NiO/254
10.8.3CuO/257
10.8.4MnO/258
10.8.5尖晶石結(jié)構(gòu)氧化物/260
10.8.6具有剛玉結(jié)構(gòu)的氧化物:M2O3(M=Fe,Cr,Mn)/264
10.8.7二氧化物/266
10.9尖晶石結(jié)構(gòu)三元金屬氧化物/267
10.9.1鉬化合物/267
10.9.2青銅型氧化物/268
10.9.3Mn2Mo3O8/269
10.10基于合金和轉(zhuǎn)化反應(yīng)的負(fù)極/269
10.10.1ZnCo2O4/269
10.10.2ZnFe2O4/270
10.11總結(jié)與評(píng)論/271
參考文獻(xiàn)/272
第11章鋰電池電解質(zhì)與隔膜
11.1引言/300
11.2理想電解質(zhì)的性質(zhì)/300
11.2.1電解質(zhì)的組成/301
11.2.2溶劑/301
11.2.3溶質(zhì)/302
11.2.4包含離子液體的電解質(zhì)/303
11.2.5聚合物電解質(zhì)/305
11.3鋰電池中電極-電解質(zhì)界面鈍化現(xiàn)象/306
11.4現(xiàn)有商業(yè)化電解質(zhì)體系存在的問題/307
11.4.1不可逆容量損失/307
11.4.2使用溫度范圍/308
11.4.3熱失控：安全與危害/308
11.4.4離子傳輸能力的提升/308
11.5電解質(zhì)設(shè)計(jì)/308
11.5.1SEI膜的控制/309
11.5.2鋰鹽的安全問題/309
11.5.3過充保護(hù)/311
11.5.4阻燃劑/311
11.6隔膜/313
11.7總結(jié)/315
參考文獻(xiàn)/315
第12章儲(chǔ)能納米技術(shù)
12.1引言/322
12.2納米材料的合成方法/323
12.2.1濕化學(xué)法/323
12.2.2模板合成法/327
12.2.3噴霧熱解法/327
12.2.4水熱法/328
12.2.5噴射研磨/330
12.3無序表面層/331
12.3.1一般注意事項(xiàng)/331
12.3.2LiFePO4納米顆粒的無序?qū)?332
12.3.3LiMO2層狀化合物的無序?qū)?334
12.4納米顆粒的電化學(xué)性能/336
12.5納米功能材料/337
12.5.1WO3納米復(fù)合材料/337
12.5.2WO3納米棒/338
12.5.3WO3納米粉末和納米膜/338
12.5.4Li2MnO3巖鹽納米結(jié)構(gòu)/339
12.5.5NCA材料中的鋁摻雜效應(yīng)/339
12.5.6MnO2納米棒/340
12.5.7MoO3納米纖維/341
12.6總結(jié)與評(píng)論/342
參考文獻(xiàn)/343
第13章試驗(yàn)技術(shù)
13.1引言/348
13.2理論/348
13.3嵌入?yún)?shù)的測(cè)量/349
13.3.1電化學(xué)電勢(shì)譜/349
13.3.2間歇恒電流電位滴定法/351
13.3.3電化學(xué)阻抗譜/353
13.4應(yīng)用：MoO3電極的動(dòng)力學(xué)研究/354
13.4.1MoO3晶體/354
13.4.2MoO3薄膜/354
13.5遞增容量分析法（ICA）/355
13.5.1簡介/355
13.5.2半電池的遞增容量分析法/357
13.5.3全電池的ICA和DVA法/361
13.6固相傳輸測(cè)量技術(shù)/362
13.6.1電阻率測(cè)量/362
13.6.2霍爾效應(yīng)測(cè)試法/362
13.6.3范德華測(cè)試技術(shù)/363
13.6.4光學(xué)性質(zhì)測(cè)試/364
13.6.5離子電導(dǎo)率測(cè)定：復(fù)合阻抗技術(shù)/367
13.7磁性質(zhì)測(cè)試在正極材料固體化學(xué)中的應(yīng)用/370
13.7.1LiNiO2/370
13.7.2LiNi1-yCoyO2/371
13.7.3硼摻雜的LiCoO2/373
13.7.4LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2/375
參考文獻(xiàn)/375
第14章鋰離子電池安全性
14.1引言/379
14.2實(shí)驗(yàn)與方法/380
14.2.1扣式電池制備/380
14.2.2差示掃描量熱儀（DSC）/380
14.2.3商業(yè)18650電池實(shí)驗(yàn)/380
14.3LiFePO4-石墨電池的安全性/382
14.4使用離子液體的鋰離子電池/388
14.4.1不同電解液中石墨負(fù)極性能/388
14.4.2不同電解液中LiFePO4正極性能/390
14.5表面修飾/391
14.5.1能量示意圖/392
14.5.2層狀電極的表面包覆/393
14.5.3尖晶石電極的表面修飾/394
14.6總結(jié)與評(píng)論/395
參考文獻(xiàn)/396
第15章鋰離子電池技術(shù)
15.1容量/400
15.2負(fù)極/正極容量比/400
15.3電極載量/401
15.4衰降/401
15.4.1晶體結(jié)構(gòu)破壞 /401
15.4.2SEI 膜討論/402
15.4.3正極基團(tuán)遷移 /402
15.4.4腐蝕/402
15.5制造與包裝/402
15.5.1步驟 1：電極活性材料顆粒的制備/402
15.5.2步驟 2: 電極疊片的制備/404
15.5.3裝配過程/407
15.5.4化成過程/408
15.5.5充電器/408
參考文獻(xiàn)/409
縮略詞
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