锂离子电池--应用与实践

在国内外前辈和同行的支持、鼓励下，我们曾经出版了《锂离子二次电池》一书。由于篇幅所限，在该书中对有关锂离子电池的诸多方面不能较系统地涉及；再加上两年时间已过去，锂离子电池各方面的技术又有长足的发展。同时，原书在实际应用部分有待于加强。为了能给从事锂离子电池产业界的同行以更多的借鉴意义，很有必要编写一本新的专著。因此，通过与国内在产业方面经验比较丰富的研究开发人员进行充分的交流、合作，编写了本书。
本书主要讲述锂离子电池的原理、研究方法、负极材料(碳基负极材料和非碳基负极材料)、正极材料(氧化钴锂、氧化镍锂、氧化锰锂、钒的氧化物和其它正极材料)、电解质(液体电解质、固体电解质和凝胶电解质)、锂离子电池材料的最新制备方法及锂离子电池的生产和检测、锂离子电池的充放电行为和锂离子电池的主要应用。在本书的最后一章讲述与锂离子电池有关的资源分布。本书有关内容较前一书在广度和深度上进行了相当大的拓展。
本书在编写过程中得到了国家“211”工程重点学科的支持；同时，还得到了张家港市国泰华荣化工新材料有限公司的独家赞助和支持，在此表示衷心感谢！中国科学院化学研究所的方世璧教授、李永军教授、唐晓辉高工以及书后附录中与锂离子电池有关的一些主要企业对本书的出版也给予很大的帮助和支持，在此表示由衷的谢意！
化学工业出版社的编辑以及其他有关同志对本书的出版给予大力的支持和帮助，并经常关心本书的写作进程。在这里对他们的辛勤工作表示深深的谢意和崇高的敬意！
最后感谢刘芳林女士在本书的编写过程中所做的编辑和整理工作。
由于时间关系，书中错误在所难免。敬请国内、国外同行多加指正。

编者
２００４年3月

锂离子电池作为新兴的能源材料正处于蓬勃发展时期，进一步研究和开发锂离子电池对发展与能源密切相关的各项产业具有非常重要的意义。本书的许多内容反映了国际、国内的最新研究和生产成果。本书在编写过程中力求达到基本概念清楚、思路清晰、内容全面、易于读者理解的要求。

第1章锂离子电池的发展1
11电池的发展过程及我国的电池发展简史1
12高性能电池的参数2
13锂离子电池的诞生过程3
14与电池有关的一些基本概念5
15锂离子电池的原理、发展及其特点7
16我国发展锂离子电池产业的必要性10
17锂离子电池的结构11
18本书内容说明12
参考文献13

第2章锂离子电池主要材料的选择要求及其研究方法14
21负极材料的选择14
22正极材料的选择要求14
23电解质的选择要求15
231液体电解质15
232全固态电解质16
233凝胶型聚合物电解质的选择要求17
24锂离子电池材料的一些研究方法17
241X射线衍射法17
242X射线光电子能谱法19
243红外光谱和拉曼光谱21
244电镜法25
245比表面积测量27
246交流阻抗谱仪27
247循环伏安法30
248电化学石英晶体微量天平32
249热分析法36
2410核磁共振法38
参考文献41

第３章碳基负极材料42
31碳材料科学的发展简史42
32碳材料的一些性能45
321碳材料的结构45
322石墨晶体的拉曼光谱47
323碳材料的种类48
324碳化过程和石墨化过程49
325碳材料的表面结构53
33石墨化碳负极材料54
321锂在石墨中的插入行为54
332初期的石墨化负极材料57
333石墨化中间相碳微珠57
334石墨的电化学行为61
335石墨化碳纤维64
336其它石墨化碳材料66
337石墨化碳材料的一些通性67
34无定形碳材料67
341小分子裂解碳67
342聚合物裂解碳68
343低温处理其它碳前驱体70
344无定形碳材料的一些通性72
345锂在无定形碳材料中的储存机理72
35碳材料的改性76
351引入非金属76
352引入金属元素77
353表面处理78
354采用机械化学法84
355其它方法85
36其它碳负极材料85
361富勒烯85
362碳纳米管87
37碳负极材料与电解质之间的界面91
38国内部分工业产品介绍93
参考文献94

第4章非碳基负极材料97
41氮化物97
42硅及硅化物99
43锡基氧化物和锡化物101
431氧化物的研究102
432复合氧化物105
433锡盐107
434其它锡化物108
44新型合金109
441锡基合金109
442硅基合金114
443锑基合金负极材料115
444其它合金118
45钛的氧化物120
451Li4/3Ti5/3O4的结构和电化学性能120
452Li4/3Ti5/3O4的改性123
453其它钛的化合物负极材料124
46纳米氧化物负极材料125
47其它负极材料126
参考文献126

第5章氧化钴锂正极材料130
51氧化钴锂的物理性能130
52氧化钴锂的制备方法131
53氧化钴锂的热稳定性132
54固相法制备氧化钴锂的电化学性能133
55喷雾干燥法制备氧化钴锂的电化学性能134
56溶胶凝胶法制备氧化钴锂的电化学性能134
57氧化钴锂的改性134
571氧化钴锂的搀杂135
572氧化钴锂的包覆137
58其它方法制备的LiCoO2138
59氧化钴锂的回收制备140
510尖晶石型氧化钴锂140
参考文献141

第6章氧化镍锂正极材料143
61氧化镍锂的物理化学性能143
62氧化镍锂的固相反应制备144
63固相法制备的氧化镍锂的电化学性能145
64氧化镍锂的改性147
641溶胶凝胶法制备的氧化镍锂147
642单一元素的搀杂148
643多种元素的搀杂154
644氧化镍锂的包覆157
65其它方法制备的LiNiO2159
参考文献159

第7章氧化锰锂正极材料161
71隧道结构的氧化物161
72层状结构的氧化锰锂163
721正交LiMnO2163
722层状Li2MnO3167
723其它层状氧化锰锂化合物168
73尖晶石结构氧化锰锂168
731尖晶石LiMn2O4的结构和电化学性能168
732尖晶石LiMn2O4的通常制备170
733尖晶石LiMn2O4容量衰减原因171
734尖晶石LiMn2O4的改性172
735尖晶石LiMn2O4的机械化学法制备184
736尖晶石LiMn2O4的其它制备方法185
74尖晶石Li4Mn5O12186
75其它氧化锰锂正极材料187
参考文献187

第8章钒的氧化物及其它正极材料191
81钒的氧化物的种类191
82αV2O5及其锂化衍生物191
821五氧化二钒的制备193
822五氧化二钒的电化学性能194
823五氧化二钒的改性196
824五氧化二钒的锂化产物及其电化学性能198
83Li1+xV3O8199
831Li1+xV3O8的结构199
832Li1+xV3O8的合成法199
833Li1+xV3O8的电化学性能200
834Li12V3O8202
84其它钒的氧化物203
841层状Na1+xV3O8203
842V6O13203
843Li6V5O15204
844层状LiVO2204
845Li06V2-δO4-δ204
846尖晶石LixV2O4205
855 V正极材料206
851尖晶石结构LiMn2-xMxO4(M＝Cr、Co、Ni和Cu)206
852反尖晶石V【LiM】O4【M = Ni, Co】208
86多原子阴离子正极材料209
861橄榄石结构LiFePO4210
862层状结构VOPO4212
863NASICON的多原子阴离子正极材料213
864其它多原子阴离子正极材料215
87其它正极材料217
871铁的化合物217
872铁的其它化合物218
参考文献219

第9章非水液体电解质222
91一些有机溶剂的物理性能和影响电导率的因素222
92部分有机溶剂的制备和纯化225
93电解质锂盐226
931六氟磷酸锂(LiPF6)227
932有机电解质锂盐229
94电解液的离子导电性能234
95影响电池性能的几个因素237
951电化学窗口237
952与电极的反应238
96部分电解液体系对电极材料性能的影响239
961丙烯碳酸酯电解液体系240
962乙烯碳酸酯电解液体系243
963其它溶剂246
97有机电解液体系的其它研究247
971防止过充电247
972阻燃性电解液248
973改善SEI膜249
974减少酸含量251
975增加电导率251
976改善低温性能252
98部分电解液工业产品的性能252
参考文献253

第10章固体电解质256
101无机固体电解质256
102无机电解质的导电理论257
103晶体电解质258
104玻璃态电解质260
1041氧化物玻璃态电解质260
1042硫化物玻璃态电解质262
1043玻璃体电解质的压实266
105熔融盐电解质267
106聚合物电解质的发展及分类268
107聚合物电解质的相结构269
108聚合物电解质的离子导电模型271
109聚氧化乙烯273
1091与其它聚合物共混275
1092形成共聚物276
1093生成交联聚合物279
1094形成枝状聚合物281
1095改变搀杂盐282
1096加入无机填料283
1097增加主链的柔性288
1010聚丙烯腈系聚合物电解质291
1011聚甲基丙烯酸酯291
1012单离子聚合物电解质292
1013其它聚合物电解质294
10131聚合物电解质之间的复合294
10132有机无机复合电解质295
1014聚合物电解质其它方面的研究297
10141聚合物电解质与电极界面的研究297
10142新型聚合物体系的理论研究和探索297
参考文献298

第11章凝胶聚合物电解质301
111凝胶聚合物电解质的研究及其分类301
112PEO基凝胶电解质302
1121非交联PEO凝胶电解质303
1122交联PEO凝胶电解质305
113PAN基凝胶电解质306
1131PAN基凝胶电解质的作用机理和影响因素306
1132聚丙烯腈共聚物的凝胶聚合物电解质309
1133PAN交联凝胶电解质310
114PMMA基凝胶电解质311
1141PMMA基凝胶电解质的电化学性能311
1142PMMA基凝胶电解质的改性312
115含氟凝胶聚合物电解质314
1151含氟聚合物的物理性能314
1152含氟体系凝胶聚合物的制备及其电化学性能318
1153含氟聚合物凝胶电解质的改性319
116其它类型的凝胶聚合物电解质321
参考文献322

第12章锂离子电池材料的最新制备技术326
121复合技术326
1211负极材料326
1212正极材料328
122纳米技术330
1221负极材料330
1222导电剂331
123涂层技术332
1231LiCoO2332
1232LiMn2O4333
1233V2O5正极材料334
12345　V正极材料334
124非经典技术334
1241机械化学法335
1242溶液氧化还原法336
1243离子交换法336
1244水热法336
1245模板法337
1246燃烧法337
1247其它方法338
参考文献339

第13章锂离子电池的生产和检测342
131锂离子电池的构成342
1311安全阀342
1312正温度系数端子343
1313隔膜343
132锂离子电池的生产流程344
1321液体电解质锂离子电池的生产344
1322聚合物锂离子电池的生产348
1323微型锂离子电池的生产349
1324大型锂离子电池的生产354
133锂离子电池的化成和分容、出厂检验和试验室锂离子电池的检测356
1331锂离子电池的化成和分容356
1332锂离子电池的出厂检验357
1333试验室锂离子电池的检测357
134锂离子电池的安全检测358
参考文献358

第14章锂离子电池的充放电行为360
141锂离子电池的充放电方式361
142液体电解质锂离子电池的充放电行为362
143聚合物锂离子电池的充放电行为365
144全固态锂离子电池的充放电行为367
145大容量锂离子电池的充放电行为368
146微型锂离子电池370
147锂离子电池的使用371
参考文献371

第15章锂离子电池的应用373
151锂离子电池在电子产品方面的应用373
152锂离子电池在交通工具方面的应用374
1521现代汽车374
1522电动车374
153锂离子电池在航空航天领域的应用381
154在军事方面的应用382
155微型机电系统和其它微型器件382
156锂离子电池在其它方面的应用384
参考文献385

第16章我国与锂离子电池有关的主要资源情况及其分布387
161石墨资源387
1611石墨的一些物理化学性能及其工业用途387
1612石墨资源的种类388
1613石墨矿床的类型388
1614石墨矿床的主要工业指标388
1615石墨矿石的物质组成和主要特征389
1616石墨矿资源的分布389
1617石墨产品的质量标准390
1618石墨矿的综合利用工艺391
1619其它石墨产品393
162锂资源393
1621锂的发现及用途393
1622锂矿资源的种类及其分布394
163钴资源395
1631钴的发现和用途395
1632钴资源的种类和分布395
164镍资源396
1641镍的性质和用途396
1642镍资源的种类和分布397
165锰资源397
1651锰的性质及其用途397
1652锰矿资源的种类及分布398
参考文献398