鋰離子電池三元材料:工藝技術及生産應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王偉東，仇衛華，丁倩倩 等 著

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122230911

版次：1

商品編碼：11676875

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-05-01

用紙：膠版紙

頁數：410

編輯推薦

　　三元材料還是一個新型行業，近年來規模迅速擴大，工藝裝備技術和市場應用日新月異，是一片藍海。
　　筆者在這個領域躬耕10年，目前是業內翹楚，在我們的爭取下，筆者今將10年理論與實踐經驗匯集齣書以饗讀者。

內容簡介

　　《鋰離子電池三元材料：工藝技術及生産應用》是國內第1條自主設計製造的鋰電池三元材料生産綫、國內三元材料企業十年來專注於三元材料産業化的成果總結。
　　《鋰離子電池三元材料：工藝技術及生産應用》將實際經驗與閤成理論相結閤，總結瞭三元材料製造各個環節的基本原理和工藝特點，並對三元材料的市場前景進行瞭詳細分析。具體內容包括三元材料的特點、三元材料閤成理論和研發方嚮；三元材料相關金屬資源；三元材料前驅體製備、成品煆燒和粉體製備；三元材料關鍵技術指標控製優化；三元材料檢測方法；三元材料應用技術、應用領域、市場前景和專利分析。
　　《鋰離子電池三元材料—工藝技術及生産應用》既有豐富具體的實踐內容，又有相適應的理論分析，是從事新能源汽車、鋰離子電池、鋰離子電池正極材料以及正極材料相關原材料和礦産資源投資開發、行業研究人員的重要參考書；更是從事正極材料産品研發、設計、生産、銷售的技術人員、管理人員、教學人員、分析檢測人員、相關研究生和本科生的工具書。

作者簡介

　　王偉東博士，深圳市天驕科技開發有限公司總經理。1988年畢業於中南大學獲碩士學位。1995年畢業於英國帝國學院，獲電化學工程博士學位。在加拿大，新加坡，和新西蘭從事多年高能鋰離子電源的開發生産工作。在加拿大工作期間開發的鋰離子電池技術被加拿大産業界成功應用於生産，1997年獲得“加拿大國傢研究院新技術産業化奬”。
　　2004年和投資者共同創建深圳市天驕科技開發有限公司。首次自主設計製造瞭國內首條鋰電池三元材料生産綫，實現瞭鎳鈷錳酸鋰係列三元材料的産業化。
　　曾獲得國務院頒發的第二屆百名華人華僑專業人士“傑齣創業奬”、深圳市龍崗區科技創新奬區長奬、2011年被認定為深圳市海外高層次人纔。

　　仇衛華，北京科技大學退休教師，現任深圳天驕科技有限公司首席技術專傢。1976年12月畢業於北京鋼鐵學院冶金物理化學專業（現北京科技大學）。1977-1978年在中南大學化學係冶金部物理化學教師進修班學習。畢業後主要從事本科生和研究生的教學工作及科研工作。從事過電鍍非晶態閤金，瀝青基活性碳縴維的製備和應用等科研項目。從1990年開始從事鋰電池關鍵材料的研究和開發工作。1993年在美國賓西法尼亞大學進行瞭鋰離子電池負極材料的閤作研究。20多年來研究過鋰離子電池正、負極材料和電解質材料。取得一項美國專利，作為第一申請人申請國傢發明專利十餘項，已授權十項，在國內外核心刊物發錶學術論文80餘篇，SCI和EI收錄40餘篇。

　　丁倩倩，深圳市天驕科技開發有限公司研發中心副主任。畢業於中南大學，2007年加入深圳市天驕科技開發有限公司，一直從事三元材料研發、生産相關工作。主持和參與天驕NCM523、NCM701515、NCA等材料的開發，並成功實現産業化；申請國傢發明專利6項；發錶三元材料相關文章7篇。

精彩書評

　　★三元材料(包括NCA)是應用麵很廣的鋰離子電池正極材料。在動力電池中，日韓廠商已普遍采用三元材料作正極，配以新型負極材料(如矽碳復閤材料)，已經能夠將電池比能量做到150Wh/Kg左右。由於市場、技術、競爭等多個方麵的因素，國內鋰電池企業纔剛剛開始在動力電池中試用三元材料，電芯性能尚有差距。國內對三元材料及其在電池中的應用早就開展瞭研究，但工程化和産業化不夠。國內電池企業應盡快與研究單位和原材料企業閤作，在短期內生産齣高能量密度的閤格動力電池産品。希望《鋰離子電池三元材料》這本書的齣版能加速三元材料的産業化進程，從而推動我國動力電池産業的發展。
　　——中國工程院院士，陳立泉
　　
　　★王偉東博士2004年創建中國第1傢三元材料企業—深圳市天驕科技開發有限公司，天驕的成長史就是中國三元材料行業的發展簡史。電動汽車的快速發展必將帶動電池相關産業鏈再次騰飛。
　　　　——深圳市天驕科技開發有限公司天使投資人鬆禾資本閤夥人，厲偉
　　
　　★三元材料作為高能量密度正極材料，有望成為新能源汽車動力電池的主流正極材料。該專著的齣版發行，將對我國三元材料的技術開發和産業化發展起到重要的促進作用！
　　——中國化學與物理電源行業協會秘書長，劉彥龍
　　
　　★我一直是作者的三元材料用戶，我相信這本書應該是作者多年來在這個領域耕耘的經驗總結，鋰電池材料製造和研發的一族應該從本書受益良多。
　　　　——毛煥宇博士
　　
　　★這是國內外首次齣版的關於鋰離子電池三元材料的專著。作者把自己10年來專注於三元材料産業化的實際經驗和閤成理論，新工藝新設備，檢驗方法，資源消耗，應用技術，市場分析和預測相結閤，全麵闡述瞭三元材料的技術現狀和應用前景，對於電池材料研究及生産有重要的參考作用。
　　　　——北京大學教授，夏定國
　　
　　★天驕科技是眾和股份整閤資源、布局新能源産業鏈的核心，王偉東博士齣版三元材料著作體現瞭天驕科技的技術引導與開放共贏。
　　　　——福建眾和股份有限公司董事長、總裁，許建成
　　
　　★電動車使我們減少對化石能源的依賴，實現環保的汽車夢。三元材料成功應用於動力電池為我們實現夢想又走齣瞭堅實的一步。
　　　　——北京恒基偉業集團董事長，張徵宇博士

目錄

1 概述
1.1　鋰離子電池工作原理及基本組成 / 001
1.1.1　鋰離子電池工作原理 / 001
1.1.2　鋰離子電池組成 / 002
1.2　相關術語 / 006
1.2.1　電池的電壓 / 006
1.2.2　電池的容量和比容量 / 007
1.2.3　電池的能量和比能量 / 008
1.2.4　電池的功率和比功率 / 009
1.2.5　充放電速率 / 010
1.2.6　放電深度 / 010
1.2.7　庫侖效率 / 010
1.2.8　電池內阻 / 010
1.2.9　電池壽命 / 010
參考文獻 / 011
2 鋰離子電池正極材料簡介
2.1　層狀正極材料 / 014
2.1.1　LiCoO2正極材料 / 014
2.1.2　LiNiO2正極材料 / 020
2.1.3　層狀LiMnO2材料 / 026
2.2　高容量富鋰材料 / 028
2.2.1　富鋰材料的結構特徵 / 029
2.2.2　富鋰材料的電化學性能 / 030
2.2.3　富鋰材料存在問題及其改性 / 031
2.2.4　富鋰材料的研發方嚮 / 033
2.3　尖晶石錳酸鋰 / 035
2.3.1　4V尖晶石錳酸鋰 / 035
2.3.2　5V尖晶石鎳錳酸鋰 / 039
2.4　聚陰離子正極材料 / 043
2.4.1　LiMPO4（M=Fe，Mn）材料 / 043
2.4.2　Li3V2(PO4)3材料 / 048
2.4.3　LiVPO4F材料 / 050
2.4.4　矽酸鹽類材料 / 051
參考文獻 / 058
3 三元正極材料的性能
3.1　三元正極材料的結構及電化學性能 / 068
3.1.1　三元材料的結構 / 068
3.1.2　三元材料的電化學性能 / 070
3.2　三元材料存在問題及改性 / 076
3.2.1　三元材料存在的問題 / 076
3.2.2　三元材料的改性 / 079
3.3　三元材料研發方嚮 / 086
3.3.1　高容量三元材料（NCA）的研究 / 087
3.3.2　高功率三元材料的研究 / 090
3.3.3　閤成方法的改進 / 091
3.3.4　與三元材料匹配的電解液添加劑的研究 / 093
參考文獻 / 095
4 三元材料的應用領域和市場預測
4.1　全球二次電池産能及消耗 / 099
4.2　鋰離子電池應用領域及市場分析 / 100
4.3　鋰離子電池常見類型 / 101
4.4　三元材料應用和市場預測 / 103
4.4.1　3C數碼 / 103
4.4.2　移動電源 / 105
4.4.3　電動工具 / 106
4.4.4　電動自行車 / 108
4.4.5　電動汽車 / 109
4.4.6　通信 / 116
4.4.7　儲能 / 118
4.4.8　電子煙 / 120
4.4.9　可穿戴 / 121
4.5　三元材料的應用實例 / 122
4.5.1　倍率型18650圓柱電池 / 122
4.5.2　能量型18650圓柱電池 / 123
4.5.3　10A·h和20A·h動力軟包電池 / 124
4.5.4　三元材料電池組在電動汽車上的應用 / 125
4.5.5　三元材料電池組在電動大巴上的應用 / 126
參考文獻 / 128
5 三元材料相關金屬資源
5.1　全球鋰離子電池正極材料對金屬資源的消耗 / 129
5.2　金屬價格波動對三元材料成本的影響 / 137
5.3　鋰資源 / 137
5.3.1　世界及中國鋰資源 / 138
5.3.2　碳酸鋰、氫氧化鋰生産商 / 140
5.3.3　鋰的用途及消費 / 143
5.4　鎳資源 / 144
5.4.1　世界及中國鎳資源 / 144
5.4.2　硫酸鎳生産商 / 146
5.4.3　鎳的用途與消費 / 147
5.5　鈷資源 / 148
5.5.1　世界及中國鈷資源 / 149
5.5.2　硫酸鈷生産商 / 150
5.5.3　鈷的用途及消費 / 151
5.6　錳資源 / 153
5.6.1　世界及中國錳資源 / 153
5.6.2　硫酸錳生産商 / 153
5.6.3　錳的用途及消費 / 154
5.7　金屬迴收利用 / 154
5.7.1　廢舊電池的預處理分選工藝 / 155
5.7.2　有價金屬的迴收利用工藝 / 156
參考文獻 / 159
6 三元材料閤成方法
6.1　閤成方法概述 / 161
6.1.1　溶膠-凝膠法 / 161
6.1.2　水熱與溶劑熱閤成方法 / 163
6.1.3　微波閤成 / 165
6.1.4　低熱固相反應 / 167
6.1.5　流變相反應法 / 168
6.1.6　自蔓延燃燒閤成 / 169
6.2　共沉澱反應 / 170
6.2.1　基本概念 / 170
6.2.2　工藝參數對M(OH)2（M=Ni，Co，Mn）前驅體的影響 / 173
6.3　高溫固相反應 / 177
6.3.1　高溫的獲得和測量 / 177
6.3.2　高溫固相閤成反應機理 / 178
6.3.3　高溫固相閤成反應中的幾個問題 / 180
6.3.4　高溫固相閤成反應應用實例 / 181
參考文獻 / 186
7 前驅體製備工藝及設備
7.1　前驅體製備流程圖及過程控製 / 189
7.2　主要原材料 / 191
7.2.1　硫酸鎳（NiSO4·6H2O） / 191
7.2.2　硫酸鈷（CoSO4·7H2O） / 193
7.2.3　硫酸錳（MnSO4·H2O） / 196
7.3　純水設備 / 197
7.3.1　水中的雜質[9] / 197
7.3.2　前驅體純水水質要求 / 198
7.3.3　純水製備 / 199
7.4　氮氣 / 200
7.5　前驅體反應工藝 / 202
7.5.1　氨水濃度 / 202
7.5.2　pH值 / 203
7.5.3　不同組分前驅體的反應控製 / 208
7.5.4　反應時間 / 210
7.5.5　反應氣氛 / 212
7.5.6　固含量 / 213
7.5.7　反應溫度 / 215
7.5.8　流量 / 215
7.5.9　雜質 / 215
7.6　攪拌設備 / 216
7.6.1　材質的選擇 / 216
7.6.2　攪拌器選擇 / 217
7.6.3　反應釜 / 220
7.7　自動化反應控製 / 220
7.7.1　pH值自動控製 / 220
7.7.2　溫度控製 / 223
7.7.3　常用控製件選型 / 225
7.8　過濾洗滌工藝及設備 / 226
7.8.1　成餅過濾原理 / 226
7.8.2　過濾介質 / 227
7.8.3　過濾設備 / 229
7.9　乾燥工藝及設備 / 231
7.9.1　乾燥工藝 / 231
7.9.2　乾燥設備 / 232
7.10　前驅體的各項指標及檢測方法 / 236
參考文獻 / 237
8 成品製備工藝及設備
8.1　成品製備工藝和過程檢驗 / 239
8.2　鋰源 / 240
8.2.1　碳酸鋰 / 241
8.2.2　氫氧化鋰 / 243
8.3　鋰化工藝及稱量設備 / 245
8.3.1　鋰化工藝 / 245
8.3.2　稱量設備 / 248
8.4　混閤工藝及設備 / 249
8.4.1　混閤設備分類 / 250
8.4.2　三元材料混閤設備的選擇 / 250
8.4.3　三元材料常見混閤設備 / 251
8.4.4　高速混閤機和球磨混閤機對比 / 254
8.5　煆燒設備 / 255
8.5.1　輥道窯 / 255
8.5.2　輥道窯和推闆窯性能對比 / 260
8.5.3　匣鉢 / 262
8.5.4　三元材料匣鉢自動裝卸料係統簡介 / 263
8.6　煆燒工藝 / 266
8.6.1　煆燒溫度和時間 / 266
8.6.2　燒失率和煆燒氣氛 / 269
8.6.3　匣鉢層數和裝料量 / 270
8.7　前驅體對煆燒工藝及成品性能的影響 / 272
8.7.1　前驅體的氧化 / 273
8.7.2　粒度分布 / 273
8.7.3　形貌 / 274
8.8　粉碎工藝及設備 / 275
8.8.1　粉碎設備的分類 / 275
8.8.2　常見三元材料粉碎設備 / 275
8.8.3　粉碎工藝 / 279
8.9　分級、篩分和包裝 / 282
8.9.1　分級 / 282
8.9.2　篩分 / 282
8.9.3　包裝 / 284
8.10　磁選除鐵 / 285
8.10.1　磁選除鐵設備 / 285
8.10.2　磁選除鐵案例 / 286
8.11　成品的各項指標及檢測方法 / 287
8.12　三元材料關鍵指標控製方法 / 289
8.12.1　容量 / 289
8.12.2　倍率 / 289
8.12.3　遊離鋰 / 291
8.12.4　比錶麵積 / 292
8.13　成品改性工藝及設備 / 294
8.13.1　水洗 / 294
8.13.2　濕法包膜 / 297
8.13.3　機械融閤 / 298
8.13.4　噴霧造粒 / 302
參考文獻 / 306
9 三元材料性能的測試方法、原理及設備
9.1　X射綫衍射 / 309
9.1.1　基本原理 / 309
9.1.2　XRD分析實例 / 310
9.1.3　主要設備廠傢 / 316
9.2　掃描電子顯微鏡（SEM） / 316
9.2.1　SEM基本工作原理及應用 / 317
9.2.2　SEM應用實例 / 317
9.2.3　主要設備廠傢 / 321
9.3　粒度分析 / 321
9.3.1　激光粒度儀 / 322
9.3.2　影響測試結果的因素 / 322
9.4　比錶麵分析 / 324
9.4.1　比錶麵儀 / 325
9.4.2　比錶麵積測試結果的影響因素 / 325
9.5　水分分析 / 327
9.5.1　水分分析儀 / 327
9.5.2　影響三元材料水分分析結果的因素 / 327
9.6　振實密度 / 328
9.7　金屬元素含量分析 / 329
9.7.1　原子吸收分光光度計（AAS） / 329
9.7.2　電感耦閤等離子體原子發射光譜分析儀（ICP-AES） / 330
9.7.3　化學滴定分析 / 330
9.7.4　ICP-AES對三元材料中鎳、鈷、錳、鋰的分析 / 333
9.7.5　三元材料鎳鈷錳滴定分析與ICP-AES分析結果比對 / 334
9.8　熱分析 / 335
9.8.1　基本原理 / 335
9.8.2　應用實例 / 336
9.9　材料電化學性能測試 / 337
9.9.1　恒電流充放電測試 / 337
9.9.2　循環伏安法 / 337
9.9.3　交流阻抗法 / 339
9.9.4　鋰離子電池性能測試設備和方法 / 341
9.9.5　扣式電池製備工藝及設備 / 341
9.9.6　軟包電池製備工藝及設備 / 342
9.9.7　圓柱電池製備工藝及設備 / 343
9.9.8　鋰離子電池安全性能測試 / 345
參考文獻 / 346
10 三元材料使用建議
10.1　首放效率及正負極配比 / 349
10.2　水分控製 / 351
10.3　壓實密度 / 352
10.3.1　影響壓實密度的因素 / 352
10.3.2　如何提升壓實密度 / 353
10.3.3　過壓 / 356
10.4　極片掉粉 / 358
10.5　高低溫性能 / 358
10.6　三元材料混閤使用 / 361
10.6.1　尖晶石錳酸鋰和三元材料的混閤 / 361
10.6.2　鈷酸鋰和三元材料的混閤 / 364
10.7　三元材料電池安全性能 / 367
10.7.1　電池的熱失控 / 367
10.7.2　負極的選擇 / 368
10.7.3　電解液的選擇 / 369
10.7.4　隔膜的改進 / 370
參考文獻 / 371
11 國內外主要三元材料企業
11.1　前驅體生産企業 / 373
11.2　三元材料生産企業 / 374
11.2.1　歐美三元材料企業 / 374
11.2.2　日本三元材料企業 / 375
11.2.3　韓國三元材料企業 / 376
11.2.4　中國三元材料企業 / 377
12 三元材料專利分析
12.1　三元材料NCM專利分析 / 381
12.1.1　專利申請總體狀況 / 381
12.1.2　NCM材料的重要專利 / 383
12.1.3　國內外主要企業分析 / 384
12.1.4　小結 / 391
12.2　NCA專利分析 / 392
12.2.1　專利申請總體情況 / 392
12.2.2　NCA材料的重要專利 / 393
12.2.3　國內外主要企業分析 / 394
12.2.4　小結 / 4

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