锂离子电池技术——研究进展与应用

图书标准信息

• 作者 [意]詹弗兰科·皮斯托亚（Gianfranco Pistoia） 著
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2017-01
• 版次 1
• ISBN 9787122275820
• 定价 188.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 430页
• 字数 737千字
• 正文语种 简体中文

【内容简介】

本书共有25章，涵盖了从材料到应用，再到回收等锂离子电池相关的全部内容。书中详细介绍了锂离子电池正负极材料、电解液以及功能添加剂、隔膜等相关组件的研究背景，以及近些年来的研究进展和发展趋势。并重点评述了将锂离子电池应用于消费电子、电动汽车以及大型固定应用中时，如何实现不同的性能以及电子选项要求。本书还从原理上详细分析了锂离子电池的安全性以及回收等问题，并对锂离子电池未来可用性以及发展趋势进行了评估和说明。 

本书可作为锂离子电池相关企业以及高校、科研院所相关科研人员的参考书籍，亦可作为新能源相关专业、材料相关专业等本科生以及研究生的教材。

【目录】

第1章锂离子电池的发展现状以及最新技术趋势001 

1.1概述001 

1.2实用型锂离子电池的开发历程002 

1.3阴极材料的发展现状004 

1.3.1阴极材料的发展历史004 

1.3.2阴极材料的最新技术趋势005 

1.3.3阴极材料的最新研究进展005 

1.4阳极材料发展现状007 

1.4.1阳极材料的发展史007 

1.4.2阳极材料的最新研究进展008 

1.5电解液的发展现状009 

1.5.1电解液的发展历史009 

1.5.2电解液的最新研究进展009 

1.6隔膜技术010 

1.6.1隔膜制造方法及特征010 

1.6.2隔膜最新研究进展012 

1.7结论013 

参考文献013 

第2章锂离子电池的过去、现在与未来：新技术能否开启新局面？015 

2.1概述015 

2.2锂离子电池是如何诞生的？015 

2.3消费者们期许的锂离子电池性能017 

2.4锂离子电池的性能改进018 

2.4.1锡基阳极018 

2.4.2硅基阳极019 

2.4.3钛基阳极019 

2.4.4凝胶聚合物电解质锂离子电池020 

2.4.5以LiFePO4为阴极的锂离子电池023 

2.5新电池技术能否为锂离子电池开启新篇章？024 

2.5.1富锂阴极024 

2.5.2有机阴极材料024 

2.5.3陶瓷包覆隔膜026 

2.6结论027 

参考文献027 

第3章锂离子电池和模块快速充电(最高到6C)的电热响应以及循环寿命测试029 

3.1概述029 

3.2基本注意事项和考虑要点029 

3.2.1快速充电意味着什么？029 

3.2.2快速充电功率要求030 

3.2.3对所有电池体系充电的一般方法030 

3.3不同锂电池材料的快速充电特征031 

3.450A·h LTO电芯及模块的快速充电测试033 

3.4.1电芯测试033 

3.4.2模块测试036 

参考文献040 

第4章锂离子电池纳米电极材料041 

4.1前言041 

4.2基于脱嵌机理的电极材料的纳米效应041 

4.3正极纳米结构磷酸金属锂材料044 

4.4负极钛基纳米材料045 

4.5转换电极046 

4.6负极锂合金049 

4.7纳米结构碳用作负极活性材料050 

4.8碳基纳米复合材料053 

4.9结论054 

参考文献054 

第5章未来电动汽车和混合电动汽车体系对电池的要求及其潜在新功能060 

5.1概述060 

5.2电池的功率性能分析061 

5.3汽车的基本性能设计063 

5.4热分析和设计065 

5.5建立电池组体系065 

5.6锂离子电池的高功率性能066 

参考文献068 

第6章电动汽车电池制造成本069 

6.1概述069 

6.2性能与成本模型070 

6.2.1电芯和电池组设计类型070 

6.2.2性能建模071 

6.2.3成本建模073 

6.3影响价格的电池参数075 

6.3.1功率和能量075 

6.3.2电池化学成分077 

6.3.3电极厚度的限制079 

6.3.4可用荷电状态以及使用寿命的相关注意事项080 

6.3.5电芯容量并联电芯结构082 

6.3.6电池组集成组件082 

6.4价格评估上的不确定性083 

6.4.1材料和固定设备084 

6.4.2电极厚度084 

6.4.3电芯容量084 

6.4.4不确定性计算示例085 

6.5生产规模的影响085 

6.6展望086 

参考文献087 

第7章电动汽车用锂离子电池组089 

7.1概述089 

7.2锂离子电池设计考虑的因素090 

7.3可充电能源储存系统092 

7.3.1锂离子电池单体电池092 

7.3.2机械结构094 

7.3.3电池管理系统和电子元件095 

7.3.4热管理系统097 

7.4测试与分析099 

7.4.1分析工具100 

7.4.2标准化100 

7.5电动汽车可充电储能系统的应用100 

7.5.1尼桑聆风(Nissan Leaf)101 

7.5.2雪佛兰沃蓝达(Chevrolet Volt)101 

7.5.3福特福克斯(Ford Focus)BEV102 

7.5.4丰田普瑞斯PHEV102 

7.5.5三菱“I”103 

7.6结论103 

参考文献104 

第8章Voltec系统——储能以及电力推动105 

8.1概述105 

8.2电动汽车简史105 

8.3增程式电动汽车109 

8.4Voltec推动系统112 

8.5Voltec驱动单元以及汽车运行模式114 

8.5.1驱动单元运行114 

8.5.2司机选择模式115 

8.6电池经营策略116 

8.7开发及生效过程118 

8.8汽车场地经验119 

8.9总结121 

参考文献123 

第9章锂离子电池应用于公共汽车：发展及展望124 

9.1概述124 

9.1.1背景和范围124 

9.1.2电力驱动在公交汽车中的配置趋势124 

9.2在电力驱动公交汽车中整合锂离子电池126 

9.3基于LIB充电储能系统(RESS)的HEB/EB公共汽车128 

9.3.1使用锂离子电池的公共汽车综述128 

9.3.2FTA先进公共汽车示范与配置项目132 

9.4经验积累、进展以及展望135 

9.4.1案例研究以及从LIB公共汽车运行中学习到的安全经验135 

9.4.2LIB用于公共汽车市场：预测和展望136 

参考文献140 

第10章采用锂离子电池的电动汽车和混合电动汽车144 

10.1概述144 

10.1.1锂离子电池的革新144 

10.1.2电动汽车分类144 

10.2HEVs147 

10.2.1奥迪O5混合电动汽车(全混HEV)147 

10.2.2宝马ActiveHybrid 3(全混HEV)147 

10.2.3宝马ActiveHybrid 5(全混HEV)147 

10.2.4宝马ActiveHybrid 7(轻混合EV)148 

10.2.5宝马Concept Active Tourer(PHEV)149 

10.2.6宝马i8(PHEV)150 

10.2.7本田(讴歌)NSX(PHEV)151 

10.2.8英菲尼迪EMERGE(EREV)151 

10.2.9英菲尼迪M35h(全混EV)152 

10.2.10奔驰S400混动(轻混EV)152 

10.2.11奔驰E300 BlueTEC HYBRID(全混EV)153 

10.2.12奔驰Vision S500插电式混合电动汽车(PHEV)153 

10.2.13丰田Prius插电混合电动汽车(PHEV)154 

10.2.14丰田Prius+(全混EV)155 

10.2.15沃尔沃V60插电混合电动汽车(PHEV)155 

10.3BEVs和EREVs157 

10.3.1比亚迪e6(BEV)157 

10.3.2宝马ActiveE(BEV)157 

10.3.3宝马i3(EV&也可作为EREV)158 

10.3.4雪佛兰Spark EV 2014(BEV)158 

10.3.5雪佛兰Volt(EREV)159 

10.3.6雪铁龙C-Zero(BEV)160 

10.3.7雪铁龙电动Berlingo(BEV)160 

10.3.8菲亚特500e(BEV)162 

10.3.9福特Focus EV(BEV)162 

10.3.10本田FIT EV(BEV)162 

10.3.11英菲尼迪LE 概念车(BEV)163 

10.3.12Mini E(BEV)164 

10.3.13三菱i-MiEV(BEV)164 

10.3.14尼桑e-NV200(BEV)164 

10.3.15尼桑Leaf(BEV)165 

10.3.16欧宝Ampera(EREV)165 

10.3.17标致iOn(BEV)165 

10.3.18雷诺Fluence Z.E.(BEV)167 

10.3.19雷诺Kangoo Z.E.(BEV)167 

10.3.20雷诺Zoe Z.E.(BEV)168 

10.3.21Smart Fortwo电动车(BEV)168 

10.3.22Smart ED Brabus(BEV)169 

10.3.23Smart Fortwo Rinspeed Dock+Go(BEV或EREV)169 

10.3.24特斯拉Roadster(BEV)169 

10.3.25丰田eQ(BEV)170 

10.3.26沃尔沃C30(BEV)171 

10.3.27Zic kandi(BEV)171 

10.4电动微型汽车172 

10.4.1Belumbury Dany(重型四轮)172 

10.4.2雷诺Twizy(轻型和重型四轮车)172 

10.4.3Tazzari Zero(重型四轮车)173 

10.5城市运输车辆新概念173 

10.5.1奥迪Urban Concept173 

10.5.2欧宝RakE174 

10.5.3PSA VELV174 

10.5.4大众Nils175 

10.6结论175 

第11章PHEV电池设计面临的挑战以及电热模型的机遇177 

11.1概述177 

11.2理论178 

11.3设置描述179 

11.4提取模型参数180 

11.4.1热对流180 

11.4.2热阻183 

11.4.3热容184 

11.5结果和讨论185 

11.5.1校准开发的模型185 

11.5.2确定开发的模型188 

11.5.3传热系数变化189 

11.6结论190 

附录190 

参考文献191 

第12章电动汽车用固态锂离子电池194 

12.1概述194 

12.1.1汽车发展环境194 

12.1.2汽车用可充电电池194 

12.1.3电动汽车和混合电动汽车的发展趋势和相关问题195 

12.1.4对电动汽车用新型锂离子电池的期望196 

12.2全固态锂离子电池196 

12.2.1全固态锂离子电池的优点196 

12.2.2Li+导电固态电解液197 

12.2.3全固态锂离子电池的问题199 

12.2.4总结205 

12.3结论205 

参考文献206 

第13章可再生能源储能以及电网备用锂离子电池207 

13.1概述207 

13.2应用207 

13.2.1与PV系统共用的住宅区电池储能207 

13.2.2分布式电网中的季度电池储能210 

13.3系统概念和拓扑结构212 

13.3.1交流耦合PV电池系统213 

13.3.2直流耦合PV电池系统213 

13.4组件和需求215 

13.4.1电池系统215 

13.4.2电力电子215 

13.4.3能源管理系统215 

13.4.4通信设施216 

13.5结论217 

参考文献217 

第14章卫星锂离子电池219 

14.1概述219 

14.2卫星任务219 

14.2.1GEO卫星220 

14.2.2LEO卫星221 

14.2.3MEO/HEO卫星(中地球轨道或者高地球轨道)222 

14.3卫星用锂离子电池223 

14.3.1主要产品规格224 

14.3.2资格鉴定计划226 

14.4卫星电池技术和供应商228 

14.4.1ABSL228 

14.4.2三菱电气公司230 

14.4.3Quallion公司232 

14.4.4Saft237 

14.5结论241 

参考文献242 

第15章锂离子电池管理244 

15.1概述244 

15.2电池组管理的结构和选择245 

15.3电池管理功能246 

15.3.1性能管理246 

15.3.2保护功能247 

15.3.3辅助功能248 

15.3.4诊断功能248 

15.3.5通信功能248 

15.4电荷状态控制器248 

15.4.1基于电压估算SoC值248 

15.4.2基于电流估算SoC值(安时积分法)249 

15.4.3联合基于电流与基于电压的方法249 

15.4.4根据阻抗测试来估算SoC值251 

15.4.5基于模型的方法251 

参考文献253 

第16章锂离子电池组电子选项255 

16.1概述255 

16.2基本功能255 

16.3监控256 

16.4测量257 

16.5计算258 

16.6通信259 

16.7控制260 

16.8单电芯锂离子电池设备(3.6V)261 

16.8.1手机、平板电脑、音乐播放器和耳机261 

16.8.2工业、医疗及商业设备263 

16.9双电芯串联电池设备(7.2V)263 

16.9.1平板电脑、上网本和小型笔记本电脑263 

16.9.2车载电台、工业、医疗和商业设备263 

16.103～4个电芯串联电池设备(一般10.8～14.4V)264 

16.10.1笔记本电脑264 

16.10.2工业、医疗和商业设备264 

16.115～10电芯串联电池设备265 

16.11.1电动工具、草坪和花园工具265 

16.11.2汽车SLI电池266 

16.1210～20电芯串联电池267 

16.12.1电动自行车268 

16.12.248V通信系统及不间断电源268 

16.13超大阵列电池系统269 

16.13.1汽车：混合动力及插电式混合动力汽车270 

16.13.2汽车：纯电动汽车270 

16.13.3电网储能和稳定系统270 

16.14结论270 

参考文献271 

第17章商业锂离子电池的安全性272 

17.1概述272 

17.2便携式设备用商业锂电池组273 

17.3商业锂离子电池的局限性273 

17.4商业锂离子电池的质量控制281 

17.5商业锂离子电池的安全认证过程282 

17.6结论284 

参考文献285 

第18章锂离子电池安全性287 

18.1概述287 

18.2系统层面的安全性288 

18.3电芯层面的安全性290 

18.4滥用耐受测试291 

18.4.1热失控耐受以及热稳定性测试291 

18.4.2电滥用耐受测试292 

18.4.3机械滥用耐受测试293 

18.4.4对可控内部短路测试的需求294 

18.5内部短路和热失控297 

18.6大型电池及其安全性301 

18.7锂沉积302 

参考文献304 

第19章锂离子电池组件及它们对大功率电池安全性的影响306 

19.1概述306 

19.2电解液307 

19.2.1控制SEI膜307 

19.2.2锂盐的安全问题308 

19.2.3针对过充的保护措施309 

19.2.4阻燃剂309 

19.3隔膜311 

19.4阴极的热稳定性312 

19.5Li4Ti5O12/LiFePO4：最安全、最强大的组合314 

19.6其他影响安全性的参数316 

19.6.1设计316 

19.6.2电极工程316 

19.6.3电流限制自动复位装置317 

19.7结束语317 

参考文献318 

第20章锂离子电池材料的热稳定性324 

20.1概述324 

20.2电池安全的基本考虑324 

20.3电解液被负极化学还原325 

20.3.1石墨电极325 

20.3.2硅/锂合金327 

20.4电解液的热分解328 

20.4.1LiPF6/碳酸烷基酯混合溶剂电解液328 

20.4.2LiPF6/二氟乙酸甲酯电解液330 

20.5电解液在正极的氧化反应333 

20.5.1LiCoO2333 

20.5.2FeF3334 

20.6滥用测试的安全评估335 

20.6.1安全设备336 

20.7总结337 

参考文献337 

第21章锂离子电池的环境影响339 

21.1概述339 

21.2锂离子电池回收的益处339 

21.3锂离子电池环境影响340 

21.3.1电池组成341 

21.3.2电池材料供应链342 

21.3.3电池装配344 

21.3.4电池对电动车辆生命周期环境影响的贡献345 

21.4锂离子电池回收技术概述及分析347 

21.4.1高温冶金回收过程347 

21.4.2BIT回收过程349 

21.4.3中间物理回收过程350 

21.4.4直接物理回收过程351 

21.4.5回收过程分析351 

21.5影响回收的因素354 

21.6总结355 

参考文献356 

第22章回收动力电池作为未来可用锂资源的机会与挑战358 

22.1资源危机358 

22.2锂储备和锂资源的地理分布361 

22.2.1锂资源概述361 

22.2.2锂储量分布的特征362 

22.3未来电力汽车对锂需求的影响364 

22.4目前不同研究中采用的回收额度综述366 

22.5不同回收额度对锂可用性的影响368 

22.6结论370 

参考文献370 

第23章生产商、材料以及回收技术374 

23.1锂离子电池生产商374 

23.1.1公司概述374 

23.2电池生产的材料以及成本378 

23.3回收380 

23.3.1电池回收方面的法律条款、经济和环境友好原则380 

23.3.2可充电电池回收过程381 

23.3.3一些电池回收的工业方法382 

23.3.4电池回收总述386 

参考文献387 

第24章锂离子电池产业链——现状、趋势以及影响389 

24.1概述389 

24.2锂离子电池市场389 

24.3电池和材料生产过程390 

24.3.1当前成本结构391 

24.3.2中期成本结构以及利润率394 

24.3.3长期成本结构(2015～2020年)395 

24.4产业链结构以及预期改变396 

24.4.1阴极和其他材料396 

24.4.2电池生产397 

参考文献398 

第25章锂离子电池热力学399 

25.1概述399 

25.2热力学测量：程序和仪器400 

25.3老化前的热力学数据：评估电池成分401 

25.4过充电池的热力学402 

25.4.1概述402 

25.4.2过充老化方法403 

25.4.3放电特征403 

25.4.4OCP曲线404 

25.4.5熵和焓曲线404 

25.5热老化电池的热力学408 

25.5.1概述408 

25.5.2热老化方法408 

25.5.3放电特征408 

25.5.4OCP曲线410 

25.5.5熵及焓曲线410 

25.6长时循环电池的热力学415 

25.6.1概述415 

25.6.2老化方法415 

25.6.3放电特性415 

25.6.4OCP曲线416 

25.6.5熵及焓曲线416 

25.7热力学记忆效应420 

25.8结论422 

参考文献424 

索引427