鋰離子電池手冊

序
前言
編輯的話
第一部分儲能系統／電池系統概述
第１章儲能系統／電池系統概述３

第二部分鋰離子電池
第２章鋰離子電池概述１１
第３章材料和功能１７
第４章鋰離子電池的正極材料２５
第５章鋰離子電池的負極材料３５
第６章電解質和導電鹽４７
第７章隔離膜５９
第８章鋰離子電池系統的結構７１
第９章鋰離子電池單體８０
第１０章鋰電池系統的密封和橡膠部件９０
第１１章感測器和測量技術９８
第１２章繼電器、開關、線束和插接件１０５
第１３章電池熱管理１２１
第１４章電池管理系統１３０
第１５章軟體１３９
第１６章電池技術發展趨勢１４６

第三部分電池生產
第１７章鋰離子電池單體的生產流程１６３
第１８章鋰離子電池單體和電池的生產工藝１７６
第１９章電池單體生產工廠的建設１８５
第２０章生產製造過程中的檢測方法１９４

第四部分其他課題
第２１章鋰離子電池開發、生產和回收的邊緣領域２０５
第２２章鋰離子電池開發和應用時的工作安全２０７
第２３章化學安全保護２１５
第２４章電氣安全保護２２７
第２５章汽車的功能安全２３４
第２６章鋰離子電池的功能和安全測試２４６
第２７章鋰電池和鋰離子電池的運輸２５７
第２８章鋰離子電池的回收２６５
第２９章電池系統生產專業人員的教育和培訓２７４
第３０章鋰離子電池安全和性能標準２８４

第五部分電池應用
第３１章鋰離子電池的應用範圍２９５
第３２章電池系統在電動車輛上的應用需求３０３
第３３章電池系統在固定儲能系統上的應用需求３２３

沒有電池的生活在當今世界是難以想像的。各種形式的電能儲存早已經是當今日常生活中不可或缺的一部分。如果沒有超過百年歷史的電池技術作為支撐，筆記型電腦、智慧手機和平板電腦等的成功都將不復存在。事實上，有很多種方法可以儲存能源，但只有一種方式是消費者所期望的，那就是可反復充電的電池，並且放電和充電的工作只需要簡單的操作就能夠完成。嚴格意義上講，電池並不是電能記憶體，而是一種電化學能量的轉換器。它的發展在過去幾十年並非一帆風順。

電池的歷史，無論是作為初級或次級元件，現今也無法考證最初發明的來源。

可以肯定的是，１８００年前後由伏打（１７４５—１８２７）發明了“伏打堆”。約６５年後，大約在１８６６年，由勒克朗謝（１８３９—１８８２）公佈了一篇關於初級元件的專利，即所謂的勒克朗謝元件。該元件的陽極為鋅，陰極為石墨，電解質為氯化銨，在陰極與電解質的交界面使用了二氧化錳塗層。隨後，加斯納（１８５５—１９４２）進一步優化了這套系統，最終由施密特（１８６８—１９４８）在１９０１年推出了第一款基於碳鋅材料的乾電池。

電池的進一步發展，無論是作為主要還是次要元素，一直以來都是比較緩慢的。在比能量和比功率的提升上沒有出現很大的突破。然而，電池技術和化學特性不斷發展：高迴圈穩定性，高安全性，完全免維修都是當今幾乎所有電池系統的基本要求。

２０世紀７０年代初開始了一個新的時代。慕尼克工業大學出現了一個全新的電池系統的想法，即用可逆的鹼金屬離子嵌入到陽極為碳和陰極為氧化物的鋰電池。

經歷了數年發展後，索尼公司於１９９１年在交通領域推出了第一款商業化的鋰電池。

鋰電池不斷發展，特別是在新材料方面，它必然走向最終的成功。

如今我們正面臨新的挑戰：移動設備和能源供應（能量轉換）的模式轉變需要新的能量存放裝置，它必須具備高性價比、安全、低維護成本、重量輕等特點。

這些特點在某些方面相互矛盾也很難同時全部得到滿足。這意味著，在研發以及在工業領域面臨著巨大的壓力，需要通過新技術的發展來接近這個目標。最近幾年，在研發領域的活動的確有所增加，包括在大學和研究機構下所建立的新機構，但他們是否足夠，還需要時間才能告訴我們答案。

這本《鋰離子電池手冊》為能量轉換的這種模式轉變的成功做出了小小的貢獻。５４位作者提交的３３章，覆蓋了一個很寬廣的領域，在第一時間對鋰離子電池所有相關領域進行了概述：電池單元的化學性質和結構、電池生產，以及在電池系統的應用層面大家最關心的幾個主要問題：安全問題、運輸問題和電池回收問題。

●●●●●鋰離子電池手冊Ⅵ　本手冊分為五個部分。第一部分對各類採取電化學方式進行能量儲存的電池系統進行了概述。第二部分完整地講述了鋰離子電池的情況，最重要的材料和電池單體的部件都進行了詳細的介紹。這些部件包括陰極和陽極的化學材料，以及導電鹽和電解質。電池系統由單個模組構成，每個模組又由多個電池單體與必要的機械元件、電氣部件構成，這部分內容用了幾章來描述。最後以熱管理和電池管理系統共同來結束這個部分的講述。第三部分講述了電池的生產以及電池製造的設備，以及必要的檢測方法。第四部分講述了電池在其整個生命週期可能會導致的涉及運輸、安全、迴圈利用等的問題。本手冊的第五部分講述了電池在不同領域———電動車輛領域和固定設備領域———的應用情況。

本手冊是為想要瞭解現代電池技術或需求的讀者提供指導。它對鋰離子電池進行了非常詳細的描述，介紹了２０多年所面臨的困難及所獲取的知識和經驗，給電池的使用者甚至在研發領域的新人介紹這項技術的巨大潛力和可能在研發過程中被卡住的地方。這本手冊並非旨在將鋰離子電池的諸多技術問題從專業上探索到一個很深的深度，而是在較高的技術水準上對這個產業的特徵進行詮釋的參考書。

最後，我想說感謝大家對這本書的完成做出的巨大貢獻。特別是每個單獨章節的所有作者，我的兩個秘書Ｄｉｅｄｅｒｉｃｈ女士和ＤｉＢｅｌｌａ女士以及施普林格出版社的Ｈｅｓｔｅｒｍａｎｎ－Ｂｅｙｅｒｌｅ女士、Ｋｏｌｌｍａｒ－Ｔｈｏｎｉ女士和Ｓｔｅｇｎｅｒ女士。

願所有使用這本《鋰離子電池手冊》的讀者能從中獲得很多重要的資訊，給他們的日常工作和學習帶來很多閱讀的快樂。

賴納·科特豪爾法蘭克福，２０１３年１０月