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鋰離子電池技術：研究進展與應用

為了解決福特福克斯的問題，作者（伊）詹弗蘭科·皮斯托亞 這樣論述：

本書共有25章，涵蓋了從材料到應用，再到回收等鋰離子電池相關的全部內容。書中詳細介紹了鋰離子電池正負極材料、電解液以及功能添加劑、隔膜等相關組件的研究背景，以及近些年來的研究進展和發展趨勢。並重點評述了將鋰離子電池應用於消費電子、電動汽車以及大型固定應用中時，如何實現不同的性能以及電子選項要求。本書還從原理上詳細分析了鋰離子電池的安全性以及回收等問題，並對鋰離子電池未來可用性以及發展趨勢進行了評估和說明。本書可作為鋰離子電池相關企業以及高校、科研院所相關科研人員的參考書籍，亦可作為新能源相關專業、材料相關專業等本科生以及研究生的教材。 第1章鋰離子電池的發展現狀以及最 新技

術趨勢0011.1概述0011.2實用型鋰離子電池的開發歷程0021.3陰極材料的發展現狀0041.3.1陰極材料的發展歷史0041.3.2陰極材料的最 新技術趨勢0051.3.3陰極材料的最新研究進展0051.4陽極材料發展現狀0071.4.1陽極材料的發展史0071.4.2陽極材料的最新研究進展0081.5電解液的發展現狀0091.5.1電解液的發展歷史0091.5.2電解液的最新研究進展0091.6隔膜技術0101.6.1隔膜制造方法及特征0101.6.2隔膜最新研究進展0121.7結論013參考文獻013第2章鋰離子電池的過去、現在與未來：新技術能否開啟新局面？0152.1概述0152

.2鋰離子電池是如何誕生的？0152.3消費者們期許的鋰離子電池性能0172.4鋰離子電池的性能改進0182.4.1錫基陽極0182.4.2硅基陽極0192.4.3鈦基陽極0192.4.4凝膠聚合物電解質鋰離子電池0202.4.5以LiFePO4為陰極的鋰離子電池0232.5新電池技術能否為鋰離子電池開啟新篇章？0242.5.1富鋰陰極0242.5.2有機陰極材料0242.5.3陶瓷包覆隔膜0262.6結論027參考文獻027第3章鋰離子電池和模塊快速充電（最高到6C）的電熱響應以及循環壽命測試0293.1概述0293.2基本注意事項和考慮要點0293.2.1快速充電意味着什麼？0293.2.

2快速充電功率要求0303.2.3對所有電池體系充電的一般方法0303.3不同鋰電池材料的快速充電特征0313.450A•h LTO電芯及模塊的快速充電測試0333.4.1電芯測試0333.4.2模塊測試036參考文獻040第4章鋰離子電池納米電極材料0414.1前言0414.2基於脫嵌機理的電極材料的納米效應0414.3正極納米結構磷酸金屬鋰材料0444.4負極鈦基納米材料0454.5轉換電極0464.6負極鋰合金0494.7納米結構碳用作負極活性材料0504.8碳基納米復合材料0534.9結論054參考文獻054第5章未來電動汽車和混合電動汽車體系對電池的要求及其潛在新功能0605.1概述

0605.2電池的功率性能分析0615.3汽車的基本性能設計0635.4熱分析和設計0655.5建立電池組體系0655.6鋰離子電池的高功率性能066參考文獻068第6章電動汽車電池制造成本0696.1概述0696.2性能與成本模型0706.2.1電芯和電池組設計類型0706.2.2性能建模0716.2.3成本建模0736.3影響價格的電池參數0756.3.1功率和能量0756.3.2電池化學成分0776.3.3電極厚度的限制0796.3.4可用荷電狀態以及使用壽命的相關注意事項0806.3.5電芯容量?並聯電芯結構0826.3.6電池組集成組件0826.4價格評估上的不確定性0836.4.1

材料和固定設備0846.4.2電極厚度0846.4.3電芯容量0846.4.4不確定性計算示例0856.5生產規模的影響0856.6展望086參考文獻087第7章電動汽車用鋰離子電池組0897.1概述0897.2鋰離子電池設計考慮的因素0907.3可充電能源儲存系統0927.3.1鋰離子電池單體電池0927.3.2機械結構0947.3.3電池管理系統和電子組件0957.3.4熱管理系統0977.4測試與分析0997.4.1分析工具1007.4.2標准化1007.5電動汽車可充電儲能系統的應用1007.5.1尼桑聆風（Nissan Leaf）1017.5.2雪佛蘭沃藍達（Chevrolet Vo

lt）1017.5.3福特福克斯（Ford Focus）BEV1027.5.4豐田普瑞斯PHEV1027.5.5三菱「I」1037.6結論103參考文獻104第8章Voltec系統——儲能以及電力推動1058.1概述1058.2電動汽車簡史1058.3增程序電動汽車1098.4Voltec推動系統1128.5Voltec驅動單元以及汽車運行模式1148.5.1驅動單元運行1148.5.2司機選擇模式1158.6電池經營策略1168.7開發及生效過程1188.8汽車場地經驗1198.9總結121參考文獻123第9章鋰離子電池應用於公共汽車：發展及展望1249.1概述1249.1.1背景和范圍12

49.1.2電力驅動在公交汽車中的配置趨勢1249.2在電力驅動公交汽車中整合鋰離子電池1269.3基於LIB充電儲能系統（RESS）的HEB／EB公共汽車1289.3.1使用鋰離子電池的公共汽車綜述1289.3.2FTA先進公共汽車示范與配置項目1329.4經驗積累、進展以及展望1359.4.1案例研究以及從LIB公共汽車運行中學習到的安全經驗1359.4.2LIB用於公共汽車市場：預測和展望136參考文獻140第10章采用鋰離子電池的電動汽車和混合電動汽車14410.1概述14410.1.1鋰離子電池的革新14410.1.2電動汽車分類14410.2HEVs14710.2.1奧迪O5混合電

動汽車（全混HEV）14710.2.2寶馬ActiveHybrid 3（全混HEV）14710.2.3寶馬ActiveHybrid 5（全混HEV）14710.2.4寶馬ActiveHybrid 7（輕混合EV）14810.2.5寶馬Concept Active Tourer（PHEV）14910.2.6寶馬i8（PHEV）15010.2.7本田（謳歌）NSX（PHEV）15110.2.8英菲尼迪EMERG?E（EREV）15110.2.9英菲尼迪M35h（全混EV）15210.2.10奔馳S400混動（輕混EV）15210.2.11奔馳E300 Blue TECHYBRID（全混EV）153

10.2.12奔馳Vision S500插電式混合電動汽車（PHEV）15310.2.13豐田Prius插電混合電動汽車（PHEV）15410.2.14豐田Prius+（全混EV）15510.2.15沃爾沃V60插電混合電動汽車（PHEV）15510.3BEVs和EREVs15710.3.1比亞迪e6（BEV）15710.3.2寶馬ActiveE（BEV）15710.3.3寶馬i3（EV&也可作為EREV）15810.3.4雪佛蘭Spark EV 2014（BEV）15810.3.5雪佛蘭Volt（EREV）15910.3.6雪鐵龍C—Zero（BEV）16010.3.7雪鐵龍電動Berlin

go（BEV）16010.3.8菲亞特500e（BEV）16210.3.9福特Focus EV（BEV）16210.3.10本田FIT EV（BEV）16210.3.11英菲尼迪LE概念車（BEV）16310.3.12Mini E（BEV）16410.3.13三菱i—MiEV（BEV）16410.3.14尼桑e—NV200（BEV）16410.3.15尼桑Leaf（BEV）16510.3.16歐寶Ampera（EREV）16510.3.17標致iOn（BEV）16510.3.18雷諾Fluence Z.E.（BEV）16710.3.19雷諾Kangoo Z.E.（BEV）16710.3.20雷

諾Zoe Z.E.（BEV）16810.3.21Smart Fortwo電動車（BEV）16810.3.22Smart ED Brabus（BEV）16910.3.23Smart Fortwo Rinspeed Dock+Go（BEV或EREV）16910.3.24特斯拉Roadster（BEV）16910.3.25豐田eQ（BEV）17010.3.26沃爾沃C30（BEV）17110.3.27Zic kandi（BEV）17110.4電動微型汽車17210.4.1Belumbury Dany（重型四輪）17210.4.2雷諾Twizy（輕型和重型四輪車）17210.4.3Tazzari Ze

ro（重型四輪車）17310.5城市運輸車輛新概念17310.5.1奧迪Urban Concept17310.5.2歐寶Rak—E17410.5.3PSAVELV17410.5.4大眾Nils17510.6結論175第11章PHEV電池設計面臨的挑戰以及電熱模型的機遇17711.1概述17711.2理論17811.3設置描述17911.4提取模型參數18011.4.1熱對流18011.4.2熱阻18311.4.3熱容18411.5結果和討論18511.5.1校准開發的模型18511.5.2確定開發的模型18811.5.3傳熱系數變化18911.6結論190附錄190參考文獻191第12章電動汽

車用固態鋰離子電池19412.1概述19412.1.1汽車發展環境19412.1.2汽車用可充電電池19412.1.3電動汽車和混合電動汽車的發展趨勢和相關問題19512.1.4對電動汽車用新型鋰離子電池的期望19612.2全固態鋰離子電池19612.2.1全固態鋰離子電池的優點19612.2.2Li+導電固態電解液19712.2.3全固態鋰離子電池的問題19912.2.4總結20512.3結論205參考文獻206第13章可再生能源儲能以及電網備用鋰離子電池20713.1概述20713.2應用20713.2.1與PV系統共享的住宅區電池儲能20713.2.2分布式電網中的季度電池儲能21013

.3系統概念和拓撲結構21213.3.1交流耦合PV電池系統21313.3.2直流耦合PV電池系統21313.4組件和需求21513.4.1電池系統21513.4.2電力電子21513.4.3能源管理系統21513.4.4通信設施21613.5結論217參考文獻217第14章衛星鋰離子電池21914.1概述21914.2衛星任務21914.2.1GEO衛星22014.2.2LEO衛星22114.2.3MEO／HEO衛星（中地球軌道或者高地球軌道）22214.3衛星用鋰離子電池22314.3.1主要產品規格22414.3.2資格鑒定計划22614.4衛星電池技術和供應商22814.4.1ABSL

22814.4.2三菱電氣公司23014.4.3Quallion公司23214.4.4Saft23714.5結論241參考文獻242第15章鋰離子電池管理24415.1概述24415.2電池組管理的結構和選擇24515.3電池管理功能24615.3.1性能管理24615.3.2保護功能24715.3.3輔助功能24815.3.4診斷功能24815.3.5通信功能24815.4電荷狀態控制器24815.4.1基於電壓估算SoC值24815.4.2基於電流估算SoC值（安時積分法）24915.4.3聯合基於電流與基於電壓的方法24915.4.4根據阻抗測試來估算SoC值25115.4.5基於模型的

方法251參考文獻253第16章鋰離子電池組電子選項25516.1概述25516.2基本功能25516.3監控25616.4測量25716.5計算25816.6通信25916.7控制26016.8單電芯鋰離子電池設備（3.6V）26116.8.1手機、平板電腦、音樂播放器和耳機26116.8.2工業、醫療及商業設備26316.9雙電芯串聯電池設備（7.2V）26316.9.1平板電腦、上網本和小型筆記本電腦26316.9.2車載電台、工業、醫療和商業設備26316.103～4個電芯串聯電池設備（一般10.8～14.4V）26416.10.1筆記本電腦26416.10.2工業、醫療和商業設備26

416.115～10電芯串聯電池設備26516.11.1電動工具、草坪和花園工具26516.11.2汽車SLI電池26616.1210～20電芯串聯電池26716.12.1電動自行車26816.12.248V通信系統及不間斷電源26816.13超大陣列電池系統26916.13.1汽車：混合動力及插電式混合動力汽車27016.13.2汽車：純電動汽車27016.13.3電網儲能和穩定系統27016.14結論270參考文獻271第17章商業鋰離子電池的安全性27217.1概述27217.2便攜式設備用商業鋰電池組27317.3商業鋰離子電池的局限性27317.4商業鋰離子電池的質量控制28117.

5商業鋰離子電池的安全認證過程28217.6結論284參考文獻285第18章鋰離子電池安全性28718.1概述28718.2系統層面的安全性28818.3電芯層面的安全性29018.4濫用耐受測試29118.4.1熱失控耐受以及熱穩定性測試29118.4.2電濫用耐受測試29218.4.3機械濫用耐受測試29318.4.4對可控內部短路測試的需求29418.5內部短路和熱失控29718.6大型電池及其安全性30118.7鋰沉積302參考文獻304第19章鋰離子電池組件及它們對大功率電池安全性的影響30619.1概述30619.2電解液30719.2.1控制SEI膜30719.2.2鋰鹽的安全問

題30819.2.3針對過充的保護措施30919.2.4阻燃劑30919.3隔膜31119.4陰極的熱穩定性31219.5Li4Ti5O12／LiFePO4：最 安全、最強大的組合31419.6其他影響安全性的參數31619.6.1設計31619.6.2電極工程31619.6.3電流限制自動復位裝置31719.7結束語317參考文獻318第20章鋰離子電池材料的熱穩定性32420.1概述32420.2電池安全的基本考慮32420.3電解液被負極化學還原32520.3.1石墨電極32520.3.2硅／鋰合金32720.4電解液的熱分解32820.4.1LiPF6／碳酸烷基酯混合溶劑電解液3282

0.4.2LiPF6／二氟乙酸甲酯電解液33020.5電解液在正極的氧化反應33320.5.1LiCoO233320.5.2FeF333420.6濫用測試的安全評估33520.6.1安全設備33620.7總結337參考文獻337第21章鋰離子電池的環境影響33921.1概述33921.2鋰離子電池回收的益處33921.3鋰離子電池環境影響34021.3.1電池組成34121.3.2電池材料供應鏈34221.3.3電池裝配34421.3.4電池對電動車輛生命周期環境影響的貢獻34521.4鋰離子電池回收技術概述及分析34721.4.1高溫冶金回收過程34721.4.2BIT回收過程34921.4

.3中間物理回收過程35021.4.4直接物理回收過程35121.4.5回收過程分析35121.5影響回收的因素35421.6總結355參考文獻356第22章回收動力電池作為未來可用鋰資源的機會與挑戰35822.1資源危機35822.2鋰儲備和鋰資源的地理分布36122.2.1鋰資源概述36122.2.2鋰儲量分布的特征36222.3未來電力汽車對鋰需求的影響36422.4目前不同研究中采用的回收額度綜述36622.5不同回收額度對鋰可用性的影響36822.6結論370參考文獻370第23章生產商、材料以及回收技術37423.1鋰離子電池生產商37423.1.1公司概述37423.2電池生產的

材料以及成本37823.3回收38023.3.1電池回收方面的法律條款、經濟和環境友好原則38023.3.2可充電電池回收過程38123.3.3一些電池回收的工業方法38223.3.4電池回收總述386參考文獻387第24章鋰離子電池產業鏈——現狀、趨勢以及影響38924.1概述38924.2鋰離子電池市場38924.3電池和材料生產過程39024.3.1當前成本結構39124.3.2中期成本結構以及利潤率39424.3.3長期成本結構（2015～2020年）39524.4產業鏈結構以及預期改變39624.4.1陰極和其他材料39624.4.2電池生產397參考文獻398第25章鋰離子電池熱力

學39925.1概述39925.2熱力學測量：程序和儀器40025.3老化前的熱力學數據：評估電池成分40125.4過充電池的熱力學40225.4.1概述40225.4.2過充老化方法40325.4.3放電特征40325.4.4OCP曲線40425.4.5熵和焓曲線40425.5熱老化電池的熱力學40825.5.1概述40825.5.2熱老化方法40825.5.3放電特征40825.5.4OCP曲線41025.5.5熵及焓曲線41025.6長時循環電池的熱力學41525.6.1概述41525.6.2老化方法41525.6.3放電特性41525.6.4OCP曲線41625.6.5熵及焓曲線416

25.7熱力學記憶效應42025.8結論422參考文獻424索引427

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