描述
开 本: 16开纸 张: 纯质纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787111756118
随着新能源汽车保有量的快速增长，作为电动汽车的核心部件——电池成为各大车企有效占领市场的关键。本书开篇介绍“双碳”目标下车用动力电池的发展现状和前景，系统地介绍了正极材料（插层型、转化型）、负极材料（插层型、合金型、转换型）、电解质材料（非水系电解质、水系电解质）和隔膜，分析了各类材料的优缺点，阐明了各类材料在市场中的应用现状和前景，特别是目前研究的热点内容，例如高镍三元层状正极材料、富锂正极材料、金属锂负极材料、固态电解质材料、水系电解质材料等。此外，本书专门增设了锂离子电池的安全性问题、解决策略和测试标准一章，让读者进一步了解电池在实际应用中存在问题的原因以及采用的解决方法，加深对锂离子电池技术的理解。
随着新能源汽车保有量的快速增长，作为电动汽车的核心部件——电池成为各大车企有效占领市场的关键。本书开篇介绍“双碳”目标下车用动力电池的发展现状和前景，系统地介绍了正极材料（插层型、转化型）、负极材料（插层型、合金型、转换型）、电解质材料（非水系电解质、水系电解质）和隔膜，分析了各类材料的优缺点，阐明了各类材料在市场中的应用现状和前景，特别是目前研究的热点内容，例如高镍三元层状正极材料、富锂正极材料、金属锂负极材料、固态电解质材料、水系电解质材料等。此外，本书专门增设了锂离子电池的安全性问题、解决策略和测试标准一章，让读者进一步了解电池在实际应用中存在问题的原因以及采用的解决方法，加深对锂离子电池技术的理解。
本书可用作研究机构、企业及高等院校从事锂离子电池相关研发的工作人员及相关专业师生的参考书。
前言
第1章锂电池概论1
1.1“双碳”目标下锂电池的使命和发展前景1
1.2锂电池发展简介3
1.3锂离子电池的基本构成3
1.4表征电池性能的重要参数4
1.4.1电池的电动势（E）4
1.4.2电池的理论容量（Q）5
1.4.3电池的能量5
1.4.4电池的功率6
1.4.5库仑效率（电流效率）6
1.4.6电池的寿命以及自放电与储存性能6
第2章正极材料7
2.1插层型正极材料8
2.1.1层状结构正极（LiMO2）8
2.1.2尖晶石结构正极37
2.1.3聚阴离子型正极45
2.1.4钒氧化物正极53
2.2转化型正极材料59
2.2.1卤化物59
2.2.2硫60
2.2.3硒70
2.2.4碘73
2.3有机正极材料74
2.3.1共轭羰基化合物76
2.3.2自由基聚合物79
2.3.3导电聚合物81
2.3.4有机硫正极82
第3章负极材料85
3.1插层类化合物86
3.1.1碳材料86
3.1.2钛基材料95
3.2合金类材料98
3.2.1硅基材料99
3.2.2锡基材料102
3.2.3其他合金类材料104
3.3转换型材料105
3.3.1氧化物106
3.3.2磷化物109
3.3.3硫化物110
3.3.4氮化物111
3.4金属锂112
3.4.1锂枝晶的形成与生长112
3.4.2原位形成稳定的SEI层116
3.4.3非原位表面包覆120
第4章非水系液体电解质129
4.1非水系液体电解质简介130
4.2溶剂130
4.2.1碳酸丙二酯（PC）132
4.2.2醚类电解质133
4.2.3碳酸乙二酯（EC）133
4.2.4线性碳酸酯134
4.3锂盐135
4.3.1LiClO4136
4.3.2LiAsF6137
4.3.3LiBF4137
4.3.4LiTf138
4.3.5LiIm139
4.3.6LiPF6141
4.4电解液的液态范围142
4.5离子传导特性145
4.6电解质在惰性电极表面的电化学稳定性150
4.6.1锂盐阴离子稳定性151
4.6.2溶剂的稳定性152
4.7电解质在活性电极表面的电化学稳定性153
4.7.1锂负极的钝化153
4.7.2碳负极的钝化156
4.8高温下电解质的长期稳定性164
4.9新电解质体系167
4.9.1电解质面临的问题167
4.9.2功能化电解质：添加剂168
4.9.3新电解质组分176
第5章聚合物电解质187
5.1固态聚合物电解质187
5.1.1聚合物电解质的相结构188
5.1.2聚合物电解质的离子传导机理190
5.1.3PEO基191
5.2凝胶聚合物电解质209
5.2.1凝胶聚合物电解质的增塑剂209
5.2.2增塑剂的改性210
5.2.3PEO基213
5.2.4PAN基216
5.2.5PMMA基218
5.2.6PVC基219
5.2.7PVDF基220
5.3复合聚合物电解质221
第6章单离子导体电解质230
6.1基于聚合物的单离子导体电解质230
6.1.1羧酸盐231
6.1.2磺酸盐233
6.1.3磺酰亚胺盐235
6.1.4硼酸盐237
6.1.5其他阴离子239
6.2基于有机无机混合材料的单离子导体电解质240
6.3基于阴离子受体的单离子导体电解质241
第7章无机陶瓷电解质243
7.1固体中离子传导的基础243
7.2离子传导的机理和性质244
7.3固体电解质245
7.3.1LISICON型245
7.3.2硫银锗矿248
7.3.3NASICON型248
7.3.4石榴石250
7.3.5钙钛矿251
7.4结构改性251
7.4.1通过取代调节晶格体积251
7.4.2通过机械张力调节晶格体积252
第8章水系电解质253
8.1水系电解质的优势254
8.2水系电解质的不足与解决策略254
第9章隔膜与黏结剂259
9.1隔膜259
9.1.1隔膜的类别259
9.1.2隔膜的性能259
9.1.3隔膜性能的评价260
9.1.4电池隔膜的制造技术264
9.2黏结剂265
9.2.1黏结剂的分类265
9.2.2适合锂离子电池的黏结剂266
9.2.3聚偏二氟乙烯267
第10章锂离子电池的安全性问题、解决策略和测试标准270
10.1安全性问题270
10.1.1副反应271
10.1.2热失控271
10.1.3机械损伤271
10.1.4电滥用272
10.1.5过热273
10.2解决策略273
10.2.1提升电极与电解质的稳定性274
10.2.2温度控制系统276
10.2.3电池补偿系统277
10.3测试标准278
10.4测试方法278
10.4.1过充测试279
10.4.2过放测试280
10.4.3过热测试280
10.4.4短路测试281
10.4.5振动测试282
10.4.6挤压测试284
参考文献287
第2章器件物理基础12
2.1基本材料特性介绍12
2.1.1导体、半导体和
绝缘体12
2.1.2电子和空穴能量14
2.1.3半导体中的碰撞与
能量交换15
2.2PN结16
2.2.1PN结能带16
2.2.2PN结偏置18
2.2.3结电容18
2.3金属-氧化物-半导体
电容的物理基础19
2.3.1金属-氧化物-半导体
电容的能带19
2.3.2金属-氧化物-半导体
电容的电容-电压
曲线21
2.4金属-氧化物-半导体场
效应晶体管物理22
2.4.1金属-氧化物-半导体
场效应晶体管的
电流-电压特性22
2.4.2长沟道金属-氧化
物-半导体场效应
晶体管的Vt25
2.4.3金属-氧化物-半导体
场效应晶体管中的
电容25
2.5金属-氧化物-半导体场
效应晶体管的二阶效应27
2.5.1短沟道效应27
2.5.2宽度效应28
2.5.3栅致漏极泄漏电流29
2.5.4硼渗透30
2.5.5衬底偏置的影响31
2.6界面陷阱和氧化层陷阱31
参考文献34
第3章金属-氧化物-半导体
制造工艺流程35
3.1前道工艺35
3.2Cu双大马士革后端
工艺41
参考文献44
第4章对器件可靠性表征有用的
测量46
4.1电容-电压测量46
4.2直流电流-电压47
4.2.1从直流电流-电压测量
中提取界面陷阱49
4.2.2从直流电流-电压测量
中提取氧化层陷阱52
4.3栅控二极管方法53
4.4电荷泵测量55
4.5界面和氧化层陷阱分离的
中间
自从锂离子电池出现以来，因为其具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、自放电慢等优点,从而广泛应用于小型可移动电子设备，例如手机、便捷式计算机、数码相机等。这些可移动电子设备的应用已经大幅度改变了人们传统的生活和工作方式。在当今的社会发展过程中，随着对电池能量密度要求的不断提高，电池技术也不断发生革新，从开始的基于液体电解质的锂离子电池，到目前使用的基于聚合物电解质的锂离子电池，再到未来理想化的全固态锂离子电池。
随着“双碳”目标的确立，人们赋予了锂离子电池在新时代的新的使命——作为汽车的能源以及电网储能的储电介质。由于电池技术的不断革新，目前多家汽车公司均已推出了纯电动汽车，例如比亚迪、北汽新能源、特斯拉等。这些电动汽车已经可以基本满足人们的日常
出行需求。
目前世界各国都从政策上和资金上大力支持当地电动汽车的发展。在我国，政府在提供资金支持的同时，还采取相应的鼓励政策，激励高等院校与研究机构、企业共同研发新一代锂离子电池，争取早日突破技术瓶颈,达到世界领先水平。
与此同时，为了提升太阳能、风能等可再生资源的利用率以及对电网进行“削峰填谷”，与电网配套的储能系统也在如火如荼地发展中。
基于锂离子电池在当今社会中的重要作用，总结电池各个组成部分的发展过程、了解技术革新、把握电池技术的核心问题显得尤为重要。本书正是基于这个需求，总结了过去几十年锂离子电池的技术发展轨迹，并介绍了目前的发展状况与未来的技术方向。
本书主要可以分为三部分：正极材料（插层型、转化型）（第2章）；负极材料（插层型、合金型、转换型）（第3章）；电解质（非水系电解质、水系电解质）（第4～8章）。此外还包括锂电池概论（第1章）、锂离子电池中的隔膜和黏结剂（第9章）以及锂离子电池的安全性问题、解决策略和测试标准（第10章）。其中值得一提的是电解质的发展，因为电解质相比于电极材料发展较为缓慢，目前已经成为制约锂电池（锂离子电池）发展的重要因素。因此本书着重分类介绍了锂离子电解质的发展过程，从非水系液体电解质（第4章）、聚合物电解质（第5章）、单离子导体电解质（第6章）到无机陶瓷电解质（第7章）。希望本书可以帮助读者了解目前锂离子电池电解质发展的现状以及未来的趋势。
本书能够得以出版，首先要特别感谢我的合作导师程寒松教授和孙玉宝教授给予的支持与帮助，感谢他们支持我全身心地投入写作。其次我的夫人也在本书的撰写过程中帮忙搜集资料并默默支持，在此向她表示真诚的感谢。此外，本书参考了大量的国内外期刊文献以及专利等，在此向所有文献作者和专利发明者表示感谢。
由于本人学术水平有限，书中难免存在一些遗漏和错误，敬请广大读者批评指正。
盐城师范学院
徐国栋
2023年5月
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