【高比能固態鋰電池】

編輯推薦

本書面向國家重大戰畧需求，瞄準固態鋰電池共性關鍵科學問題，攻關關鍵資料製備、器件開發和系統集成科技，旨在解决傳統鋰電池痛點問題，促進固態鋰電池產業化發展。 重點對關鍵的固態電解質資料、黏結劑資料、正負極資料、介面與失效問題、安全評估等進行深入闡述，兼顧實際工程技術和製造裝備中的核心技術難題，攻克了全海深高比能深海電源科技瓶頸，填補了全海深高能量密度深海電源系統科技空白，為國產深海裝備提供可靠能源保障； 提出原位固態化介面融合科技，突破了固態鋰電池固/固介面壁壘，打通了固態鋰電池從實驗室基礎研究到工程化應用的屏障。

內容簡介

高比能固態鋰電池具有高比能、高安全、長使役壽命等特性，解决了傳統液態鋰電池的續航短、易燃、易爆等問題，是下一代理想的高性能儲能電池體系。 本書重點對高比能固態鋰電池中的關鍵科學問題和核心技術難題等進行了全面而深入的剖析，涵蓋了高比能固態鋰電池的電解質資料、正負極資料、黏結劑、工藝和配套設備、介面問題、安全性能評估等內容，兼顧實際工程技術和製造裝備等問題，努力為我國高比能固態鋰電池產學研從業者提供一本非常實用的工具書。 本書適合從事高比能固態鋰電池研發的相關人員進行參攷，也適合作為高等院校、科研機構等相關專業師生的教學參考書。

目錄

第1章固態鋰電池概述001

1.1發展固態鋰電池的重要性與迫切性002

1.2固態鋰電池工作原理與優勢003

1.3固態鋰電池分類004

1.4固態鋰電池國內外政策004

1.4.1固態鋰電池國內政策004

1.4.2固態鋰電池國外政策005

1.5固態鋰電池發展路線005

1.5.1國內固態鋰電池發展路線005

1.5.2國外固態鋰電池發展路線006

1.6固態鋰電池和固態電解質的未來發展方向008

參考文獻009

第2章固態電解質資料010

2.1聚合物固態電解質關鍵資料011

2.1.1聚合物固態電解質基體資料011

2.1.2聚合物固態電解質製備工藝017

2.1.3鋰鹽018

2.2無機固態電解質關鍵資料023

2.2.1石榴石型電解質025

2.2.2 NASICON型電解質025

2.2.3硫化物電解質026

2.2.4鹵化物電解質027

2.3有機/無機複合固態電解質032

2.3.1有機/無機複合固態電解質類型032

2.3.2有機/無機複合固態電解質製備技術037

2.4硫化物電解質/固態電池專利分析038

2.4.1全球專利申請趨勢038

2.4.2全球專利技術分佈狀況040

2.4.3全球競爭區域與競爭主體041

2.5聚合物固態電解質專利態勢分析043

2.5.1聚合物固態電解質專利申請態勢043

2.5.2聚合物固態電解質專利技術分佈044

2.5.3聚合物固態電解質專利地域分佈045

2.5.4聚合物固態電解質專利重點科技047

2.6本章結語050

參考文獻051

第3章固態鋰電池正極資料058

3.1固態鋰電池正極資料059

3.1.1正交橄欖石結構正極資料064

3.1.2層狀結構正極資料064

3.1.3立方尖晶石結構正極資料071

3.1.4其它類型正極資料073

3.2固態鋰電池正極資料修飾改性科技075

3.2.1正極資料修飾改性科技概述075

3.2.2正交橄欖石結構正極資料修飾改性科技078

3.2.3層狀結構正極資料修飾改性科技079

3.2.4立方尖晶石結構正極資料修飾改性科技082

3.2.5其它正極資料修飾改性科技085

3.3本章結語087

參考文獻087

第4章固態鋰電池負極資料093

4.1鋰金屬負極資料096

4.1.1鋰金屬負極特點及發展歷程096

4.1.2鋰金屬的改性策略102

4.2嵌入型負極資料106

4.2.1石墨負極106

4.2.2鈦酸鋰負極108

4.3合金型負極資料110

4.3.1合金型負極資料特點及發展歷程110

4.3.2合金型負極在固態電池負極領域的應用112

4.4本章結語125

參考文獻126

第5章固態鋰電池用黏結劑131

5.1正極黏結劑135

5.1.1非原位製備工藝構建的固態鋰電池正極黏結劑135

5.1.2原位固態化策略增强的聚合物鋰電池正極黏結劑138

5.2負極黏結劑142

5.2.1非原位製備工藝構建的固態鋰電池矽負極黏結劑143

5.2.2原位固態化策略增强的聚合物鋰電池矽負極黏結劑145

5.3無機固態電解質膜黏結劑153

5.3.1氧化物固態電解質膜黏結劑154

5.3.2硫化物固態電解質膜黏結劑154

5.3.3鹵化物固態電解質膜黏結劑155

5.4鋰電池電極黏結劑專利分析156

5.4.1鋰電池電極黏結劑產業現狀156

5.4.2固態鋰電池電極黏結劑專利態勢分析158

5.5本章結語163

參考文獻164

第6章固態鋰電池電芯製備相關工藝和配套設備168

6.1幹法成型科技172

6.1.1基於聚四氟乙烯（PTFE）成纖化的幹法成型科技172

6.1.2基於擠出或熱壓的幹法成型科技174

6.1.3幹法噴塗成型科技178

6.2固態鋰電池製備工藝182

6.2.1電極極片制造技術184

6.2.2固態電解質膜制造技術186

6.2.3固態鋰電池組裝工藝187

6.3固態鋰電池製備所用配套設備192

6.3.1勻漿系統-雙螺杆擠出機193

6.3.2成膜系統-熱壓成膜複合設備195

6.3.3原位聚合-壓力化成設備196

6.3.4預鋰化-補鋰設備198

6.4固態雙極電池201

6.4.1雙極電池集流體202

6.4.2薄且強韌的固態電解質203

6.5壓力對迴圈穩定性的影響207

6.5.1壓力對硫化物固態電解質的影響209

6.5.2壓力對氧化物固態電解質的影響210

6.5.3壓力對聚合物固態電解質的影響211

6.5.4壓力對負極資料的影響212

6.5.5壓力對正極資料的影響213

6.6本章結語214

參考文獻215

第7章固態鋰電池介面問題220

7.1固態鋰電池介面研究概述221

7.2固態鋰電池介面類型222

7.3固態鋰電池的介面問題和介面優化策略223

7.3.1正極資料的晶界和相界223

7.3.2固態電解質的晶界和相界226

7.3.3固態電解質/正極介面228

7.3.4固態電解質/負極介面239

7.3.5正極和負極介面串擾的失效機制244

7.4多尺度多物理場的介面表徵科技248

7.4.1原位顯微科技249

7.4.2原位X射線和中子科技251

7.4.3原位波譜科技259

7.4.4原位壓力監測科技261

7.4.5其它新型原位表徵科技262

7.5本章結語262

參考文獻263

第8章固態鋰電池理論類比與機器學習271

8.1電極資料理論計算272

8.1.1電極資料概述272

8.1.2電極資料計算方法273

8.1.3正極資料理論計算276

8.2固態電解質理論計算與類比280

8.2.1離子傳輸機制理論類比281

8.2.2相穩定性理論類比286

8.2.3電化學穩定性理論類比287

8.2.4力學性能理論類比291

8.2.5利用理論計算設計新型固態電解質292

8.2.6高通量計算篩選新型固態電解質294

8.3理論類比在電極/電解質介面的應用298

8.3.1固/固接觸問題理論類比299

8.3.2空間電荷層理論類比301

8.3.3化學和電化學穩定性理論類比302

8.3.4鋰枝晶理論類比305

8.3.5介面緩衝層理論類比308

8.4固態鋰電池的多物理場研究310

8.4.1多物理場概述310

8.4.2鋰電池的電化學-熱-力耦合模型312

8.4.3固態鋰電池中多物理場模型的應用314

8.5機器學習及相關科技317

8.5.1機器學習317

8.5.2資料庫325

8.6本章結語326

參考文獻327

第9章固態鋰電池器件安全性能評估340

9.1固態電解質穩定性342

9.1.1化學穩定性342

9.1.2電化學穩定性343

9.1.3機械穩定性343

9.1.4熱穩定性345

9.2電解質及電極資料介面穩定性347

9.2.1電解質及電極資料介面化學穩定性347

9.2.2電解質及電極資料介面力學性能348

9.2.3電解質及電極資料介面熱穩定性349

9.3固態電池熱安全性測試方法349

9.3.1電池層級熱安全性測試方法349

9.3.2資料層級熱安全性測試方法350

9.4固態電池熱失控特點及改善策略352

9.4.1氧化物固態電池熱失控特點及改善策略353

9.4.2硫化物固態電池熱失控特點及改善策略360

9.4.3聚合物固態電池熱失控特點及改善策略368

9.5固態電池熱失控類比分析方法373

9.6固態電池安全評價的其它方法375

9.6.1熱失控成像科技375

9.6.2電池感測器檢測科技377

9.7本章結語379

參考文獻379

第10章固態鋰電池應用現狀及未來發展面臨的挑戰與對策383

10.1固態鋰電池應用現狀384

10.1.1固態動力電池386

10.1.2固態儲能電池

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【動力電池熱管理科技及關鍵資料】

內容簡介

《動力電池熱管理技術及關鍵材料》一書重點介紹了動力電池熱管理科技的策略和方法，具體圍繞動力電池熱管理的基本情况、動力電池熱-電化學特性、動力電池量熱方法及測試設備、動力電池風冷系統、動力電池液冷系統、相變冷卻科技及資料、電池低溫加熱科技和資料、電池熱安全中的感測器科技、多物理場耦合模擬技術與方法、熱管理及隔熱防護資料、熱管理系統中的換熱器組件、整車熱管理運行及實踐、其他動力運載工具等內容展開，旨在通過跨學科、跨專業的知識和方法剖析熱管理科技，為實現動力電池安全性提供理論與技術支援。 本書注重理論聯繫實際，充實理論，加强應用，不僅可作為高等學校能源與動力工程、新能源科學與工程、儲能科學與工程、材料工程等專業的教材，還可作為動力電池、新能源汽車等相關行業的工程技術人員、科研人員和管理人員的參考書。

作者簡介

張國慶，廣東工業大學教授，於2022年度獲教書育人獎。 曾主持或參與過的重點專案包括國家國際科技合作專項（中國和以色列合作項目、中國和日本合作項目）、國家863科技計畫項目、粵港關鍵領域重點突破招投標項目、廣東省新能源汽車重大專項、華為技術有限公司委託項目及美國國際銅專業委員會全球招標專案等50多項。 累計發表論文150餘篇，其中SCI論文90餘篇。 申請專利90餘件，其中授權發明專利40餘件。 在科學出版社出版專著《電池熱管理》。 張國慶教授與多個知名龍頭企業（華為、欣旺達、沃特瑪、格力等）開展產學研深度合作，取得的經濟和社會效益顯著。 前後共四次榮獲廣東省科學技術獎，其中，2020年度獲廣東省科技進步獎一等獎。

目錄

第1章概論001

1.1動力電池熱管理的必要性001

1.1.1電動汽車發展的必然性001

1.1.2電動汽車發展面臨的科技瓶頸001

1.1.3動力電池熱管理科技002

1.2動力電池熱管理功能要求004

1.3動力電池熱管理科技分類005

1.3.1以空氣為介質的電池熱管理系統005

1.3.2以液體為介質的電池熱管理系統005

1.3.3以相變資料為介質的電池熱管理系統006

1.3.4其他熱管理系統007

1.4電池熱管理關鍵資料008

1.5涉及的感測器科技009

參考文獻010

第2章動力電池熱-電化學特性011

2.1動力電池的電化學特性011

2.1.1動力電池基礎電化學性能參數011

2.1.2動力電池效能衰退機理及影響因素分析014

2.2動力電池產熱特性017

2.2.1溫度對電池產熱的影響017

2.2.2動力電池產熱量來源019

2.3動力電池熱-電化學特性關聯性020

2.3.1熱-電化學特性互動關係理論基礎020

2.3.2磷酸鐵鋰電池熱-電化學特性關聯性021

2.3.3三元系動力鋰電池熱-電化學特性關聯性026

2.3.4新型動力電池熱-電化學特性關聯性032

2.4超級電容器熱-電化學特性034

2.4.1超級電容器簡介035

2.4.2超級電容器產熱036

2.4.3超級電容器熱-電化學特性039

參考文獻042

第3章動力電池量熱方法及測試設備045

3.1加速量熱儀045

3.1.1設備介紹045

3.1.2測試原理046

3.1.3測試案例047

3.2等溫量熱儀050

3.2.1設備介紹050

3.2.2測試原理051

3.2.3測試案例052

3.3差示掃描量熱儀054

3.3.1設備介紹054

3.3.2測試原理054

3.3.3測試案例056

3.4其他量熱測試設備057

3.4.1水量熱儀057

3.4.2錐形量熱儀058

參考文獻060

第4章動力電池風冷系統061

4.1風冷系統分類與應用061

4.1.1被動/主動式風冷系統061

4.1.2串列/並行式風冷系統062

4.2風冷系統前沿研究現狀063

4.2.1電池佈局管道063

4.2.2設定擾流結構063

4.2.3優化流道形狀064

4.2.4風冷耦合管道066

4.3風冷創新設計示例066

4.3.1系統概念設計066

4.3.2系統模型構建068

4.3.3溫控性能優化069

參考文獻073

第5章動力電池液冷系統075

5.1液冷系統分類與應用075

5.1.1被動式與主動式液冷075

5.1.2非接觸式與接觸式液冷076

5.1.3液冷流體工質簡介077

5.2板式液冷系統077

5.2.1液冷板類型077

5.2.2板式液冷放置形式078

5.2.3板式液冷進出形式079

5.2.4板式液冷流道形式080

5.2.5板式液冷尺寸形式081

5.3管式液冷系統082

5.3.1直管式冷卻082

5.3.2環繞式冷卻082

5.4直冷式液冷系統083

5.4.1直冷式工作原理083

5.4.2製冷劑物性參數084

5.4.3直冷式冷板設計086

5.4.4直冷式應急冷卻087

5.5浸沒式冷卻系統088

5.5.1浸沒工質088

5.5.2單相流體092

5.5.3多相流體092

5.5.4浸沒式設計示例093

5.6工程實例095

參考文獻096

第6章相變冷卻科技及資料099

6.1相變資料簡介099

6.2相變資料的分類100

6.2.1以相變形式分類100

6.2.2以相變溫度範圍分類100

6.2.3以資料成分分類101

6.3定形相變資料製備方法104

6.3.1多孔基體吸附法104

6.3.2熔融共混法104

6.3.3原位聚合法105

6.3.4微膠囊法105

6.4相變資料電池熱管理科技105

6.4.1增强複合相變資料的導熱效能106

6.4.2增强複合相變資料的電絕緣效能107

6.4.3增强複合相變資料的力學性能107

6.4.4增强複合相變資料的阻燃效能108

6.5相變資料耦合二次散熱科技109

6.5.1 PCM耦合空冷散熱109

6.5.2 PCM耦合液冷散熱109

6.5.3 PCM耦合熱管散熱110

6.5.4 PCM耦合其他金屬器件111

6.5.5科技耦合存在的問題111

參考文獻112

第7章電池低溫加熱科技和資料114

7.1低溫加熱科技114

7.2外部加熱115

7.2.1空氣加熱115

7.2.2液體加熱116

7.2.3電阻加熱117

7.2.4熱泵加熱118

7.2.5 PCM加熱119

7.2.6其他外部加熱科技120

7.2.7外部加熱科技總結123

7.3內部加熱123

7.3.1內部自加熱124

7.3.2相互脈衝加熱125

7.3.3自熱式鋰離子電池125

7.3.4交流電加熱127

7.3.5內部加熱科技總結128

7.4電池加熱系統的資料應用129

參考文獻131

第8章電池熱安全中的感測器科技134

8.1電池管理系統中的感測器科技134

8.2電池安全性能感測器科技135

8.2.1電流感測器科技135

8.2.2電壓感測器科技137

8.2.3溫度感測器科技138

8.2.4濕度感測器科技139

8.2.5應力應變感測器科技141

8.3電池安全預警感測器科技143

8.3.1氣壓感測器科技143

8.3.2多類氣體感測器科技143

參考文獻147

第9章多物理場耦合模擬技術與方法149

9.1模擬技術與模擬軟件149

9.1.1動力電池模擬技術149

9.1.2商用模擬軟件ANSYS和COMSOL 150

9.2共軛傳熱與流動模型介紹151

9.2.1共軛傳熱簡介151

9.2.2共軛傳熱應用151

9.2.3流體流動模型151

9.3動力電池熱-電化學模型介紹153

9.3.1電池產熱與熱失控模型153

9.3.2電池等效電路模型156

9.3.3老化模型157

9.4雙電位MSMD電池模型理論159

9.4.1概述159

9.4.2 NTGK方法159

9.4.3 Newman’s P2D方法160

9.5主動式電池熱管理類比163

9.5.1基於強制風冷的熱管理系統類比案例163

9.5.2基於液體冷卻的熱管理系統類比案例169

9.5.3混合式電池熱管理系統類比案例173

9.6被動式電池熱管理類比184

9.6.1相變傳熱與熔化凝固理論184

9.6.2基於相變資料的類比案例187

9.6.3基於熱管的電池熱管理案例193

9.7電池熱失控類比與結構優化設計199

9.7.1電池熱失控類比199

9.7.2結構優化設計201

參考文獻208

第10章熱管理及隔熱防護資料212

10.1整車電池包熱管理資料212

10.1.1導熱資料212

10.1.2密封材料215

10.1.3結構支撐資料216

10.2電池灾害防護資料217

10.2.1防火阻燃資料217

10.2.2電池滅火資料218

10.2.3隔熱防護資料——氣凝膠221

參考文獻224

第11章熱管理系統中的換熱器組件226

11.1換熱器組件226

11.1.1換熱器種類226

11.1.2結構設計228

11.1.3換熱效率234

11.2換熱器製造236

11.2.1工藝流程236

11.2.2品質控制240

11.3典型失效模式242

11.3.1主機板開裂242

11.3.2板式換熱器內漏243

11.3.3腐蝕失效244

第12章整車熱管理運行及實踐246

12.1整車熱管理的戰畧意義與發展前景246

12.1.1戰畧意義246

12.1.2整車熱管理系統的研究範圍與研究目標248

12.1.3整車熱管理系統的主要對象與關鍵技術249

12.2整車熱管理的控制理念與分類250

12.2.1熱管理系統的控制理念250

12.2.2整車熱管理系統的分類253

12.3熱管理系統的功能安全設計