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第1章 锂离子电池的发展现状以及最新技术趋势1

1.1 概述1

1.2 实用型锂离子电池的开发历程2

1.3 阴极材料的发展现状4

1.3.1 阴极材料的发展历史4

1.3.2 阴极材料的最新技术趋势5

1.3.3 阴极材料的最新研究进展5

1.4 阳极材料发展现状7

1.4.1 阳极材料的发展史7

1.4.2 阳极材料的最新研究进展8

1.5 电解液的发展现状9

1.5.1 电解液的发展历史9

1.5.2 电解液的最新研究进展9

1.6 隔膜技术10

1.6.1 隔膜制造方法及特征10

1.6.2 隔膜最新研究进展12

1.7 结论13

参考文献13

第2章 锂离子电池的过去、现在与未来：新技术能否开启新局面？15

2.1 概述15

2.2 锂离子电池是如何诞生的？15

2.3 消费者们期许的锂离子电池性能17

2.4 锂离子电池的性能改进18

2.4.1 锡基阳极18

2.4.2 硅基阳极19

2.4.3 钛基阳极19

2.4.4 凝胶聚合物电解质锂离子电池20

2.4.5 以LiFePO为阴极的锂离子电池23

2.5 新电池技术能否为锂离子电池开启新篇章？24

2.5.1 富锂阴极24

2.5.2 有机阴极材料24

2.5.3 陶瓷包覆隔膜26

2.6 结论27

参考文献27

第3章 锂离子电池和模块快速充电（最高到6C）的电热响应以及循环寿命测试29

3.1 概述29

3.2 基本注意事项和考虑要点29

3.2.1 快速充电意味着什么？29

3.2.2 快速充电功率要求30

3.2.3 对所有电池体系充电的一般方法30

3.3 不同锂电池材料的快速充电特征31

3.4 50A·h LTO电芯及模块的快速充电测试33

3.4.1 电芯测试33

3.4.2 模块测试36

参考文献40

第4章 锂离子电池纳米电极材料41

4.1 前言41

4.2 基于脱嵌机理的电极材料的纳米效应41

4.3 正极纳米结构磷酸金属锂材料44

4.4 负极钛基纳米材料45

4.5 转换电极46

4.6 负极锂合金49

4.7 纳米结构碳用作负极活性材料50

4.8 碳基纳米复合材料53

4.9 结论54

参考文献54

第5章 未来电动汽车和混合电动汽车体系对电池的要求及其潜在新功能60

5.1 概述60

5.2 电池的功率性能分析61

5.3 汽车的基本性能设计63

5.4 热分析和设计65

5.5 建立电池组体系65

5.6 锂离子电池的高功率性能66

参考文献68

第6章 电动汽车电池制造成本69

6.1 概述69

6.2 性能与成本模型70

6.2.1 电芯和电池组设计类型70

6.2.2 性能建模71

6.2.3 成本建模73

6.3 影响价格的电池参数75

6.3.1 功率和能量75

6.3.2 电池化学成分77

6.3.3 电极厚度的限制79

6.3.4 可用荷电状态以及使用寿命的相关注意事项80

6.3.5 电芯容量-并联电芯结构82

6.3.6 电池组集成组件82

6.4 价格评估上的不确定性83

6.4.1 材料和固定设备84

6.4.2 电极厚度84

6.4.3 电芯容量84

6.4.4 不确定性计算示例85

6.5 生产规模的影响85

6.6 展望86

参考文献87

第7章 电动汽车用锂离子电池组89

7.1 概述89

7.2 锂离子电池设计考虑的因素90

7.3 可充电能源储存系统92

7.3.1 锂离子电池单体电池92

7.3.2 机械结构94

7.3.3 电池管理系统和电子元件95

7.3.4 热管理系统97

7.4 测试与分析99

7.4.1 分析工具100

7.4.2 标准化100

7.5 电动汽车可充电储能系统的应用100

7.5.1 尼桑聆风（Nissan Leaf）101

7.5.2 雪佛兰沃蓝达（Chevrolet Volt）101

7.5.3 福特福克斯（Ford Focus） BEV102

7.5.4 丰田普瑞斯PHEV102

7.5.5 三菱“I”103

7.6 结论103

参考文献104

第8章 Voltec系统——储能以及电力推动105

8.1 概述105

8.2 电动汽车简史105

8.3 增程式电动汽车109

8.4 Voltec推动系统112

8.5 Voltec驱动单元以及汽车运行模式114

8.5.1 驱动单元运行114

8.5.2 司机选择模式115

8.6 电池经营策略116

8.7 开发及生效过程118

8.8 汽车场地经验119

8.9 总结121

参考文献123

第9章 锂离子电池应用于公共汽车：发展及展望124

9.1 概述124

9.1.1 背景和范围124

9.1.2 电力驱动在公交汽车中的配置趋势124

9.2 在电力驱动公交汽车中整合锂离子电池126

9.3 基于LIB充电储能系统（RESS）的HEB/EB公共汽车128

9.3.1 使用锂离子电池的公共汽车综述128

9.3.2 FTA先进公共汽车示范与配置项目132

9.4 经验积累、进展以及展望135

9.4.1 案例研究以及从LIB公共汽车运行中学习到的安全经验135

9.4.2 LIB用于公共汽车市场：预测和展望136

参考文献140

第10章 采用锂离子电池的电动汽车和混合电动汽车144

10.1 概述144

10.1.1 锂离子电池的革新144

10.1.2 电动汽车分类144

10.2 HEVs147

10.2.1 奥迪O5混合电动汽车（全混HEV）147

10.2.2 宝马ActiveHybrid 3（全混HEV）147

10.2.3 宝马ActiveHybrid 5（全混HEV）147

10.2.4 宝马ActiveHybrid 7（轻混合EV）148

10.2.5 宝马Concept Active Tourer （PHEV）149

10.2.6 宝马i8（PHEV）150

10.2.7 本田（讴歌）NSX （PHEV）151

10.2.8 英菲尼迪EMERG-E （EREV）151

10.2.9 英菲尼迪M35h（全混EV）152

10.2.10 奔驰S400混动（轻混EV）152

10.2.11 奔驰E300 BlueTEC HYBRID（全混EV）153

10.2.12 奔驰Vision S500插电式混合电动汽车（PHEV）153

10.2.13 丰田Prius插电混合电动汽车（PHEV）154

10.2.14 丰田Prius＋（全混EV）155

10.2.15 沃尔沃V60插电混合电动汽车（PHEV）155

10.3 BEVs和EREVs157

10.3.1 比亚迪e6 （BEV）157

10.3.2 宝马ActiveE （BEV）157

10.3.3 宝马i3 （EV＆也可作为EREV）158

10.3.4 雪佛兰Spark EV 2014 （BEV）158

10.3.5 雪佛兰Volt （EREV）159

10.3.6 雪铁龙C-Zero （BEV）160

10.3.7 雪铁龙电动Berlingo （BEV）160

10.3.8 菲亚特500e （BEV）162

10.3.9 福特Focus EV （BEV）162

10.3.10 本田FIT EV （BEV）162

10.3.11 英菲尼迪LE概念车（BEV）163

10.3.12 Mini E（BEV）164

10.3.13 三菱i-MiEV （BEV）164

10.3.14 尼桑e-NV200 （BEV）164

10.3.15 尼桑Leaf（BEV）165

10.3.16 欧宝Ampera （EREV）165

10.3.17 标致iOn （BEV）165

10.3.18 雷诺Fluence Z.E.（BEV）167

10.3.19 雷诺Kangoo Z.E.（BEV）167

10.3.20 雷诺Zoe Z.E.（BEV）168

10.3.21 Smart Fortwo电动车（BEV）168

10.3.22 Smart ED Brabus（BEV）169

10.3.23 Smart Fortwo Rinspeed Dock＋Go（BEV或EREV）169

10.3.24 特斯拉Roadster （BEV）169

10.3.25 丰田eQ （BEV）170

10.3.26 沃尔沃C30 （BEV）171

10.3.27 Zic kandi（BEV）171

10.4 电动微型汽车172

10.4.1 Belumbury Dany（重型四轮）172

10.4.2 雷诺Twizy（轻型和重型四轮车）172

10.4.3 Tazzari Zero（重型四轮车）173

10.5 城市运输车辆新概念173

10.5.1 奥迪Urban Concept173

10.5.2 欧宝Rak-E174

10.5.3 PSA VELV174

10.5.4 大众Nils175

10.6 结论175

第11章 PHEV电池设计面临的挑战以及电热模型的机遇177

11.1 概述177

11.2 理论178

11.3 设置描述179

11.4 提取模型参数180

11.4.1 热对流180

11.4.2 热阻183

11.4.3 热容184

11.5 结果和讨论185

11.5.1 校准开发的模型185

11.5.2 确定开发的模型188

11.5.3 传热系数变化189

11.6 结论190

附录190

参考文献191

第12章 电动汽车用固态锂离子电池194

12.1 概述194

12.1.1 汽车发展环境194

12.1.2 汽车用可充电电池194

12.1.3 电动汽车和混合电动汽车的发展趋势和相关问题195

12.1.4 对电动汽车用新型锂离子电池的期望196

12.2 全固态锂离子电池196

12.2.1 全固态锂离子电池的优点196

12.2.2 Li＋导电固态电解液197

12.2.3 全固态锂离子电池的问题199

12.2.4 总结205

12.3 结论205

参考文献206

第13章 可再生能源储能以及电网备用锂离子电池207

13.1 概述207

13.2 应用207

13.2.1 与PV系统共用的住宅区电池储能207

13.2.2 分布式电网中的季度电池储能210

13.3 系统概念和拓扑结构212

13.3.1 交流耦合PV电池系统213

13.3.2 直流耦合PV电池系统213

13.4 组件和需求215

13.4.1 电池系统215

13.4.2 电力电子215

13.4.3 能源管理系统215

13.4.4 通信设施216

13.5 结论217

参考文献217

第14章 卫星锂离子电池219

14.1 概述219

14.2 卫星任务219

14.2.1 GEO卫星220

14.2.2 LEO卫星221

14.2.3 MEO/HEO卫星（中地球轨道或者高地球轨道）222

14.3 卫星用锂离子电池223

14.3.1 主要产品规格224

14.3.2 资格鉴定计划226

14.4 卫星电池技术和供应商228

14.4.1 ABSL228

14.4.2 三菱电气公司230

14.4.3 Quallion公司232

14.4.4 Saft237

14.5 结论241

参考文献242

第15章 锂离子电池管理244

15.1 概述244

15.2 电池组管理的结构和选择245

15.3 电池管理功能246

15.3.1 性能管理246

15.3.2 保护功能247

15.3.3 辅助功能248

15.3.4 诊断功能248

15.3.5 通信功能248

15.4 电荷状态控制器248

15.4.1 基于电压估算SoC值248

15.4.2 基于电流估算SoC值（安时积分法）249

15.4.3 联合基于电流与基于电压的方法249

15.4.4 根据阻抗测试来估算SoC值251

15.4.5 基于模型的方法251

参考文献253

第16章 锂离子电池组电子选项255

16.1 概述255

16.2 基本功能255

16.3 监控256

16.4 测量257

16.5 计算258

16.6 通信259

16.7 控制260

16.8 单电芯锂离子电池设备（3.6V）261

16.8.1 手机、平板电脑、音乐播放器和耳机261

16.8.2 工业、医疗及商业设备263

16.9 双电芯串联电池设备（7.2V）263

16.9.1 平板电脑、上网本和小型笔记本电脑263

16.9.2 车载电台、工业、医疗和商业设备263

16.10 3～4个电芯串联电池设备（一般10.8～14.4V）264

16.10.1 笔记本电脑264

16.10.2 工业、医疗和商业设备264

16.11 510电芯串联电池设备265

16.11.1 电动工具、草坪和花园工具265

16.11.2 汽车SLI电池266

16.12 10～20电芯串联电池267

16.12.1 电动自行车268

16.12.2 48V通信系统及不间断电源268

16.13 超大阵列电池系统269

16.13.1 汽车：混合动力及插电式混合动力汽车270

16.13.2 汽车：纯电动汽车270

16.13.3 电网储能和稳定系统270

16.14 结论270

参考文献271

第17章 商业锂离子电池的安全性272

17.1 概述272

17.2 便携式设备用商业锂电池组273

17.3 商业锂离子电池的局限性273

17.4 商业锂离子电池的质量控制281

17.5 商业锂离子电池的安全认证过程282

17.6 结论284

参考文献285

第18章 锂离子电池安全性287

18.1 概述287

18.2 系统层面的安全性288

18.3 电芯层面的安全性290

18.4 滥用耐受测试291

18.4.1 热失控耐受以及热稳定性测试291

18.4.2 电滥用耐受测试292

18.4.3 机械滥用耐受测试293

18.4.4 对可控内部短路测试的需求294

18.5 内部短路和热失控297

18.6 大型电池及其安全性301

18.7 锂沉积302

参考文献304

第19章 锂离子电池组件及它们对大功率电池安全性的影响306

19.1 概述306

19.2 电解液307

19.2.1 控制SEI膜307

19.2.2 锂盐的安全问题308

19.2.3 针对过充的保护措施309

19.2.4 阻燃剂309

19.3 隔膜311

19.4 阴极的热稳定性312

19.5 Li4 Ti5 Oi2 /LiFePO4：最安全、最强大的组合314

19.6 其他影响安全性的参数316

19.6.1 设计316

19.6.2 电极工程316

19.6.3 电流限制自动复位装置317

19.7 结束语317

参考文献318

第20章 锂离子电池材料的热稳定性324

20.1 概述324

20.2 电池安全的基本考虑324

20.3 电解液被负极化学还原325

20.3.1 石墨电极325

20.3.2 硅/锂合金327

20.4 电解液的热分解328

20.4.1 LiPF6/碳酸烷基酯混合溶剂电解液328

20.4.2 LiPF6/二氟乙酸甲酯电解液330

20.5 电解液在正极的氧化反应333

20.5.1 LiCoO2333

20.5.2 FeF3334

20.6 滥用测试的安全评估335

20.6.1 安全设备336

20.7 总结337

参考文献337

第21章 锂离子电池的环境影响339

21.1 概述339

21.2 锂离子电池回收的益处339

21.3 锂离子电池环境影响340

21.3.1 电池组成341

21.3.2 电池材料供应链342

21.3.3 电池装配344

21.3.4 电池对电动车辆生命周期环境影响的贡献345

21.4 锂离子电池回收技术概述及分析347

21.4.1 高温冶金回收过程347

21.4.2 BIT回收过程349

21.4.3 中间物理回收过程350

21.4.4 直接物理回收过程351

21.4.5 回收过程分析351

21.5 影响回收的因素354

21.6 总结355

参考文献356

第22章 回收动力电池作为未来可用锂资源的机会与挑战358

22.1 资源危机358

22.2 锂储备和锂资源的地理分布361

22.2.1 锂资源概述361

22.2.2 锂储量分布的特征362

22.3 未来电力汽车对锂需求的影响364

22.4 目前不同研究中采用的回收额度综述366

22.5 不同回收额度对锂可用性的影响368

22.6 结论370

参考文献370

第23章 生产商、材料以及回收技术374

23.1 锂离子电池生产商374

23.1.1 公司概述374

23.2 电池生产的材料以及成本378

23.3 回收380

23.3.1 电池回收方面的法律条款、经济和环境友好原则380

23.3.2 可充电电池回收过程381

23.3.3 一些电池回收的工业方法382

23.3.4 电池回收总述386

参考文献387

第24章 锂离子电池产业链——现状、趋势以及影响389

24.1 概述389

24.2 锂离子电池市场389

24.3 电池和材料生产过程390

24.3.1 当前成本结构391

24.3.2 中期成本结构以及利润率394

24.3.3 长期成本结构（2015～2020年）395

24.4 产业链结构以及预期改变396

24.4.1 阴极和其他材料396

24.4.2 电池生产397

参考文献398

第25章 锂离子电池热力学399

25.1 概述399

25.2 热力学测量：程序和仪器400

25.3 老化前的热力学数据：评估电池成分401

25.4 过充电池的热力学402

25.4.1 概述402

25.4.2 过充老化方法403

25.4.3 放电特征403

25.4.4 OCP曲线404

25.4.5 熵和焓曲线404

25.5 热老化电池的热力学408

25.5.1 概述408

25.5.2 热老化方法408

25.5.3 放电特征408

25.5.4 OCP曲线410

25.5.5 熵及焓曲线410

25.6 长时循环电池的热力学415

25.6.1 概述415

25.6.2 老化方法415

25.6.3 放电特性415

25.6.4 OCP曲线416

25.6.5 熵及熔曲线416

25.7 热力学记忆效应420

25.8 结论422

参考文献424

索引427