锂离子电池全生命周期技术

本书介绍锂离子电池全生命周期涉及的技术原理、工艺、应用。首先介绍资源，涉及金属资源和非金属资源，包括每种资源的自然分布、提纯或者冶炼原理与工艺；其次介绍电化学热力学和动力学，锂离子电池中各个组件组分， 单体电池以及电池组/电池堆；然后介绍锂离子电池（组）在电动汽车、军事、医疗、储能等领域的应用情况， 以及微电池发展现状；最后介绍锂离子电池回收工艺研究现状、生命周期评价研究内容等。
本书可供新能源材料与器件、电化学反应工程、电动车、冶金工程等领域工程技术人员及相关专业本科生、研究生参考阅读。

无

第1章 绪论 001
1.1　锂离子电池在能量流动系统中的地位 001
1.2　锂离子电池历史 002
1.3　锂离子电池研究现状简述 004
1.4　锂离子电池性能简述 005
1.5　本书框架 006
参考文献 007

第2章 资源 008
2.1　金属资源 008
2.1.1　Li 008
2.1.2　Co 013
2.1.3　Ni 016
2.1.4　Cu 017
2.1.5　Mn 017
2.1.6　Al 019
2.1.7　Fe 021
2.1.8　Ti 021
2.2　非金属材料 024
2.2.1　磷酸盐 024
2.2.2　石墨 024
2.2.3　LiPF6 合成 025
2.2.4　炭黑的制备 028
参考文献 028

第3章 合成方法简介 030
3.1　合成反应简介 030
3.1.1　高温固相合成反应 030
3.1.2　溶胶凝胶技术 032
3.2　正极活性物质的合成 032
3.2.1　钴酸锂与磷酸钴锂 032
3.2.2　镍酸锂、磷酸镍锂和三元正极材料 035
3.2.3　锰酸锂、磷酸锰锂 037
3.2.4　磷酸铁锂、硫酸铁、钛酸锂 038
3.3　石墨负极材料提纯处理 039
参考文献 040

第4章 相关热力学与动力学分析 042
4.1　Nernst 方程与脱嵌锂反应本质 042
4.2　非平衡电位分布问题 043
4.3　母相中元素锂价态 045
4.4　表面电荷转移位置 046
4.5　嵌入反应机理 049
4.6　新型材料开发途径与限制因素分析 051
4.6.1　高比能量条件分析 051
4.6.2　高比功率条件分析 052
4.6.3　高循环寿命条件分析 052
4.6.4　化学元素周期表的启示 052
4.7　三相界面 054
4.8　氧气析出分析 054
4.9　空间电荷层 055
4.10　JT 变形的晶体场理论 055
4.11　电场对锂离子扩散系数测量的影响 056
4.12　界面锂离子传输机理的争论 058
参考文献 060

第5章 电池与电极参数 061
5.1　电压 061
5.1.1　电压含义 061
5.1.2　电子的影响 062
5.1.3　电压滞后现象 063
5.1.4　非晶化对电压曲线的影响 064
5.1.5　吉布斯自由能与电压的温度系数 065
5.2　容量 068
5.2.1　有效容量 068
5.2.2　假容量 069
5.3　能量密度与比能量 070
5.4　功率 072
5.5　库仑效率 072
5.6　电池寿命 073
5.7　充放电速率 073
5.8　放电深度 073
5.9　循环寿命 074
5.10　直流电阻 074
5.11　充放电曲线形状 074
5.11.1　热力学本质 075
5.11.2　非对称充放电曲线 079
5.12　充放电模式 080
5.13　记忆效应 082
5.14　自放电 082
参考文献 083

第6章 活性电极材料 084
6.1　负极材料 084
6.1.1　碳负极 084
6.1.2　金属及相应氧化物 085
6.1.3　硅及硅的氧化物 086
6.1.4　氮化物负极 087
6.2　正极材料 087
6.2.1　橄榄石LiMPO4 087
6.2.2　尖晶石系列 087
6.2.3　L-i V-O-P 系列 088
6.2.4　氧化物（正极） 089
6.2.5　硫酸盐系列 090
6.2.6　Li2 MeO3 系列 090
6.2.7　LiMeO2 系列 091
6.2.8　硫化物 094
6.2.9　聚磷酸盐 095
6.2.10　焦磷酸盐系列 095
6.2.11　氟化物 096
6.2.12　其他 097
6.3　多电子传输反应物的设计 098
6.4　材料纳米化 098
参考文献 101

第7章 锂离子导体 102
7.1　液态电解液 102
7.1.1　电化学窗口估算 105
7.1.2　溶剂 107
7.1.3　锂盐 113
7.1.4　电解液添加剂 119
7.2　固体聚合物电解质 123
7.3　无机晶态锂离子导体 125
7.4　离子液体 128
7.5　水系电解液 128
7.6　总结 129
参考文献 129

第8章 黏结剂 集流体 导电剂 131
8.1　黏结剂 131
8.2　集流体 135
8.2.1　铜箔 135
8.2.2　铝箔 138
8.2.3　其他集流体材料 142
8.3　导电剂 143
参考文献 148

第9章 隔膜 149
9.1　隔膜加工工艺简述 149
9.2　经典隔膜简介 150
9.3　评价隔膜的参数 152
9.4　隔膜改性与新型隔膜 157
参考文献 162

第10章 全电池技术 163
10.1　设计 163
10.1.1　一般性考虑 163
10.1.2　循环寿命 165
10.1.3　运行参数与正极容量 165
10.1.4　电流密度分布 167
10.1.5　电池几何形状 168
10.1.6　单电池等效电路 170
10.1.7　可靠性分析 171
10.2　扣式电池 171
10.3　圆柱电池极片制造 172
10.3.1　极片制造基本流程 172
10.3.2　混料 174
10.3.3　极片厚度控制 176
10.3.4　极片切割 177
10.3.5　极片性能影响因素 178
10.4　方形堆叠式电池极片制造 179
10.5　全电池组装 181
10.5.1　圆柱电池组装 181
10.5.2　软包与方形电池组装 181
10.5.3　产气的处理 183
10.6　低温锂离子电池 185
10.7　全电池成本分析 187
参考文献 189

第11章 电池安全性 190
11.1　安全事故 191
11.2　原因分析 192
11.2.1　爆炸 192
11.2.2　电池温度 193
11.2.3　热失控 194
11.2.4　错误使用与随机失效， 锂脆 197
11.3　安全措施 197
11.3.1　隔膜闭孔功能 198
11.3.2　降低电解液可燃性 198
11.3.3　添加剂与包覆等措施 199
11.3.4　PTC 元器件 200
11.3.5　安全阀 201
11.3.6　熔丝、电热调节器与电子安全电路等 202
11.4　工作安全区域 203
11.5　电池检测 204
11.5.1　海水浸泡、盐雾试验 205
11.5.2　挤压测试 205
11.5.3　电解液可燃性测试 205
11.5.4　短路测试 206
11.5.5　穿刺实验 206
11.5.6　过充电测试 206
11.5.7　过放电测试 206
11.5.8　渗漏检测 206
11.5.9　温度循环测试 207
11.5.10　跌落测试 207
11.5.11　冲击、撞击测试 207
11.5.12　振动 207
11.5.13　热冲击 207
11.5.14　电池组电性能安全测试简述 207
11.5.15　自放电 207
11.5.16　铝壳 207
11.5.17　一般性规定 207
参考文献 209

第12章 电池（组/堆）管理 210
12.1　热管理 210
12.1.1　冷却 211
12.1.2　加热 213
12.2　电动车热平衡 214
12.3　电池单体一致性管理 215
12.4　电池管理系统 218
参考文献 219

第13章 微电池简述 221
13.1　微电池定义 222
13.2　微电池应用 223
13.2.1　应用领域 223
13.2.2　典型实例 223
13.3　微电池加工制造 225
13.4　微电池性能 226
13.5　二维微电池 227
13.6　三维微电池 228
13.7　医用微电池 230
13.7.1　医用微电池简史 231
13.7.2　医用微电池体系简介 232
13.8　薄膜电池 236
13.8.1　薄膜电池含义 236
13.8.2　薄膜电池性能 237
参考文献 240

第14章 电池应用 241
14.1　移动电子系统 241
14.2　航空航天航海 242
14.3　储能系统 242
14.4　军用 244
14.5　电动自行车 245
14.6　电动汽车 246
14.6.1　电动汽车优势 247
14.6.2　电动汽车类型 249
14.6.3　电动汽车实例 252
14.6.4　驱动模式 254
14.6.5　电机 256
参考文献 257

第15章 电池使用寿命 258
15.1　SOC 与SOH 258
15.1.1　SOC、SOH 研究历史 259
15.1.2　SOC、SOH 确定方法 260
15.2　电池报废与电池寿命延长 266
15.2.1　 性能衰减的一般性原因 266
15.2.2　负极性能衰减 267
15.2.3　正极性能衰减 267
15.2.4　隔膜与极耳失效 268
15.2.5　电解液 268
15.2.6　集流体性能衰减 270
15.2.7　黏结剂失效 270
15.2.8　总结 271
参考文献 273

第16章 废弃电池回收技术 275
16.1　回收必要性 276
16.1.1　锂回收必要性 276
16.1.2　有色金属回收的必要性 277
16.2　主要回收工艺 278
16.2.1　金属单质的回收 280
16.2.2　化合态金属成分回收 280
16.2.3　有机成分回收 280
16.3　预处理 281
16.3.1　拆解预处理 281
16.3.2　机械预处理 284
16.4　化学处理 287
16.4.1　化学淋洗 287
16.4.2　生物淋洗 288
16.4.3　萃取 290
16.4.4　沉淀法 291
16.4.5　电化学法 292
16.5　典型实例 293
16.5.1　LithoRec 工艺简述 294
16.5.2　Umicore 工艺简述 296
16.5.3　回收网络 298
16.6　总结 299
参考文献 300

第17章 电池生命周期评价与碳足迹 302
17.1　系统大小 304
17.2　系统边界 305
17.3　物理过程与化学过程 305
17.4　参数差异 306
参考文献 306

后记 307