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**性 / 7
1.2.1 正极材料的**性 / 8
1.2.2 负极材料的**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 **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

电极材料决定着电池的性能,同时也决定电池40%以上的成本。
本书结合作者十几年的化学电源科研工作经验,融合多项**自然科学基金项目成果,广泛比较了国内外主流的锂离子电池电极材料的结构与性能,提出了多项高性能锂离子电池和动力电池电极材料的设计思路、方案,并比较了其结构与性能性能,对实际设计与制造工作具有明显的指导价值。