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第1章 电化学电池导论1

1.1何谓电池1

1.2电池的定量表征4

1.2.1电压6

1.2.2电极动力学（极化和电池的阻抗）8

1.2.2.1双电层8

1.2.2.2反应速率9

1.2.2.3非平衡态电极9

1.2.2.4塔菲尔方程9

1.2.2.5绘制铜电极塔菲尔曲线的实例11

1.2.2.6其他限制性因素11

1.2.2.7电池的塔菲尔曲线12

1.2.3容量13

1.2.4搁置寿命15

1.2.5放电曲线/循环寿命15

1.2.6能量密度16

1.2.7比能量密度16

1.2.8功率密度16

1.2.9服役寿命/温度的关系17

1.3原电池和蓄电池18

1.4电池的市场20

1.5循环和安全问题21

参考文献27

第2章 原电池28

2.1引言28

2.2早期电池29

2.3 Zn/C电池32

2.3.1 Leclanche电池32

2.3.2 Gassner电池33

2.3.3当今的Zn/C电池33

2.3.3.1电化学反应35

2.3.3.2组成36

2.3.4缺点37

2.4碱性电池37

2.4.1电化学反应39

2.4.2组成40

2.4.3缺点41

2.5扣式电池41

2.5.1 HgO电池42

2.5.2 Zn/Ag2O电池43

2.5.3金属-空气电池44

2.5.3.1锌/空气电池45

2.5.3.2铝/空气电池46

2.6锂原电池47

2.6.1 Li/SOCI2电池49

2.6.2 Li/S02电池49

2.7氢氧电池50

2.8原电池的损坏51

2.9结论53

参考文献53

第3章 蓄电池的材料与化学性质回顾55

3.1铅酸电池56

3.1.1电化学反应59

3.1.2组成59

3.1.3新型组成62

3.2 Ni- Cd电池65

3.3镍-金属氢化物（Ni- MH）电池68

3.4碱性蓄电池69

3.5锂蓄电池70

3.5.1锂离子电池72

3.5.2锂聚合物电池77

3.5.3锂电池的材料和化学性质的评价77

3.6 Li- S电池78

3.7结论83

参考文献83

第4章 锂蓄电池的当前应用与潜在优势85

4.1便携式电子设备85

4.2混合及纯电动车86

4.3医疗应用89

4.3.1心脏起搏器89

4.3.2神经起搏器90

4.4锂离子电池系统在交通技术方面的应用91

4.4.1并联97

4.4.2串联98

4.4.3局限性和安全问题101

参考文献105

第5章 锂离子电池正极：材料的工程设计与化学性质107

5.1能量密度和热力学107

5.2材料化学和电压平台的工程设计115

5.3多元过渡金属氧化物的容量和稳定性的工程设计124

5.4结论131

参考文献131

第6章 锂离子电池的新型负极材料133

6.1引言133

6.2电解液的化学侵蚀134

6.3电化学循环中的力学不稳定性136

6.4纳米结构的负极139

6.5薄膜负极140

6.5.1 Sn基薄膜负极140

6.5.2 Si基薄膜负极142

6.6纳米纤维/纳米管/纳米线负极147

6.6.1 Sn基纳米纤维/纳米线负极147

6.6.2 Si基纳米线负极148

6.7活性/弱活性纳米结构的负极151

6.7.1 Sn基活性弱活性负极151

6.7.1.1 Sn-Sb合金151

6.7.1.2 SnS2纳米片153

6.7.1.3 Sn-C纳米复合物155

6.7.2 Si基活性弱活性纳米复合物156

6.7.2.1 Si- Si02-C复合物156

6.7.2.2 Si- C纳米复合物159

6.8其他负极材料162

6.8.1 Sb基负极162

6.8.2 Al基负极164

6.8.3 Bi基负极167

6.9结论167

参考文献168

第7章 锂离子电池的新型电解液173

7.1引言173

7.2背景178

7.2.1锂离子液体电解液178

7.2.2为何使用聚合物电解液181

7.2.3用于聚合物电解液的金属离子盐181

7.3聚合物电解液的制备和表征183

7.3.1聚合物电解液的制备183

7.3.1.1含熔盐的聚合物凝胶电解液183

7.3.1.2含MMT的有机改性聚合物复合电解液183

7.3.1.3含Li- MMT的离子交换型聚合物复合电解液184

7.3.1.4含介孔硅酸盐（MCM-41）的聚合物复合电解液184

7.3.2含熔盐的聚合物凝胶电解液的表征185

7.3.2.1形貌和结构特点185

7.3.2.2热学性质186

7.3.2.3电化学性能189

7.3.3含有机改性MMT的聚合物复合电解液的表征194

7.3.3.1形貌和结构特点194

7.3.3.2热学性质196

7.3.3.3电化学性能197

7.3.4含Li- MMT的离子交换型聚合物复合电解液199

7.3.4.1结构特点199

7.3.4.2热学性质201

7.3.4.3电化学性能202

7.3.5含介孔硅酸盐（MCM-41）的聚合物复合电解液206

7.3.5.1形貌和结构特点206

7.3.5.2热学性质208

7.3.5.3电化学性能210

7.4结论212

参考文献213

第8章 锂离子电池体系材料的力学机理220

8.1引言220

8.2电池寿命中的力学研究222

8.3电化学循环中的弹性和断裂的模拟225

8.3.1双电层结构的断裂225

8.3.2轴对称结构的弹性和断裂227

8.3.3薄膜情形下的断裂和破坏演变230

8.3.4类纤维/纳米线电极的断裂和破坏机理234

8.3.5球形活性部位235

8.3.6稳定性曲线237

8.3.7体积分数和颗粒粒度的研究239

8.3.7.1稳定因子的研究239

8.3.7.2 Griffith标准240

8.3.8临界裂纹长度241

8.3.9 Sn/C岛状结构负极的力学稳定性243

8.4模拟中的多尺度现象和注意事项247

8.5耦合扩散和应力产生的颗粒模型251

8.5.1脱嵌和嵌入过程中的锂离子传输252

8.5.2电化学反应的动力学253

8.5.3应力产生254

8.5.4代表性的结果255

8.6循环中的扩散过程259

8.6.1电化学嵌入过程中的多尺度问题259

8.6.2低对称成分区域中的扩散应力264

8.7小结265

参考文献266