內容簡介
本書詳細介紹了鋰離子電池幾種關鍵正極材料：鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸錳鐵鋰和富鋰錳基固溶體。主要內容包括這些電極材料的發展歷史、結構特徵、工作原理、生產工藝流程、主要設備的選型、原材料與產品標準和套用領域等。本書還包括鋰離子電池的研究開發史、基本工作原理、有關的熱力學和動力學計算、產品的檢測評價以及未來發展趨勢等。
目錄
第1章鋰離子電池概述
1.1電池概述2
1.2鋰離子電池的發展史2
1.3鋰離子電池的工作原理4
1.4鋰離子電池正極材料6
1.4.1鈷酸鋰8
1.4.2鎳酸鋰8
1.4.3錳酸鋰10
1.4.4磷酸鐵鋰10
1.5鋰離子電池負極材料11
1.5.1石墨12
1.5.2焦炭12
1.5.3硬炭12
1.5.4中間相炭微球12
1.6鋰離子電池電解液13
1.7鋰離子電池的發展趨勢14
參考文獻14
第2章高溫固相合成反應的基本原理
2.1熱力學的基本概念和定律16
2.1.1熱力學第一定律17
2.1.2熱力學第二定律17
2.1.3吉布斯自由能18
2.2鈷酸鋰的熱力學數據20
2.3鈷酸鋰的熱力學計算20
2.4動力學的基本概念和定律23
2.4.1反應速率24
2.4.2影響反應速率的因素25
2.5反應機理26
2.6固相反應動力學模型27
2.7鈷酸鋰的合成反應動力學計算29
參考文獻31
第3章正極材料生產的關鍵設備
3.1計量與配料系統32
3.1.1稱重計量的原理32
3.1.2電子衡器的精度等級34
3.1.3稱重計量裝置的連線和信號傳輸35
3.1.4自動化生產線稱重計量裝置39
3.1.5計量裝置安裝調試中應注意的問題44
3.1.6自動化生產線配料流程45
3.2混合設備46
3.2.1攪拌球磨機46
3.2.2砂磨機47
3.2.3斜式混料機48
3.2.4高速混合機48
3.2.5高速旋風式混合機49
3.2.6機械融合精密混合機49
3.3乾燥設備51
3.3.1真空迴轉乾燥機51
3.3.2真空耙式乾燥機53
3.3.3噴霧乾燥機54
3.3.4真空帶式乾燥機57
3.4窯爐自動裝卸料系統58
3.4.1缽的形式和在窯爐中的排列59
3.4.2爐窯裝卸料過程的特點和要求60
3.4.3裝料機械和卸料機械61
3.4.4自動移載、分配和排序65
3.4.5疊缽機和拆分機67
3.4.6積放夾缽器和阻擋器69
3.4.7高缽和低缽的自動檢測70
3.4.8自動倒缽和清掃機72
3.5燒結設備74
3.5.1推板窯74
3.5.2輥道窯78
3.5.3鐘罩爐82
3.6粉碎與分級設備86
3.6.1顎式破碎機86
3.6.2輥式破碎機86
3.6.3旋輪磨87
3.6.4高速機械衝擊式粉碎機87
3.6.5氣流粉碎機89
3.7合批設備92
3.7.1雙螺旋錐形混合機92
3.7.2臥式螺帶混合機93
3.8除鐵設備93
3.9包裝計量設備95
3.9.1鋰離子電池材料包裝計量設備的現狀95
3.9.2鋰離子電池材料包裝計量設備的形式和種類95
3.9.3自動化包裝線上的配套設備100
參考文獻105
第4章鈷酸鋰
4.1鈷酸鋰的結構與電化學特徵106
4.1.1鈷酸鋰的結構106
4.1.2鈷酸鋰的電化學特徵106
4.2鈷酸鋰的合成方法110
4.2.1固相法110
4.2.2軟化學法111
4.3鈷酸鋰的改性112
4.3.1鈷酸鋰的摻雜112
4.3.2鈷酸鋰的表面包覆120
4.4生產鈷酸鋰的主要原料及標準122
4.4.1四氧化三鈷122
4.4.2碳酸鋰123
4.5鈷酸鋰生產工藝流程及工藝參數124
4.5.1計量配料與混合工序124
4.5.2燒結工序126
4.5.3粉碎分級工序128
4.5.4合批工序129
4.5.5除鐵工序130
4.5.6包裝工序130
4.6鈷酸鋰的產品標準130
4.7鈷酸鋰的種類與套用領域131
參考文獻133
第5章錳酸鋰
5.1錳酸鋰的結構與電化學特徵137
5.1.1錳酸鋰的結構137
5.1.2錳酸鋰的電化學特徵137
5.2錳酸鋰的製備方法139
5.2.1固相法139
5.2.2軟化學法140
5.3錳酸鋰的改性141
5.3.1錳酸鋰的摻雜143
5.3.2錳酸鋰的表面包覆145
5.4生產錳酸鋰的主要原料及標準149
5.4.1電解二氧化錳150
5.4.2化學二氧化錳153
5.4.3四氧化三錳154
5.4.4其他錳化合物155
5.5錳酸鋰生產工藝流程及工藝參數155
5.5.1錳酸鋰生產工藝流程156
5.5.2錳酸鋰生產工藝參數157
5.6錳酸鋰的產品標準159
5.7錳酸鋰的種類與套用領域160
5.7.1層狀LiMnO2160
5.7.2層狀Li2MnO3161
5.7.3尖晶石結構Li4Mn5O12162
5.7.4尖晶石結構5V正極材料162
5.7.5錳酸鋰的套用領域163
參考文獻164
第6章鎳鈷錳酸鋰(NCM)三元材料
6.1鎳鈷錳酸鋰的結構與電化學特徵167
6.1.1鎳鈷錳酸鋰的結構167
6.1.2鎳鈷錳酸鋰的電化學特徵171
6.2鎳鈷錳酸鋰的合成方法174
6.2.1高溫固相合成法175
6.2.2化學共沉澱法175
6.2.3溶膠-凝膠法176
6.3鎳鈷錳酸鋰的改性177
6.3.1鎳鈷錳酸鋰的摻雜177
6.3.2鎳鈷錳酸鋰的表面包覆178
6.4生產三元材料的主要原料及標準181
6.5三元生產工藝流程及工藝參數184
6.5.1計量配料與混合工序184
6.5.2燒結工序185
6.5.3粉碎分級工序186
6.5.4合批工序186
6.5.5除鐵工序186
6.5.6包裝工序187
6.6三元材料的產品標準187
6.7鎳鈷錳酸鋰三元材料的種類與套用領域189
參考文獻190
第7章鎳鈷鋁酸鋰（NCA)材料
7.1鎳鈷鋁酸鋰的結構與電化學特徵193
7.1.1鎳鈷鋁酸鋰的結構193
7.1.2鎳鈷鋁酸鋰的電化學特徵196
7.2鎳鈷鋁酸鋰的合成方法202
7.2.1高溫固相法202
7.2.2噴霧熱分解法203
7.2.3溶膠-凝膠法203
7.2.4共沉澱法204
7.3鎳鈷鋁酸鋰的改性205
7.3.1離子摻雜改性206
7.3.2鎳鈷鋁酸鋰的表面包覆206
7.4生產鎳鈷鋁酸鋰材料的主要原料及標準209
7.4.1前驅體生產所用原料標準209
7.4.2材料燒結所用原料標準212
7.5鎳鈷鋁酸鋰生產工藝流程及工藝參數214
7.5.1前驅體生產工藝流程214
7.5.2NCA材料燒結工藝214
7.6鎳鈷鋁酸鋰的產品標準217
7.7鎳鈷鋁酸鋰材料的種類與套用領域218
參考文獻220
第8章磷酸鹽材料
8.1磷酸鹽材料的結構與電化學特徵222
8.1.1磷酸鹽材料的結構222
8.1.2磷酸鹽材料的電化學特徵227
8.2磷酸鹽材料的合成方法236
8.2.1LiFePO4的合成方法236
8.2.2LiMnPO4的製備方法240
8.2.3LiMnyFe1-yPO4的製備方法243
8.3磷酸鹽材料的改性247
8.3.1磷酸鹽材料的摻雜247
8.3.2磷酸鹽材料的表面包覆250
8.3.3磷酸鹽材料的納米化255
8.4生產磷酸鹽材料的主要原料及標準257
8.5磷酸鹽材料生產工藝流程及工藝參數258
8.5.1草酸亞鐵路線259
8.5.2氧化鐵紅路線261
8.5.3磷酸鐵路線263
8.5.4水熱工藝路線266
8.6磷酸鹽系材料的產品標準271
8.7磷酸鹽材料的種類與套用領域272
8.7.1電動汽車用動力電池272
8.7.2儲能電池273
參考文獻275
第9章富鋰錳基固溶體材料及其生產工藝
9.1富鋰錳基固溶體材料的結構與電化學特徵281
9.1.1富鋰錳基固溶體材料的結構281
9.1.2富鋰錳基固溶體材料的電化學特徵282
9.2富鋰錳基固溶體材料的合成方法284
9.2.1共沉澱法284
9.2.2固相法285
9.3富鋰錳基固溶體材料的改性285
9.3.1富鋰錳基固溶體材料的表面包覆285
9.3.2富鋰錳基固溶體材料與鋰受體型材料複合286
9.3.3富鋰錳基固溶體材料的表面改性286
9.3.4富鋰錳基固溶體材料的其他改性手段286
9.4生產富鋰錳基固溶體材料的主要原料及標準286
9.5富鋰錳基固溶體材料生產工藝流程及工藝參數287
9.5.1沉澱工藝的參數288
9.5.2燒結工藝的參數292
9.6富鋰錳基固溶體材料的套用領域294
參考文獻294
第10章鋰離子電池正極材料的測試方法
10.1正極材料的化學成分分析297
10.1.1鈷酸鋰的化學分析方法297
10.1.2鎳鈷錳酸鋰的化學分析方法304
10.1.3錳酸鋰的化學分析方法307
10.1.4鎳鈷鋁酸鋰的化學分析方法311
10.1.5磷酸鐵鋰的化學分析方法312
10.1.6微量單質鐵的化學分析315
10.2正極材料的理化性能指標測試315
10.2.1粒度測試315
10.2.2比表面積測試316
10.2.3振實密度測試317
10.2.4XRD測試317
10.2.5掃描電鏡測試318
10.2.6透射電鏡測試319
10.2.7X射線光電子能譜測試319
10.2.8元素分布測試320
10.2.9X射線吸收譜測試320
10.3正極材料的電化學性能指標分析321
10.3.1容量測試321
10.3.2電壓測試322
10.3.3循環測試323
10.3.4儲存性能測試323
10.3.5倍率測試324
參考文獻324
第11章鋰離子電池正極材料展望
11.1動力鋰離子電池正極材料技術路線之爭325
11.2正極材料發展的展望332
11.2.1高電壓鈷酸鋰334
11.2.2高鎳正極材料335
11.2.3高電壓磷酸鹽材料339
11.2.4高溫型錳酸鋰材料341
11.3未來正極材料的發展方向342
11.3.1多鋰化合物正極材料342
11.3.2利用氧離子的氧化還原344
11.3.3鋰硫電池345
11.3.4鋰空氣電池346
11.4工業4.0在鋰離子電池材料中的套用與發展趨勢347
11.4.1工業4.0簡介347
11.4.2工業4.0在鋰離子電池材料中的套用現狀與發展趨勢349
11.4.3鋰離子電池材料製造工業4.0未來發展路線圖351
參考文獻353
索引355
