本書是《化學(xué)電源技術(shù)叢書》的一個分冊。書中介紹了鋰元素的物理化學(xué)性質(zhì)；鋰離子電池的基本概念與組裝技術(shù)；正極材料的微觀組成與電化學(xué)性能；負(fù)極材料、電解液、電極材料的研究方法以及鋰離子電池的應(yīng)用與展望。本書匯集了國內(nèi)外研究者的最新科技成果與相關(guān)技術(shù)，體現(xiàn)了鋰離子電池當(dāng)今發(fā)展和研究的趨勢，是化學(xué)、物理、材料等學(xué)科的基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用技術(shù)的前沿集成反映。
本書適合于高等學(xué)校、科研院所、相關(guān)企業(yè)從事化學(xué)電源研發(fā)的科研人員、管理工作者和生產(chǎn)技術(shù)人員等，同時可作為相關(guān)專業(yè)的師生學(xué)習(xí)參考用書。

《鋰離子電池原理與關(guān)鍵技術(shù)》匯集了國內(nèi)外研究者的最新科技成果與相關(guān)技術(shù)，體現(xiàn)了鋰離子電池當(dāng)今發(fā)展和研究的趨勢，是化學(xué)、物理、材料等學(xué)科的基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用技術(shù)的前沿集成反映。

自1958年美國加州大學(xué)的一名研究生提出了鋰、鈉等活潑金屬做電池負(fù)極的設(shè)想后，人們開始了對鋰電池的研究。當(dāng)鋰電極被碳材料代替時，即開始了鋰離子電池的工業(yè)化革命。鋰離子電池的研究始于1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦為負(fù)極, 以鈷酸鋰為正極的鋰離子電池；同年日本Sony和加拿大Moli兩大電池公司宣稱將推出以碳為負(fù)極的鋰離子電池；1991年，日本索尼能源技術(shù)公司與電池部聯(lián)合開發(fā)了以聚糖醇熱解碳(PFA)為負(fù)極的鋰離子電池；1993年，美國Bellcore公司首先報道了聚合物鋰離子電池。
與其他充電電池相比，鋰離子電池具有電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應(yīng)、對環(huán)境污染小、快速充電、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)。作為一類重要的化學(xué)電池，鋰離子電池由手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)及便捷式小型電器所用電池和潛艇、航天、航空領(lǐng)域所用電池，逐步走向電動汽車動力領(lǐng)域。在全球能源與環(huán)境問題越來越嚴(yán)峻的情況下，交通工具紛紛改用儲能電池為主要動力源，鋰離子電池被認(rèn)為是高容量、大功率電池的理想之選。 
近年來，鋰離子電池中正負(fù)極活性材料、功能電解液的研究和開發(fā)應(yīng)用，在國際上相當(dāng)活躍，并已取得很大進(jìn)展。低成本、高性能、大功率、長壽命、高安全、環(huán)境友好是鋰離子電池的發(fā)展方向。鋰離子電池是一類不斷更新的電池體系，涉及物理學(xué)和化學(xué)的許多新的研究成果，將會對鋰離子電池產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。本書的編寫過程正值鋰離子電池的發(fā)展處于一個嶄新局面時期，新的電極材料與功能電解液體系促使研究方向與領(lǐng)域不斷拓展與深入，其研究數(shù)據(jù)與新成果層出不窮。本書薈萃了國內(nèi)外許多研究者多年的心血；反映出鋰離子電池作為儲能體系的重要組成部分，不斷地從一個階段發(fā)展到新的高度；也是鋰離子電池最新科研成果的集中表現(xiàn)。
在本書的編寫過程中，筆者的研究生們做了大量的文獻(xiàn)收集、圖表繪制、數(shù)據(jù)整理等方面的工作，他們是：唐聯(lián)興、王海波、黃承煥、唐愛東、李世采、張戈、龔本利、楊賽、李永坤、方東、趙薇、史曉虎等。在此，對他們的工作表示感謝！
此外，我們特別要感謝化學(xué)工業(yè)出版社的相關(guān)編輯在本書的編寫過程中所給予的幫助和支持！
由于鋰離子電池涉及化學(xué)、物理、材料等學(xué)科的概念和理論，是基礎(chǔ)研究與應(yīng)用技術(shù)的前沿反映與集成。限于作者的知識、能力，疏漏與不足之處在所難免，敬請同行與讀者不吝賜教。

編者2008年1月

第1章鋰元素的物理、化學(xué)性質(zhì)1
參考文獻(xiàn)5
第2章鋰離子電池的基本概念與組裝技術(shù)6
21鋰離子電池的工作原理和特點(diǎn)6
211工作原理6
212鋰離子電池的主要特點(diǎn)8
22鋰離子電池的電化學(xué)性能10
221鋰離子電池的電動勢10
222電池開路電壓11
23鋰離子電池的類型12
24鋰離子電池的設(shè)計(jì)15
241電池設(shè)計(jì)的一般程序16
242電池設(shè)計(jì)的要求16
243電池性能設(shè)計(jì)17
244AA型鋰離子電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19
245電池保護(hù)電路設(shè)計(jì)19
246鋰離子電池監(jiān)控器22
247鋰離子電池體系熱變化與控制23
25鋰離子電池的基本組成及關(guān)鍵材料26
251電極材料26
252電池組裝工藝與技術(shù)50
參考文獻(xiàn)58
第3章正極材料60
31 正極材料的微觀結(jié)構(gòu)60
311LiCoO2材料60
312LiNiO2材料61
313LiMn2O4材料63
314磷酸體系化合物65
32正極材料的分類及電化學(xué)性能65
321層狀鋰鈷氧化物66
322層狀鋰鎳氧化物67
323尖晶石型氧化物69
324復(fù)合層狀氧化物75
325其他層狀氧化物89
326層狀二硫族化物正極材料90
327三硫族化物及相關(guān)材料94
328磷酸鹽體系94
329有機(jī)導(dǎo)電聚合物材料101
33正極材料的制備方法103
331溶劑熱法合成103
332高溫反應(yīng)法110
333溶膠凝膠法113
334低溫固相反應(yīng)法117
335電化學(xué)合成法119
336機(jī)械化學(xué)活化法122
參考文獻(xiàn)124
第4章負(fù)極材料130
41負(fù)極材料的發(fā)展130
411金屬鋰及其合金130
412碳材料132
413氧化物負(fù)極材料133
414其他負(fù)極材料134
415復(fù)合負(fù)極材料134
42負(fù)極材料的特點(diǎn)及分類135
421負(fù)極材料的特點(diǎn)135
422負(fù)極材料的分類135
43晶體材料和非晶化合物136
431石墨類碳材料137
432無定形碳材料156
433碳材料性能的改進(jìn)方法163
434錫基材料170
435硅基材料174
436合金材料178
437復(fù)合物材料183
438過渡金屬氧化物185
439其他186
44納米電極材料187
441碳納米材料188
442納米金屬及納米合金192
443納米氧化物193
45其他類型材料194
451鋰金屬氮化物194
452鋰鈦復(fù)合氧化物L(fēng)i4/3Ti5/3O4196
46膜電極材料200
461薄膜電極材料的制備方法201
462薄膜電極材料的分類203
參考文獻(xiàn)206
第5章電解質(zhì)212
51液體電解質(zhì)212
52電解質(zhì)鋰鹽215
521C中心原子的鋰鹽216
522N中心原子的鋰鹽216
523B中心原子的鋰鹽216
524Al中心原子的鋰鹽217
525離子液體/室溫熔融鹽電解質(zhì)218
526電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性223
527電解質(zhì)分解224
528固體電解質(zhì)界面(SEI)膜232
529電解液對正、負(fù)電極集流體的表面腐蝕234
5210電解液對正、負(fù)電極材料的表面腐蝕237
5211功能添加劑240
5212隔膜251
53無機(jī)固體電解質(zhì)251
531固體電解質(zhì)252
532LiX材料253
533Li3N及其同系物255
534含氧酸鹽255
535薄膜固體電解質(zhì)257
54聚合物電解質(zhì)259
541純固態(tài)聚合物電解質(zhì)263
542凝膠型聚合物電解質(zhì)266
543增塑劑在凝膠型聚合物中的作用268
544聚合物電解質(zhì)276
545納米陶瓷復(fù)合聚合物電解質(zhì)279
546結(jié)晶性聚合物電解質(zhì)中的離子傳導(dǎo)284
547電化學(xué)與界面穩(wěn)定性288
參考文獻(xiàn)288
第6章電極材料研究方法297
61研究方法簡介297
611X射線及其基本性質(zhì)297
612紅外光譜研究302
613拉曼(Raman)光譜研究304
614鋰離子擴(kuò)散305
615電化學(xué)阻抗技術(shù)308
616熱力學(xué)函數(shù)與電池電動勢308
62電極材料的微觀結(jié)構(gòu)研究309
621化學(xué)計(jì)量尖晶石Li1+δMn2-δO4(0≤δ≤033)310
622層狀結(jié)構(gòu)LiMnO313
63離子分布式314
631LiCrxMn2-xO4-yAy離子分布式及容量計(jì)算314
632Mn3O4離子分布式與晶格常數(shù)計(jì)算316
64動力學(xué)、熱力學(xué)和相平衡研究316
641動力學(xué)316
642熱力學(xué)320
643電極電位與電極反應(yīng)322
644三元LiMO體系的熱力學(xué)325
645LiMXO四元系統(tǒng)的熱力學(xué)326
65交流阻抗譜法在材料中的研究329
651負(fù)極材料的研究329
652正極材料的研究331
66鋰離子嵌脫的交流阻抗模型333
67高溫電化學(xué)研究方法335
671尖晶石LiMn2O4高溫研究335
672改進(jìn)方法337
參考文獻(xiàn)338
第7章鋰離子電池的應(yīng)用與展望340
71電子產(chǎn)品方面的應(yīng)用341
72交通工具方面的應(yīng)用342
721電動自行車342
722電動汽車344
73在國防軍事方面的應(yīng)用351
74在航空航天方面的應(yīng)用355
741在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用355
742在航天領(lǐng)域的應(yīng)用356
75在儲能方面的應(yīng)用357
76在其他方面的應(yīng)用359
761電動工具359
762礦產(chǎn)和石油開采359
763醫(yī)學(xué)和微型機(jī)電系統(tǒng)360
77展望360
參考文獻(xiàn)360