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本书简要介绍了离子电池的基本结构和设计原理，详细介绍了层状电极材料、尖晶石电极、磷酸盐正极材料、硅酸盐正极材料、碳负极材料、钛基电极材料以及钛酸锂电极材料等多种电极材料的设计与性能。

本书适宜从事离子电池设计的技术人员使用

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 Mn1/3 O2） / 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 Co1/3 Mn1/3 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

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