锂离子电池技术：研究进展与应用
作者： （意）詹弗兰科·皮斯托亚 著；赵瑞瑞，余乐，常毅，陈红雨 译
出版时间： 2017年版
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





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