鋰離子電池基礎與應用

序言   

第1章 充電電池產品與市場
1-1 儲能系統   
1-2 電動載具   
1-3 電池市場發展極限   
1-3.1 地球電力供應來源   
1-3.2 電池材料供給限制   

第2章 鋰離子電池技術導論（應用基礎篇）
2-1 電池基礎與極性   
2-1.1 氧化還原與電池極性   
2-1.2 電池與電容之區別   
2-2 鋰離子電池組成結構與種類   
2-2.1 鋰離子電池組成   
2-2.2 鋰離子電池外型與封裝材料   
2-2.3 鋰離子電池正負極材料分類   
2-2.4 鋰離子電池電解質分類   
2-2.5 理想電池與現實   
2-3 充放電流倍率與電池特性   
2-3.1 額定容量與荷電狀態   
2-3.2 充放電流倍率與工作電壓   
2-3.3 功率等級與容量密度   
2-3.4 工作電流與可用容量   
2-4 溫度與可用容量   
2-5 電池一致性   
2-5.1 電池基因與後天影響   
2-5.2 充放電末段發散現象   
2-5.3 不一致性處理對策
2-6 電池使用壽命   
2-7 電池封裝型式與尺寸之影響   
2-8 鋰離子電池充電方法   

第3章 鋰離子電池技術導論（電化學篇）
3-1 電池半反應與還原電位   
3-1.1 還原電位與離子濃度   
3-1.2 電池電位與自由能變化   
3-2 界面反應與電雙層模型   
3-2.1 電極界面反應   
3-2.2 反應界面電雙層模型   
3-2.3 電解槽電位分布   
3-3 動力學與等效電路   
3-3.1 電池極化動力學   
3-3.2 電化學等效電路與暫態反應   
3-4 電池內阻量測   
3-4.1 電池內阻量測方法   
3-4.2 電池內阻量測實例   
3-4.3 電池極化過電位   
3-5 鋰離子電池化學反應   

第4章 鋰離子電池材料
4-1 鋰離子電池正極材料   
4-1.1 正極鈷酸鋰   
4-1.2 正極錳酸鋰   
4-1.3 正極鋰三元   
4-1.4 正極磷酸鐵鋰   
4-2 鋰離子電池負極材料   
4-2.1 石墨類   
4-2.2 非晶型碳   
4-3 電解質   
4-4 固態電解質界面膜   
4-5 固態電池   
4-6 隔離膜   
4-7 電池材料調配與製程   

第5章 鈦酸鋰電池介紹
5-1 尖晶石結構說明   
5-2 鈦酸鋰材料鋰離子嵌入路徑   
5-2.1 鈦酸鋰晶格結構   
5-2.2 鋰離子嵌入路徑   
5-3 鈦酸鋰電池特性說明   
5-3.1 高安全性：不會產生內部短路並可承受1.5倍過充電壓   
5-3.2 使用壽命長：1CA充放電循環3,000回以上   
5-3.3 快速充電：十分鐘快速充飽電   
5-3.4 高有效電量：95% SOC超高有效使用電量   
5-3.5 低溫使用：-30℃低溫環境下可以1C倍率充放電   
5-3.6 零伏特儲存電壓：以0V電壓存放一年仍可回充使用   
5-3.7 鈦酸鋰電池脹氣對策   
5-4 鈦酸鋰電池安全測試   
5-5 鈦酸鋰電池容量密度   
5-6 各類鋰離子電池比較   
5-6.1 鋰離子電池優缺點   
5-6.2 動力型鋰離子電池比較      

第6章 鋰離子電池信賴度
6-1 電池失效模式   
6-1.1 電池老化現象   
6-1.2 電池老化機制   
6-1.3 電池老化肇因   
6-2 電池熱失控   
6-2.1 熱失控熱能分析   
6-2.2 熱失控過程   
6-2.3 熱失控肇因   
6-3 石墨系負極材料安全問題   
6-3.1 石墨負極鋰金屬沉積成因   
6-3.2 石墨負極電池的兩難
 
第7章 電池管理系統
7-1 電池組架構   
7-2 電池管理系統   
7-2.1 偵測電池外顯參數   
7-2.2 執行管制功能   
7-2.3 執行單串電壓平衡   
7-2.4 異常預警與處理   
7-2.5 BMS自我偵測   
7-2.6 通訊系統   
7-3 被動平衡電阻值與平衡區間   
7-3.1 被動平衡阻值計算   
7-3.2 平衡電壓區間   
7-4 電池串並聯組合規劃   
7-4.1 電池組架構影響因素   
7-4.2 多層架構電池系統   
7-4.3 電弧效應與預充線路   
7-4.4 電池連接導體與接頭   
7-5 鈦酸鋰電池管理系統規格（48V電池組）   

附錄1 電池製造程序
附錄2 電池常用名詞
電池特性類   
電池管理類   
晶體結構類   
量測技術類   
附錄3 參考文獻

 

序

　　全球人口在2022年已突破80億，能源消耗快速增加，地球環境破壞日益嚴重，近年人類驚覺節能減碳的迫切，各國政府紛紛將能源問題的處理列為國安政策，除了鼓勵綠能建設，儲能系統與電動車也快速發展成為重要產業，充電電池則是這兩大新興產業的核心元件，而在眾多電池種類之中，毫無疑問的鋰離子電池是最具優勢的主角。

　　充電電池應用的產業廣布且相關工程設計眾多，然而充電電池專業技術大多僅限於電池製造工廠和研究單位，電池供應商基於商業利益往往諱於揭露技術細節，以致從業人員在應用時莫衷一是，甚而錯選適用之電池，撰寫本書之目的即是在協助非電池專業人員，了解鋰離子電池的基本原理及應用上所需的知識。

　　本書共分為七章，涵蓋電化學理論和應用實務，第一章泛談電池應用市場，地球資源有限，人類應善用有限的電池資源於最需要的地方。第二章是鋰離子電池技術的入門說明，相關從業人員可對鋰離子電池的應用獲得基本認識。第三章引進電化學的重要理論，儘量避開生澀的計算和論述，以淺顯方式令讀者得以了解電池技術的原理，知其所以然得而更上層樓。第四章介紹鋰離子電池的組成材料，鈦酸鋰電池則獨立自成第五章，熟悉這兩章對於各種電池的應用足以游刃有餘。第六章探討電池應用的信賴度，包括電池失效的症狀、機制、肇因，以及熱失控問題的分析，第七章闡述電池應用上的設計事項，包括電池組和電池管理系統。

　　本書雖經再三校訂，終因個人才疏學淺，謬誤疏漏在所難免，加以電池技術蓬勃發展，日新月異非一人所能盡窺，本書不足之處還請同業先進不吝指正。