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鋰離子電池電極材料

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內容簡介

本書簡要介紹了離子電池的基本結構和設計原理,詳細介紹了層狀電極材料、尖晶石電極、磷酸鹽正極材料、矽酸鹽正極材料、碳負極材料、鈦基電極材料以及鈦酸鋰電極材料等多種電極材料的設計與性能。

本書適宜從事離子電池設計的技術人員使用。

 

作者介紹

伊廷鋒,東北大學教授、博士生導師,2007年6月畢業於哈爾濱工業大學化學工程與技術專業,獲得工學博士學位,同年進入安徽工業大學工作,2011年1月破格晉升為教授,2018年調入東北大學秦皇島分校工作。2015年入選安徽省技術領軍人才、2018年入選河北省333人才工程第三層次人選、2017年入選宿遷市創業創新領軍人才、2013年被評為安徽省教壇新秀、2018年入選2017英國皇家化學會“Top 1% 高被引中國作者”榜單、安徽省化學會理事、安徽省高校優秀共產黨員、浙江省長興縣特聘專家、中國電子學會高級會員、中國化學會會員、東北大學秦皇島分校第三屆學術委員會委員。主要研究方向為鋰離子電池材料及其性原理計算。

在電池電極材料方面,至今已發表作者或通訊作者SCI期刊論文102篇,H因數為29,他引2600餘次,影響因數加和超過415,ESI高引論文9篇,先後為Nature Communications、無機化學學報等國內外60餘種期刊審稿500餘篇,合作出版《動力電池技術與應用》和《動力電池材料》專著2部。先後主持或主持完成了國家自然科學基金青年專案(50902001)、國家自然科學基金面上專案(51274002、51774002)、安徽高等學校省級高校青年人才基金重點專案(2010SQRL033ZD)、安徽高校省級自然科學研究重點專案(KJ2010A045)、黑龍江大學功能無機材料化學教育部重點實驗室開放基金(2項)、安徽省高校優秀青年人才支持計畫重點項目(gxyqZD2016066)、中國博士後科學基金(2012M520749)、浙江省博士後科研擇優一等資助專案(Bsh1201013),安徽省自然科學基金面上項目(1508085MB25)及企業產學研項目(5項)等研究專案。在教學方面主要從事物理化學、應用電化學、化學電源方面的教學工作,發表教改論文5篇,獲得2012年度校青年教師基本功大賽二等獎,校級教學成果一等獎兩項(排名),先後主持或主持完成安徽省重大教學改革研究專案1項(2013zdjy076)、安徽省精品資源分享課程(物理化學2015gxk020和工程化學2016gxk017)2項、安徽省大規模線上開放課程(MOOC)示範項目 (應用電化學2015mooc031)1項。
 

目錄

第1章 鋰離子電池概述 / 1
 1.1 鋰離子電池概述 / 1
   1.1.1 鋰離子電池的發展簡史 / 1
   1.1.2 鋰離子電池的組成及原理 / 2
   1.1.3 鋰離子電池的優缺點 / 6
 1.2 鋰離子電池電極材料的安全性 / 7
   1.2.1 正極材料的安全性 / 8
   1.2.2 負極材料的安全性 / 8
 1.3 鋰離子電池電極材料的表徵與測試方法 / 9
   1.3.1 物理表徵方法 / 9
   1.3.2 電化學表徵方法 / 10
   1.3.3 電極材料活化能的計算 / 14
 1.4 鋰離子電池隔膜 / 15
   1.4.1 鋰離子電池隔膜的製備方法 / 15
   1.4.2 鋰離子電池隔膜的結構與性能 / 16
 1.5 鋰離子電池有機電解液 / 17
 參考文獻 / 18

第2章 鋰離子電池層狀正極材料/ 19
 2.1 LiCoO2 電極材料 / 19
   2.1.1 LiCoO2 電極材料的結構 / 19
   2.1.2 LiCoO2 電極材料的電化學性能 / 20
   2.1.3 LiCoO2 的製備方法 / 21
   2.1.4 LiCoO2 的摻雜 / 22
   2.1.5 LiCoO2 的表面改性 / 25
 2.2 LiNiO2 正極材料 / 27
   2.2.1 LiNiO2 的製備方法 / 28
   2.2.2 LiNiO2 的摻雜改性 / 28
 2.3 層狀錳酸鋰(LiMnO2)  / 30
   2.3.1 層狀錳酸鋰的合成 / 31
  2.3.2 不同的形貌對層狀錳酸鋰的電化學性能的影響 / 32
   2.3.3 層狀錳酸鋰的摻雜改性 / 33
 2.4 三元材料(LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2)  / 34
   2.4.1 LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2 材料的結構 / 34
   2.4.2 LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2 材料的合成 / 36
   2.4.3 不同形貌對LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2 材料性能的影響 / 37
   2.4.4 LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2 材料的摻雜改性 / 39
   2.4.5 LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2 材料的表面包覆 / 41
 2.5 富鋰材料 / 43
   2.5.1 富鋰材料的結構和電化學性能 / 44
   2.5.2 富鋰材料的充放電機理 / 47
   2.5.3 富鋰材料的合成 / 51
   2.5.4 富鋰材料的性能改進 / 53
 參考文獻 / 60

第3章 尖晶石正極材料 /64
 3.1 LiMn2O4 正極材料 / 64
   3.1.1 LiMn2O4 正極材料的結構與電化學性能 / 64
   3.1.2 LiMn2O4 正極材料的容量衰減機理 / 68
   3.1.3 LiMn2O4 正極材料製備方法 / 74
   3.1.4 提高LiMn2O4 正極材料性能的方法 / 76
 3.2 LiNi0.5Mn1.5O4  / 91
   3.2.1 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的結構與性能 / 91
   3.2.2 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的失效機制 / 95
   3.2.3 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的合成 / 97
   3.2.4 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的形貌控制 / 100
   3.2.5 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的摻雜 / 103
   3.2.6 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的表面包覆 / 107
 參考文獻 / 109

第4章 磷酸鹽正極材料 /114
 4.1 磷酸亞鐵鋰 / 114
   4.1.1 LiFePO4 的晶體結構 / 114
   4.1.2 LiFePO4 的充放電機理 / 115
   4.1.3 LiFePO4 的合成方法 / 117
   4.1.4 LiFePO4 的摻雜改性 / 120
 4.2 磷酸錳鋰 / 122
  4.2.1 LiMnPO4 的結構特性 / 122
   4.2.2 LiMnPO4 的改性研究 / 126
 4.3 LiCoPO4 和LiNiPO4 正極材料 / 134
   4.3.1 LiCoPO4 的結構 / 134
   4.3.2 LiCoPO4 的製備方法 / 136
   4.3.3 LiCoPO4 的摻雜改性 / 137
   4.3.4 LiNiPO4 正極材料 / 137
 4.4 Li3 V2(PO4) 3 正極材料 / 138
   4.4.1 Li3 V2(PO4)3 的結構特點 / 138
   4.4.2 Li3 V2(PO4)3 的製備方法 / 141
   4.4.3 Li3 V2(PO4)3 的摻雜改性 / 142
   4.4.4 不同形貌的Li3 V2(PO4)3  / 144
 4.5 焦磷酸鹽正極材料 / 146
 4.6 氟磷酸鹽正極材料 / 148
 參考文獻 / 150

第5章 矽酸鹽正極材料 /154
 5.1 矽酸鐵鋰 / 154
   5.1.1 矽酸鐵鋰的結構 / 154
   5.1.2 矽酸鐵鋰的合成 / 159
   5.1.3 矽酸鐵鋰的改性 / 162
 5.2 矽酸錳鋰 / 167
   5.2.1 矽酸錳鋰的結構 / 167
   5.2.2 納米矽酸錳鋰材料的碳包覆 / 170
   5.2.3 矽酸錳鋰材料的摻雜 / 172
 5.3 矽酸鈷鋰 / 176
 參考文獻 / 176

第6章 LiFeSO4F 正極材料//180
 6.1 LiFeSO4F 的結構 / 180
 6.2 LiFeSO4F 的合成方法 / 197
   6.2.1 離子熱法 / 197
   6.2.2 固相法 / 198
   6.2.3 聚合物介質法 / 199
   6.2.4 微波溶劑熱法 / 199
 6.3 LiFeSO4F 的摻雜改性 / 200
   6.3.1 LiFeSO4F 的金屬摻雜 / 200
  6.3.2 LiFeSO4F 的包覆改性 / 201
 參考文獻 / 202

第7章 碳基、矽基、錫基材料 /204
 7.1 碳基材料 / 204
   7.1.1 石墨 / 205
   7.1.2 非石墨類 / 208
   7.1.3 碳納米材料 / 209
   7.1.4 石墨烯材料 / 210
 7.2 矽基材料 / 212
   7.2.1 矽負極材料的儲鋰機理 / 212
   7.2.2 矽負極材料納米化 / 213
   7.2.3 矽-碳複合材料 / 216
   7.2.4 其他矽基複合材料 / 218
 7.3 錫基材料 / 219
   7.3.1 錫基材料的納米化 / 220
   7.3.2 錫-碳複合材料 / 222
 參考文獻 / 223

第8章 Li4Ti5O12 負極材料 /225
 8.1 Li4Ti5O12 的結構及其穩定性 / 225
   8.1.1 Li4Ti5O12 的結構 / 225
   8.1.2 Li4Ti5O12 的穩定性 / 226
 8.2 Li4Ti5O12 的電化學性能 / 229
 8.3 Li4 Ti5 O12 的合成 / 231
   8.3.1 Li4Ti5O12 的合成方法 / 231
   8.3.2 Li4Ti5O12 的納米化及表面形貌控制 / 234
 8.4 Li4Ti5O12 的摻雜 / 237
 8.5 Li4Ti5O12 材料的表面改性 / 240
   8.5.1 Li4Ti5O12 複合材料 / 240
   8.5.2 Li4Ti5O12 的表面改性 / 244
 8.6 Li4Ti5O12 材料的氣脹 / 253
   8.6.1 Li4Ti5O12 材料的產氣機理 / 253
   8.6.2 抑制Li4Ti5O12 材料氣脹的方法 / 255
 參考文獻 / 255

第9章 鈦基負極材料 /259
 9.1 Li-Ti-O 化合物 / 259
   9.1.1 LiTi2O4  / 259
   9.1.2 Li2Ti3O7  / 261
   9.1.3 Li2Ti6O13  / 261
 9.2 MLi2Ti6O14(M=2Na,Sr,Ba)  / 262
   9.2.1 MLi2Ti6O14(M=2Na,Sr,Ba) 的結構 / 262
   9.2.2 MLi2Ti6O14(M=2Na,Sr,Ba) 的合成方法 / 265
   9.2.3 MLi2Ti6O14(M=2Na,Sr,Ba) 的摻雜改性 / 267
   9.2.4 MLi2Ti6O14(M=2Na,Sr,Ba) 的包覆改性 / 275
 9.3 Li2MTi3O8(M=Zn,Cu,Mn)  / 276
   9.3.1 Li2ZnTi3O8  / 276
   9.3.2 Li2MnTi3O8  / 280
   9.3.3 Li2CuTi3O8  / 282
 9.4 Li-Cr-Ti-O / 283
   9.4.1 LiCrTiO4  / 283
   9.4.2 Li5Cr7Ti6O25  / 285
 9.5 TiO2 負極材料 / 289
 參考文獻 / 289

第10章 其他新型負極材料 /294
 10.1 過渡金屬氧化物負極材料 / 294
   10.1.1 四氧化三鈷 / 295
   10.1.2 氧化鎳 / 297
   10.1.3 二氧化錳 / 299
   10.1.4 雙金屬氧化物 / 300
 10.2 鈮基負極材料 / 303
   10.2.1 鈮基氧化物負極材料 / 303
   10.2.2 鈦鈮氧化物(Ti-Nb-O) / 304
   10.2.3 其他鈮基氧化物 / 308
 10.3 磷化物和氮化物負極材料 / 310
 10.4 硫化物負極材料 / 311
 10.5 硝酸鹽負極材料 / 314
 參考文獻 / 320

第11章 鋰離子電池材料的理論設計及其電化學性能的預測 /323
 11.1 鋰離子電池材料的熱力學穩定性 / 323
   11.1.1 電池材料相對於元素相的熱力學穩定性 / 324
   11.1.2 電池材料相對於氧化物的熱力學穩定性 / 326
 11.2 電極材料的力學穩定性及失穩機制 / 328
   11.2.1 LixMPO4(M=Fe、Mn;x=0、1) 材料的力學性質 / 328
   11.2.2 LixMPO4(M=Fe、Mn;x= 0、1) 材料的電子結構及力學失穩機制 / 332
 11.3 Li2-xMO3 電極材料的晶格釋氧問題及其氧化還原機理 / 337
   11.3.1 Li2-xMO3 電極材料的晶格釋氧問題 / 337
   11.3.2 Li2-xMO3 電極材料的氧化還原機理 / 341
 11.4 鋰離子電池材料的電化學性能的理論預測 / 347
   11.4.1 電極材料的理論電壓及儲鋰機制 / 347
   11.4.2 電極材料的表面形貌的預測及表面效應 / 350
   11.4.3 鋰離子擴散動力學及倍率性能 / 357
 參考文獻 / 360

 

詳細資料

  • ISBN:9787122320957
  • 規格:平裝 / 366頁 / 16k / 19 x 26 x 1.83 cm / 普通級 / 單色印刷 / 1-1
  • 出版地:中國

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