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第1章 概论&吴锋1

1.1 国家需求与研究背景1

1.2 面临问题与研究目标2

1.3 发展机遇与产业格局3

1.4 研究概况与技术挑战5

1.4.1 多电子反应体系5

1.4.2 快速电极反应过程与相关材料6

1.4.3 可控电池反应6

1.5 结语7

第2章 高比能二次电池分析&艾新平 吴锋8

2.1 引言8

2.2 实现高比能量的理论分析10

2.2.1 高比能电池的理论原理10

2.2.2 影响电池比能量的因素12

2.3 高比能二次电池发展现状14

2.3.1 二次电池体系开发现状14

2.3.2 典型高比能二次电池体系的技术现状17

2.3.3 现有高比能二次电池体系的技术局限22

2.4 现有高比能二次电池体系的发展潜力24

2.5 提升二次电池能量密度的可能途径25

参考文献29

第3章 高功率电池设计与应用技术&吴伯荣 吴锋30

3.1 引言30

3.2 高功率电池设计32

3.2.1 电池内阻与最大输入／输出功率的关系32

3.2.2 高功率电池设计的工艺敏感性因素分析37

3.2.3 电池安全性与反应选择性、电极材料极化均匀程度的关系40

3.3 磷酸铁锂材料的高功率输出特性42

3.4 改善储氢合金负极的低温输出特性的措施44

3.4.1 制约储氢材料低温性能的主要影响因素44

3.4.2 改善储氢合金电极低温输出性能的措施47

3.5 电池的热特性与管理设计54

3.5.1 电池热模型的建立55

3.5.2 电池热管理系统的设计58

3.6 高功率电池的发展59

参考文献61

第4章 室温锂硫二次电池&邱新平 陈人杰65

4.1 锂硫电池的反应机理65

4.1.1 锂硫电池的多步电化学反应65

4.1.2 容量衰减机理67

4.2 单质硫正极材料68

4.3 硫化物正极材料71

4.3.1 无机硫化物71

4.3.2 有机硫化物72

4.4 锂硫电池用电解质材料74

4.4.1 锂硫电池用电解质的评价指标74

4.4.2 锂硫电池用液态电解质75

4.4.3 锂硫电池用固态电解质80

4.5 应用示例81

4.6 结语86

参考文献86

第5章 薄液层电化学储能体系&董全峰 郑明森等89

5.1 应用需求89

5.2 快速电极反应动力学的基本概念89

5.2.1 传统电池电极过程的主要特征89

5.2.2 传统固体电极的反应动力学限制91

5.2.3 快速电极反应的基本类型91

5.3 薄液层储能原理92

5.3.1 薄液层电化学储能体系模型92

5.3.2 液相氧化还原电对93

5.3.3 薄液层储能体系相关理论分析93

5.3.4 薄液层电化学储能体系特点94

5.4 应用示例96

5.4.1 基于阵列多孔电极的薄液层体系96

5.4.2 离子交换膜对库仑效率的影响97

5.4.3 薄液层储能体系的循环性能98

参考文献99

第6章 三维结构锡基储锂合金负极材料&黄令 柯福生等101

6.1 锡基储锂合金材料的特点101

6.2 三维结构锡合金的制备方法102

6.2.1 胶体模板电沉积法102

6.2.2 以泡沫铜为基底的电沉积法103

6.2.3 以多孔铜为基底的电沉积法103

6.3 三维结构锡基合金的结构与储锂性能103

6.3.1 三维结构锡-钴合金的结构与储锂性能103

6.3.2 三维结构锡-铜合金的结构与储锂性能107

6.3.3 三维结构锡-镍合金的结构与储锂性能112

6.4 结语115

参考文献116

第7章 多电子反应氢氧化镍电极材料&高学平 吴青瑞117

7.1 氢氧化镍电极的基本性质117

7.1.1 氢氧化镍电极的充放电机理117

7.1.2 氢氧化镍的结构及晶型之间的转换关系119

7.2 α-Ni(OH)2的制备及其电化学性能121

7.2.1 Al取代α-Ni(OH)2的制备方法及其结构特征122

7.2.2 Al取代α-Ni(OH)2的电化学性能125

7.3 α-Ni(OH)2的表面修饰与电化学性能127

7.3.1 CoOOH修饰α-Ni(OH)2128

7.3.2 钇氢氧化物修饰α-Ni(OH)2及其高温性能130

7.4 结语132

参考文献133

第8章 高比能电池的安全性与反应控制技术&杨汉西135

8.1 高比能电池的安全性问题135

8.2 水溶液电池气体的产生与消除137

8.2.1 水溶液电池析气反应的机理分析137

8.2.2 降低电池内压的一些技术方法143

8.2.3 脉冲充电方法控制电池析气反应144

8.3 氧化还原电对过充保护的方法148

8.3.1 氧化还原电对添加剂的作用原理148

8.3.2 水溶液体系的应用示例149

8.3.3 非水溶液电池的应用示例153

8.4 有机电解质溶液安全性添加剂157

8.4.1 可聚合单体添加剂157

8.4.2 阻燃性电解液163

8.4.3 高稳定性电解质盐165

8.5 温度敏感电极方法原理167

8.5.1 电池的热反应与安全性167

8.5.2 温度敏感电极的方法原理170

8.5.3 应用示例172

8.6 具有自开关功能的隔膜172

8.6.1 热关闭隔膜173

8.6.2 自激活电压开关隔膜174

8.7 结语177

参考文献178

第9章 电池反应研究的谱学表征方法&孙世刚 董全峰等181

9.1 电池反应表征的微观方法181

9.1.1 解析电池反应机理的复杂问题181

9.1.2 电池反应研究方法的比较184

9.2 电池反应的红外光谱研究技术186

9.2.1 红外光谱简介187

9.2.2 透射红外吸收光谱187

9.2.3 反射红外吸收光谱189

9.2.4 红外光谱在锂离子电池研究中的应用195

9.2.5 红外发射光谱技术201

9.3 电化学原位扫描探针显微方法204

9.3.1 基本原理205

9.3.2 扫描隧道显微技术208

9.3.3 原子力显微技术212

9.3.4 ECSPM在电池研究中的应用示例214

9.4 电池反应过程中的原位XRD研究218

9.4.1 晶体结构和XRD基础219

9.4.2 多晶衍射仪法及其应用221

9.4.3 Rietveld全谱拟合法225

9.4.4 应用示例226

9.5 结语231

参考文献232

第10章 新型电池材料的模拟计算与结构设计&王兆翔 陈岗235

10.1 材料计算与结构设计的意义235

10.2 计算方法介绍237

10.2.1 能带理论与材料导电性能237

10.2.2 第一性原理计算方法240

10.2.3 分子动力学方法252

10.2.4 第一性原理分子动力学256

10.2.5 蒙特卡罗方法257

10.3 典型案例259

10.3.1 锂离子在碳纳米管中扩散的从头算研究259

10.3.2 以第一性原理计算为指导寻找锂电池正极材料261

10.3.3 Mg、Al掺杂对LiCoO2电子结构及性能的影响263

10.3.4 LiMn2O4中锂离子的动力学行为及掺杂对材料电子结构的影响272

10.3.5 Li离子在Cu中扩散281

10.4 结语283

参考文献284

第11章 二次电池的绿色度评价方法&夏定国286

11.1 引言286

11.1.1 绿色产品设计概述286

11.1.2 绿色产品287

11.1.3 绿色设计287

11.1.4 绿色度288

11.1.5 绿色产品评价方法研究现状288

11.2 绿色产品生命周期结构模型290

11.2.1 生命周期评价方法的概述290

11.2.2 生命周期影响评价的主要方法295

11.2.3 环境影响类型297

11.2.4 各种环境影响类型的当量物质参数298

11.2.5 绿色产品生命周期结构模型298

11.2.6 小结303

11.3 二次电池体系生命周期评价分析303

11.3.1 二次电池体系目标和范围定义303

11.3.2 二次电池体系生命周期中清单分析305

11.3.3 二次电池体系的影响评价模型310

11.3.4 改善评价314

11.3.5 小结315

11.4 锂离子电池LCA案例研究315

11.4.1 公共数据体系315

11.4.2 研究对象和功能单位317

11.4.3 目标和范围确定317

11.4.4 生命周期清单分析318

11.4.5 生命周期影响分析324

11.4.6 锂离子绿色度模糊评价328

11.4.7 小结333

参考文献333