●前言
第1章化學電源基礎1
1.1化學電源簡介1
1.2電池化學原理2
1.2.1電極電勢的概念2
1.2.2化學勢與電化學勢2
1.2.3電極的費米能級3
1.2.4電極電勢表4
1.2.5電子能量與電池材料電子能級5
1.2.6電子轉移步驟動力學6
1.3電池材料學基礎7
1.3.1晶體結構7
1.3.2外科夫位置8
1.3.3PTOT注釋9
1.3.4典型電池材料晶體結構12
1.3.5電池材料定性電子結構模型15
1.3.6八面體配位結構的能級結構17
1.3.7四面體配位結構的能級結構18
1.3.8姜-泰勒效應19
1.4電池結構介紹20
1.4.1電池組成與裝配20
1.4.2電池性能指標21
1.5電池電壓特性22
1.5.1動力學對電池電壓的影響22
1.5.2熱力學對電池電壓的影響23
參考文獻29
第2章電池表征技術30
2.1X射線衍射技術30
2.1.1X射線衍射介紹30
2.1.2利用X射線衍射鋻定材料31
2.1.3衍射強度計算32
2.1.4點陣參數的測定35
2.1.5微觀應力的測定36
2.1.6納米材料粒徑的表征36
2.2掃描電子顯微鏡技術36
2.3透射電子顯微鏡技術38
2.4電子衍射技術41
2.5能譜技術43
2.6X射線光電子能譜45
2.7充放電性能測試46
2.8電化學阻抗譜48
2.8.1等效電路模擬48
2.8.2沃伯與擴散繫數49
2.8.3常51
2.8.4特征頻率52
2.8.5典型電池電化學阻抗譜圖分析52
2.8.6多孔電極的EIS53
2.8.7鋰離子電池負極阻抗譜分析54
2.9循環伏安法54
2.10恆電流滴定技術56
參考文獻58
第3章水繫充電電池材料59
3.1氧化錳類電池59
3.1.1二氧化錳類電池材料59
3.1.2鋅錳電池68
3.2鉛酸蓄電池68
3.2.1鉛酸蓄電池介紹68
3.2.2鉛酸蓄電池工作原理69
3.2.3Pb負極71
3.2.4PbO2正極72
3.2.5鉛酸蓄電池非活性組件73
3.2.6鉛酸蓄電池電化學性能74
3.3氫氧化鎳正極75
3.3.1β-Ni(OH)2結構75
3.3.2β-Ni(OH)2充放電過程76
3.3.3α-Ni(OH)2結構77
3.3.4Ni(OH)2結構中的無序性78
3.3.5Ni(OH)2/NiOOH的制備方法78
3.3.6Ni(OH)2電池極片制備方法79
3.3.7Ni(OH)2電極性能改善80
3.4鎳鎘電池80
3.5鎳氫電池81
3.5.1鎳氫電池原理81
3.5.2鎳氫電池構造82
3.5.3鎳氫電池的電化學性能83
3.5.4鎳氫電池發展85
3.6鎳-金屬氫化物電池86
3.6.1鎳-金屬氫化物電池介紹86
3.6.2Ni-MH電池原理87
3.6.3貯氫合金機理88
3.6.4貯氫合金負極89
3.6.5Ni-MH電池的性能93
3.6.6Ni-MH電池的應用95
3.7鎳鋅電池95
3.7.1鎳鋅電池原理96
3.7.2鋅電極構成與制備97
3.7.3隔膜與電解液97
3.7.4鎳鋅電池存在的問題98
3.7.5鎳鋅電池的放電特性100
3.8鎳鐵電池101
3.8.1鎳鐵電池介紹101
3.8.2鎳鐵電池原理102
3.8.3鎳鐵電池結構103
3.8.4鎳鐵電池存在的問題104
參考文獻105
第4章LiCoO2材料108
4.1LiCoO2的結構108
4.2層狀LiCoO2的精細結構109
4.3LiCoO2電子結構112
4.4LiCoO2材料的制備114
4.5LiCoO2的性質115
4.5.1LixCoO2熱穩定性115
4.5.2LiCoO2的電化學性質116
4.6LiCoO2摻雜120
參考文獻120
第5章錳酸鋰正極材料122
5.1尖晶石相LiMn2O4介紹123
5.2LixMn2O4(0＜x＜2)124
5.2.1LixMn2O4(0＜x＜1)125
5.2.2LixMn2O4(1＜x＜2)125
5.3岩鹽結構LixMn2O4(x=2)126
5.4過鋰化LixMn2O4(2＜x＜4)126
5.5Li1+δMn2–δO4(0＜δ＜0.33)126
5.6Li2O？yMnO2線127
5.6.1Li2MnO3127
5.6.2Li4Mn5O12129
5.6.3Li2Mn3O7和Li2Mn4O9130
5.7層狀LiMnO2130
5.8正交LiMnO2131
5.9錳酸鋰材料穩定性133
5.10富鋰錳基材料133
參考文獻134
第正極材料135
6材料的結構特征136
6材料的電化學性質140
6.2.1NCM-333141
6.2.2NCM-523143
6.2.3NCM-811145
6材料的改性148
6.3.1離子摻雜148
6.3.2表面包覆149
6.3.3梯度顆粒設計150
6材料合成方法151
6.4.1化學共沉澱法151
6.4.2高溫固相法152
6.4.3溶膠-凝膠法152
參考文獻153
第7章聚陰離子正極材料156
7.1磷酸亞鐵鋰156
7.1.1晶體結構及其對電壓影響156
7.1.2電化學性能158
7.1.3電子導電問題160
7.1.4鋰離子擴散162
7.1.5充放電過程的顆粒模型164
7.1.6制備方法166
7.2磷酸亞錳鋰167
7.3磷酸亞鈷鋰169
7.4其他聚陰離子正極材料170
參考文獻171
第8章負極材料175
8.1鋰電負極介紹175
8.2碳基負極材料175
8.2.1石墨碳負極176
8.2.2石墨中的鋰插層177
8.2.3天然石墨178
8.2.4人工石墨179
8.2.5中間相碳微球179
8.2.6軟碳180
8.2.7硬碳182
8.2.8軟碳和硬碳中嵌鋰183
8.2.9碳材料的SEI問題184
8.2.10CNT儲Li位點187
8.2.11石墨烯189
8.3鈦酸鋰負極191
8.3.1Li4Ti5O12的晶體結構191
8.3.2Li4Ti5O12的物理化學性質191
8.3.3Li4Ti5O12改性194
8.3.4其他類型鈦酸鋰負極195
8.4硅負極198
8.4.1硅負極的基本性質198
8.4.2納米硅201
8.5合金負極206
8.5.1錫負極207
8.5.2納米結構錫208
8.5.3錫基合金211
8.5.4錫-氧化合物214
8.6過渡族金屬氧化物216
8.7金屬鋰負極218
8.7.1金屬鋰負極的失效機制219
8.7.2金屬鋰負極的改性221
8.7.3挑戰與展望225
8.8大容量負極共性問題226
參考文獻226
第9章其他類型充電電池234
9.1鋰硫電池235
9.1.1鋰硫電池基本原理235
9.1.2鋰硫電池的挑戰237
9.1.3硫正極238
9.1.4鋰硫電池發展趨勢247
9.2鎂離子電池247
9.2.1鎂離子電池概述247
9.2.2鎂離子電池正極材料248
9.2.3電解質252
9.2.4鎂離子電池方向和局限性252
參考文獻253
