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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（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2） 34

2.4.1 LiNi1/3Co1/3 Mn1/3 O2材料的结构 34

2.4.2 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2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 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的掺杂改性 39

2.4.5 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2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Li3V2（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 Li FeSO4 F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 LiFeSO4 F的掺杂改性 200

6.3.1 LiFeSO4F的金属掺杂 200

6.3.2 LiFeSO4 F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 Li4Ti5O12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 Li4TisO12材料的表面改性 240

8.5.1 Li4 Tis O12复合材料 240

8.5.2 Li4Ti5O12的表面改性 244

8.6 Li4TisO12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 Li2 MTi3 O8（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 Lix MPO4（M＝Fe、Mn；x＝0、1）材料的力学性质 328

11.2.2 Lix MPO4（M＝Fe、Mn；x＝0、1）材料的电子结构及力学失稳机制 332

11.3 Li2-x MO3电极材料的晶格释氧问题及其氧化还原机理 337

11.3.1 Li2-x MO3电极材料的晶格释氧问题 337

11.3.2 Li2-x MO3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