鋰離子電池正極材料：原理性能與生產(chǎn)工藝

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(fā)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(fù)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(fā)展趨勢(shì)14
參考文獻(xiàn)14
第2章高溫固相合成反應(yīng)的基本原理
2.1熱力學(xué)的基本概念和定律16
2.1.1熱力學(xué)第一定律17
2.1.2熱力學(xué)第二定律17
2.1.3吉布斯自由能18
2.2鈷酸鋰的熱力學(xué)數(shù)據(jù)20
2.3鈷酸鋰的熱力學(xué)計(jì)算20
2.4動(dòng)力學(xué)的基本概念和定律23
2.4.1反應(yīng)速率24
2.4.2影響反應(yīng)速率的因素25
2.5反應(yīng)機(jī)理26
2.6固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型27
2.7鈷酸鋰的合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算29
參考文獻(xiàn)31
第3章正極材料生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備
3.1計(jì)量與配料系統(tǒng)32
3.1.1稱重計(jì)量的原理32
3.1.2電子衡器的精度等級(jí)34
3.1.3稱重計(jì)量裝置的連接和信號(hào)傳輸35
3.1.4自動(dòng)化生產(chǎn)線稱重計(jì)量裝置39
3.1.5計(jì)量裝置安裝調(diào)試中應(yīng)注意的問題44
3.1.6自動(dòng)化生產(chǎn)線配料流程45
3.2混合設(shè)備46
3.2.1攪拌球磨機(jī)46
3.2.2砂磨機(jī)47
3.2.3斜式混料機(jī)48
3.2.4高速混合機(jī)48
3.2.5高速旋風(fēng)式混合機(jī)49
3.2.6機(jī)械融合精密混合機(jī)49
3.3干燥設(shè)備51
3.3.1真空回轉(zhuǎn)干燥機(jī)51
3.3.2真空耙式干燥機(jī)53
3.3.3噴霧干燥機(jī)54
3.3.4真空帶式干燥機(jī)57
3.4窯爐自動(dòng)裝卸料系統(tǒng)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(diǎn)和要求60
3.4.3裝料機(jī)械和卸料機(jī)械61
3.4.4自動(dòng)移載、分配和排序65
3.4.5疊缽機(jī)和拆分機(jī)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(dòng)檢測(cè)70
3.4.8自動(dòng)倒缽和清掃機(jī)72
3.5燒結(jié)設(shè)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(jí)設(shè)備86
3.6.1顎式破碎機(jī)86
3.6.2輥式破碎機(jī)86
3.6.3旋輪磨87
3.6.4高速機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)87
3.6.5氣流粉碎機(jī)89
3.7合批設(shè)備92
3.7.1雙螺旋錐形混合機(jī)92
3.7.2臥式螺帶混合機(jī)93
3.8除鐵設(shè)備93
3.9包裝計(jì)量設(shè)備95
3.9.1鋰離子電池材料包裝計(jì)量設(shè)備的現(xiàn)狀95
3.9.2鋰離子電池材料包裝計(jì)量設(shè)備的形式和種類95
3.9.3自動(dòng)化包裝線上的配套設(shè)備100
參考文獻(xiàn)105
第4章鈷酸鋰
4.1鈷酸鋰的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)特征106
4.1.1鈷酸鋰的結(jié)構(gòu)106
4.1.2鈷酸鋰的電化學(xué)特征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(xué)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(chǎn)鈷酸鋰的主要原料及標(biāo)準(zhǔn)122
4.4.1四氧化三鈷122
4.4.2碳酸鋰123
4.5鈷酸鋰生產(chǎn)工藝流程及工藝參數(shù)124
4.5.1計(jì)量配料與混合工序124
4.5.2燒結(jié)工序126
4.5.3粉碎分級(jí)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(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)130
4.7鈷酸鋰的種類與應(yīng)用領(lǐng)域131
參考文獻(xiàn)133
第5章錳酸鋰
5.1錳酸鋰的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)特征137
5.1.1錳酸鋰的結(jié)構(gòu)137
5.1.2錳酸鋰的電化學(xué)特征137
5.2錳酸鋰的制備方法139
5.2.1固相法139
5.2.2軟化學(xué)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(chǎn)錳酸鋰的主要原料及標(biāo)準(zhǔn)149
5.4.1電解二氧化錳150
5.4.2化學(xué)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(chǎn)工藝流程及工藝參數(shù)155
5.5.1錳酸鋰生產(chǎn)工藝流程156
5.5.2錳酸鋰生產(chǎn)工藝參數(shù)157
5.6錳酸鋰的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)159
5.7錳酸鋰的種類與應(yīng)用領(lǐng)域160
5.7.1層狀LiMnO2160
5.7.2層狀Li2MnO3161
5.7.3尖晶石結(jié)構(gòu)Li4Mn5O12162
5.7.4尖晶石結(jié)構(gòu)5V正極材料162
5.7.5錳酸鋰的應(yīng)用領(lǐng)域163
參考文獻(xiàn)164
第6章鎳鈷錳酸鋰(NCM)三元材料
6.1鎳鈷錳酸鋰的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)特征167
6.1.1鎳鈷錳酸鋰的結(jié)構(gòu)167
6.1.2鎳鈷錳酸鋰的電化學(xué)特征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(xué)共沉淀法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(chǎn)三元材料的主要原料及標(biāo)準(zhǔn)181
6.5三元生產(chǎn)工藝流程及工藝參數(shù)184
6.5.1計(jì)量配料與混合工序184
6.5.2燒結(jié)工序185
6.5.3粉碎分級(jí)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(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)187
6.7鎳鈷錳酸鋰三元材料的種類與應(yīng)用領(lǐng)域189
參考文獻(xiàn)190
第7章鎳鈷鋁酸鋰（NCA)材料
7.1鎳鈷鋁酸鋰的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)特征193
7.1.1鎳鈷鋁酸鋰的結(jié)構(gòu)193
7.1.2鎳鈷鋁酸鋰的電化學(xué)特征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共沉淀法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(chǎn)鎳鈷鋁酸鋰材料的主要原料及標(biāo)準(zhǔn)209
7.4.1前驅(qū)體生產(chǎn)所用原料標(biāo)準(zhǔn)209
7.4.2材料燒結(jié)所用原料標(biāo)準(zhǔn)212
7.5鎳鈷鋁酸鋰生產(chǎn)工藝流程及工藝參數(shù)214
7.5.1前驅(qū)體生產(chǎn)工藝流程214
7.5.2NCA材料燒結(jié)工藝214
7.6鎳鈷鋁酸鋰的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)217
7.7鎳鈷鋁酸鋰材料的種類與應(yīng)用領(lǐng)域218
參考文獻(xiàn)220
第8章磷酸鹽材料
8.1磷酸鹽材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)特征222
8.1.1磷酸鹽材料的結(jié)構(gòu)222
8.1.2磷酸鹽材料的電化學(xué)特征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的制備方法240
8.2.3LiMnyFe1-yPO4的制備方法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(chǎn)磷酸鹽材料的主要原料及標(biāo)準(zhǔn)257
8.5磷酸鹽材料生產(chǎn)工藝流程及工藝參數(shù)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(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)271
8.7磷酸鹽材料的種類與應(yīng)用領(lǐng)域272
8.7.1電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池272
8.7.2儲(chǔ)能電池273
參考文獻(xiàn)275
第9章富鋰錳基固溶體材料及其生產(chǎn)工藝
9.1富鋰錳基固溶體材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)特征281
9.1.1富鋰錳基固溶體材料的結(jié)構(gòu)281
9.1.2富鋰錳基固溶體材料的電化學(xué)特征282
9.2富鋰錳基固溶體材料的合成方法284
9.2.1共沉淀法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復(fù)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(chǎn)富鋰錳基固溶體材料的主要原料及標(biāo)準(zhǔn)286
9.5富鋰錳基固溶體材料生產(chǎn)工藝流程及工藝參數(shù)287
9.5.1沉淀工藝的參數(shù)288
9.5.2燒結(jié)工藝的參數(shù)292
9.6富鋰錳基固溶體材料的應(yīng)用領(lǐng)域294
參考文獻(xiàn)294
第10章鋰離子電池正極材料的測(cè)試方法
10.1正極材料的化學(xué)成分分析297
10.1.1鈷酸鋰的化學(xué)分析方法297
10.1.2鎳鈷錳酸鋰的化學(xué)分析方法304
10.1.3錳酸鋰的化學(xué)分析方法307
10.1.4鎳鈷鋁酸鋰的化學(xué)分析方法311
10.1.5磷酸鐵鋰的化學(xué)分析方法312
10.1.6微量單質(zhì)鐵的化學(xué)分析315
10.2正極材料的理化性能指標(biāo)測(cè)試315
10.2.1粒度測(cè)試315
10.2.2比表面積測(cè)試316
10.2.3振實(shí)密度測(cè)試317
10.2.4XRD測(cè)試317
10.2.5掃描電鏡測(cè)試318
10.2.6透射電鏡測(cè)試319
10.2.7X射線光電子能譜測(cè)試319
10.2.8元素分布測(cè)試320
10.2.9X射線吸收譜測(cè)試320
10.3正極材料的電化學(xué)性能指標(biāo)分析321
10.3.1容量測(cè)試321
10.3.2電壓測(cè)試322
10.3.3循環(huán)測(cè)試323
10.3.4儲(chǔ)存性能測(cè)試323
10.3.5倍率測(cè)試324
參考文獻(xiàn)324
第11章鋰離子電池正極材料展望
11.1動(dòng)力鋰離子電池正極材料技術(shù)路線之爭(zhēng)325
11.2正極材料發(fā)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(fā)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(yè)4.0在鋰離子電池材料中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)347
11.4.1工業(yè)4.0簡(jiǎn)介347
11.4.2工業(yè)4.0在鋰離子電池材料中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)349
11.4.3鋰離子電池材料制造工業(yè)4.0未來發(fā)展路線圖351
參考文獻(xiàn)353
索引355