“中国制造2025”出版工程--锂离子电池电极材料

第1章　锂离子电池概述　/ 1

　1.1　锂离子电池概述　/ 1

　　　1.1.1　锂离子电池的发展简史　/ 1

　　　1.1.2　锂离子电池的组成及原理　/ 2

　　　1.1.3　锂离子电池的优缺点　/ 6

　1.2　锂离子电池电极材料的安全性　/ 7

　　　1.2.1　正极材料的安全性　/ 8

　　　1.2.2　负极材料的安全性　/ 8

　1.3　锂离子电池电极材料的表征与测试方法　/ 9

　　　1.3.1　物理表征方法　/ 9

　　　1.3.2　电化学表征方法　/ 10

　　　1.3.3　电极材料活化能的计算　/ 14

　1.4　锂离子电池隔膜　/ 15

　　　1.4.1　锂离子电池隔膜的制备方法　/ 15

　　　1.4.2　锂离子电池隔膜的结构与性能　/ 16

　1.5　锂离子电池有机电解液　/ 17

　参考文献　/ 18

第2章　锂离子电池层状正极材料/ 19

　2.1　LiCoO2 电极材料　/ 19

　　　2.1.1　LiCoO2 电极材料的结构　/ 19

　　　2.1.2　LiCoO2 电极材料的电化学性能　/ 20

　　　2.1.3　LiCoO2 的制备方法　/ 21

　　　2.1.4　LiCoO2 的掺杂　/ 22

　　　2.1.5　LiCoO2 的表面改性　/ 25

　2.2　LiNiO2 正极材料　/ 27

　　　2.2.1　LiNiO2 的制备方法　/ 28

　　　2.2.2　LiNiO2 的掺杂改性　/ 28

　2.3　层状锰酸锂（LiMnO2） 　/ 30

　　　2.3.1　层状锰酸锂的合成　/ 31

　 2.3.2　不同的形貌对层状锰酸锂的电化学性能的影响　/ 32

　　　2.3.3　层状锰酸锂的掺杂改性　/ 33

　2.4　三元材料（LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3O2） 　/ 34

　　　2.4.1　LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2材料的结构　/ 34

　　　2.4.2　LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2材料的合成　/ 36

　　　2.4.3　不同形貌对LiNi1/3 Co1/3Mn1/3 O2 材料性能的影响　/ 37

　　　2.4.4　LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2材料的掺杂改性　/ 39

　　　2.4.5　LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2材料的表面包覆　/ 41

　2.5　富锂材料　/ 43

　　　2.5.1　富锂材料的结构和电化学性能　/ 44

　　　2.5.2　富锂材料的充放电机理　/ 47

　　　2.5.3　富锂材料的合成　/ 51

　　　2.5.4　富锂材料的性能改进　/ 53

　参考文献　/ 60

第3章　尖晶石正极材料 /64

　3.1　LiMn2O4 正极材料　/ 64

　　　3.1.1　LiMn2O4 正极材料的结构与电化学性能　/ 64

　　　3.1.2　LiMn2O4 正极材料的容量衰减机理　/ 68

　　　3.1.3　LiMn2O4 正极材料制备方法　/ 74

　　　3.1.4　提高LiMn2O4 正极材料性能的方法　/ 76

　3.2　LiNi0.5Mn1.5O4 　/ 91

　　　3.2.1　LiNi0.5Mn1.5O4 正极材料的结构与性能　/ 91

　　　3.2.2　LiNi0.5Mn1.5O4 正极材料的失效机制　/ 95

　　　3.2.3　LiNi0.5Mn1.5O4 正极材料的合成　/ 97

　　　3.2.4　LiNi0.5Mn1.5O4 正极材料的形貌控制　/ 100

　　　3.2.5　LiNi0.5Mn1.5O4 正极材料的掺杂　/ 103

　　　3.2.6　LiNi0.5Mn1.5O4 正极材料的表面包覆　/ 107

　参考文献　/ 109

第4章　磷酸盐正极材料 /114

　4.1　磷酸亚铁锂　/ 114

　　　4.1.1　LiFePO4 的晶体结构　/ 114

　　　4.1.2　LiFePO4 的充放电机理　/ 115

　　　4.1.3　LiFePO4 的合成方法　/ 117

　　　4.1.4　LiFePO4 的掺杂改性　/ 120

　4.2　磷酸锰锂　/ 122

　 4.2.1　LiMnPO4 的结构特性　/ 122

　　　4.2.2　LiMnPO4 的改性研究　/ 126

　4.3　LiCoPO4 和LiNiPO4 正极材料　/ 134

　　　4.3.1　LiCoPO4 的结构　/ 134

　　　4.3.2　LiCoPO4 的制备方法　/ 136

　　　4.3.3　LiCoPO4 的掺杂改性　/ 137

　　　4.3.4　LiNiPO4 正极材料　/ 137

　4.4　Li3 V2（PO4） 3 正极材料　/ 138

　　　4.4.1　Li3 V2（PO4）3 的结构特点　/ 138

　　　4.4.2　Li3 V2（PO4）3 的制备方法　/ 141

　　　4.4.3　Li3 V2（PO4）3 的掺杂改性　/ 142

　　　4.4.4　不同形貌的Li3 V2（PO4）3 　/ 144

　4.5　焦磷酸盐正极材料　/ 146

　4.6　氟磷酸盐正极材料　/ 148

　参考文献　/ 150

第5章　硅酸盐正极材料 /154

　5.1　硅酸铁锂　/ 154

　　　5.1.1　硅酸铁锂的结构　/ 154

　　　5.1.2　硅酸铁锂的合成　/ 159

　　　5.1.3　硅酸铁锂的改性　/ 162

　5.2　硅酸锰锂　/ 167

　　　5.2.1　硅酸锰锂的结构　/ 167

　　　5.2.2　纳米硅酸锰锂材料的碳包覆　/ 170

　　　5.2.3　硅酸锰锂材料的掺杂　/ 172

　5.3　硅酸钴锂　/ 176

　参考文献　/ 176

第6章　LiFeSO4F 正极材料//180

　6.1　LiFeSO4F 的结构　/ 180

　6.2　LiFeSO4F 的合成方法　/ 197

　　　6.2.1　离子热法　/ 197

　　　6.2.2　固相法　/ 198

　　　6.2.3　聚合物介质法　/ 199

　　　6.2.4　微波溶剂热法　/ 199

　6.3　LiFeSO4F 的掺杂改性　/ 200

　　　6.3.1　LiFeSO4F 的金属掺杂　/ 200

　 6.3.2　LiFeSO4F 的包覆改性　/ 201

　参考文献　/ 202

第7章　碳基、硅基、锡基材料 /204

　7.1　碳基材料　/ 204

　　　7.1.1　石墨　/ 205

　　　7.1.2　非石墨类　/ 208

　　　7.1.3　碳纳米材料　/ 209

　　　7.1.4　石墨烯材料　/ 210

　7.2　硅基材料　/ 212

　　　7.2.1　硅负极材料的储锂机理　/ 212

　　　7.2.2　硅负极材料纳米化　/ 213

　　　7.2.3　硅-碳复合材料　/ 216

　　　7.2.4　其他硅基复合材料　/ 218

　7.3　锡基材料　/ 219

　　　7.3.1　锡基材料的纳米化　/ 220

　　　7.3.2　锡-碳复合材料　/ 222

　参考文献　/ 223

第8章　Li4Ti5O12 负极材料 /225

　8.1　Li4Ti5O12 的结构及其稳定性　/ 225

　　　8.1.1　Li4Ti5O12 的结构　/ 225

　　　8.1.2　Li4Ti5O12 的稳定性　/ 226

　8.2　Li4Ti5O12 的电化学性能　/ 229

　8.3　Li4 Ti5 O12 的合成　/ 231

　　　8.3.1　Li4Ti5O12 的合成方法　/ 231

　　　8.3.2　Li4Ti5O12 的纳米化及表面形貌控制　/ 234

　8.4　Li4Ti5O12 的掺杂　/ 237

　8.5　Li4Ti5O12 材料的表面改性　/ 240

　　　8.5.1　Li4Ti5O12 复合材料　/ 240

　　　8.5.2　Li4Ti5O12 的表面改性　/ 244

　8.6　Li4Ti5O12 材料的气胀　/ 253

　　　8.6.1　Li4Ti5O12 材料的产气机理　/ 253

　　　8.6.2　抑制Li4Ti5O12 材料气胀的方法　/ 255

　参考文献　/ 255

第9章　钛基负极材料 /259

　9.1　Li-Ti-O 化合物　/ 259

　　　9.1.1　LiTi2O4 　/ 259

　　　9.1.2　Li2Ti3O7 　/ 261

　　　9.1.3　Li2Ti6O13 　/ 261

　9.2　MLi2Ti6O14（M=2Na,Sr,Ba） 　/ 262

　　　9.2.1　MLi2Ti6O14（M=2Na,Sr,Ba） 的结构　/ 262

　　　9.2.2　MLi2Ti6O14（M=2Na,Sr,Ba） 的合成方法　/ 265

　　　9.2.3　MLi2Ti6O14（M=2Na,Sr,Ba） 的掺杂改性　/ 267

　　　9.2.4　MLi2Ti6O14（M=2Na,Sr,Ba） 的包覆改性　/ 275

　9.3　Li2MTi3O8（M=Zn,Cu,Mn） 　/ 276

　　　9.3.1　Li2ZnTi3O8 　/ 276

　　　9.3.2　Li2MnTi3O8 　/ 280

　　　9.3.3　Li2CuTi3O8 　/ 282

　9.4　Li-Cr-Ti-O　/ 283

　　　9.4.1　LiCrTiO4 　/ 283

　　　9.4.2　Li5Cr7Ti6O25 　/ 285

　9.5　TiO2 负极材料　/ 289

　参考文献　/ 289

第10章　其他新型负极材料 /294

　10.1　过渡金属氧化物负极材料　/ 294

　　　10.1.1　四氧化三钴　/ 295

　　　10.1.2　氧化镍　/ 297

　　　10.1.3　二氧化锰　/ 299

　　　10.1.4　双金属氧化物　/ 300

　10.2　铌基负极材料　/ 303

　　　10.2.1　铌基氧化物负极材料　/ 303

　　　10.2.2　钛铌氧化物（Ti-Nb-O）　/ 304

　　　10.2.3　其他铌基氧化物　/ 308

　10.3　磷化物和氮化物负极材料　/ 310

　10.4　硫化物负极材料　/ 311

　10.5　硝酸盐负极材料　/ 314

　参考文献　/ 320

第11章　锂离子电池材料的理论设计及其电化学性能的预测 /323

　11.1　锂离子电池材料的热力学稳定性　/ 323

　　　11.1.1　电池材料相对于元素相的热力学稳定性　/324

　　　11.1.2　电池材料相对于氧化物的热力学稳定性　/326

　11.2　电极材料的力学稳定性及失稳机制　/ 328

　　　11.2.1　LixMPO4（M=Fe、Mn；x=0、1） 材料的力学性质　/ 328

　　　11.2.2　LixMPO4（M=Fe、Mn；x= 0、1） 材料的电子结构及力学失稳机制　/ 332

　11.3　Li2-xMO3 电极材料的晶格释氧问题及其氧化还原机理　/ 337

　　　11.3.1　Li2-xMO3 电极材料的晶格释氧问题　/ 337

　　　11.3.2　Li2-xMO3 电极材料的氧化还原机理　/ 341

　11.4　锂离子电池材料的电化学性能的理论预测　/ 347

　　　11.4.1　电极材料的理论电压及储锂机制　/ 347

　　　11.4.2　电极材料的表面形貌的预测及表面效应　/350

　　　11.4.3　锂离子扩散动力学及倍率性能　/ 357

　参考文献　/ 360