锂离子电池的纳米技术

第1章 绪论 1

1.1 能量转换与存储：一个全球性挑战 1

1.2 电池：最终电能存储装置 2

1.3 锂离子电池 3

1.4 纳米技术 5

1.5 锂离子电池的纳米技术 7

1.6 小结与展望 8

参考文献 9

第2章 锂离子电池材料中反蛋白石纳米结构的研究 10

2.1 简介 10

2.2 锂离子插层和电极结构对电化学性能的作用 11

2.3 制备注意事项 13

2.4 反蛋白石锂离子电池材料 15

2.4.1 锂离子负极 15

2.4.2 锂离子正极 20

2.4.3 固态锂离子电解质 24

2.5 基于反蛋白石纳米结构的锂离子微电池 25

2.6 小结和前景 27

参考文献 27

第3章 锂离子可充电电池用纳米工程硅负极 36

3.1 简介 36

3.2 硅作为锂离子电池负极 37

3.3 硅纳米结构 39

3.4 斜角沉积硅纳米棒 42

3.5 纳米级柔性支撑材料 44

3.6 纳米结构的硅-碳复合材料 45

3.7 高功率锂离子电池用硅负极 48

3.8 小结和展望 53

致谢 53

参考文献 53

第4章 锂离子电池用锡基负极材料 57

4.1 简介 57

4.2 氧化锡 60

4.3 锡基复合材料 63

4.4 小结与展望 68

参考文献 68

第5章 超越夹层：锂离子电池的纳米级转换负极材料 72

5.1 简介 72

5.2 锂化和脱锂机制 74

5.3 金属氧化物 80

5.3.1 铬 80

5.3.2 锰 81

5.3.3 铁 82

5.3.4 钴 83

5.3.5 镍 84

5.3.6 铜 84

5.3.7 锌 85

5.4 混合氧化物：AB2O4 85

5.4.1 AMn2O4 86

5.4.2 AFe2O4 87

5.4.3 ACo2O4 87

5.5 TMX X=S、N、P和F 88

5.6 小结与展望 91

参考文献 92

第6章 锂离子电池用石墨烯基复合负极材料 101

6.1 简介 101

6.2 石墨烯负极材料 103

6.3 石墨烯复合负极 107

6.3.1 石墨烯／硅基材料 107

6.3.2 石墨烯／锡基材料 112

6.4 石墨烯／TMO材料（Mn、Fe、Co和Cu） 121

6.4.1 石墨烯／锰氧化物 122

6.4.2 石墨烯／铁氧化物 125

6.4.3 石墨烯／Co3O4 130

6.4.4 石墨烯／NiO和石墨烯／CuO 134

6.5 小结和展望 138

参考文献 138

第7章 锂离子电池的纳米尺度和纳米结构的正极材料 144

7.1 简介 144

7.2 橄榄石（LiMPO4）正极材料 145

7.2.1 锂扩散 145

7.2.2 合成方法 145

7.3 尖晶石正极材料 151

7.3.1 LiMn2O4 151

7.3.2 LiMn1.5 Ni0.5 O4 152

7.4 小结和展望 154

参考文献 155

第8章 LiFePO4纳米材料大功率应用的设计和性能 158

8.1 简介 158

8.2 LFP的合成、路线和晶体化学 161

8.2.1 LFP颗粒的制备 161

8.2.2 LiFePO4的晶体化学 162

8.3 优化LiFePO4颗粒的结构和形貌 165

8.3.1 晶体结构 165

8.3.2 优化LiFePO4的形貌 167

8.3.3 局部结构 168

8.3.4 碳涂层的表征 170

8.3.5 碳层的质量 172

8.4 磁性和电子特性 174

8.4.1 磁性 174

8.4.2 EPR 175

8.5 LiFePO4触水老化 178

8.5.1 简介 178

8.5.2 LiFePO4与水的反应 179

8.5.3 定量表征 181

8.5.4 暴露于水的LFP样本的伏安法 182

8.6 优化LiFePO4的电化学性能 184

8.6.1 检查分析 184

8.6.2 60℃时的电化学性能 186

8.6.3 安全、快速充电长寿命的锂离子电池在能源领域的应用 189

8.7 小结与展望 191

参考文献 191

第9章 纳米颗粒对电解质和电极／电解质界面的影响 195

9.1 简介 195

9.2 聚合物电解质纳米复合材料 196

9.2.1 固体聚合物电解质纳米复合材料 197

9.2.2 凝胶聚合物电解质纳米复合材料 199

9.3 液态电解质“湿砂”纳米复合材料 206

9.4 有机离子塑性晶体纳米复合材料 212

9.5 小结和展望 215

参考文献 215

第10章 电池用微尺度3D立体结构 218

10.1 简介 218

10.1.1 为什么需要3D结构的微电池？ 218

10.1.2 平面（2D）电池 219

10.2 半3D微电池 223

10.2.1 纳米架构集流体和“半3D”电池 223

10.2.2 半3D电池的正极 223

10.2.3 半3D电池的负极 227

10.2.4 半3D电池的正极和3D电池的负极的结合 230

10.3 全交叉3D微电池 232

10.3.1 三维微电池设计和制造方法 232

10.3.2 全3D微电池实例 235

10.4 小结和展望 243

参考文献 243