具体描述
内容简介
本手册介绍的锂离子电池是一种非常重要的能量存储类型，并与各行各业密切相关。由于锂离子电池快速的能量转化能力、可分体式的安装、良好的可扩展性和广泛的使用范围（包括可移动设备领域和固定设备领域），使得锂离子电池在各个行业都发挥着重要作用。这本书不仅是一本详细描述锂离子电池技术方面的手册，还对电池生产、回收、标准化、电气和化学安全方面进行了阐述，这些内容对今后新能源系统的全面建立是非常有意义的。本书适合新能源电池产业技术人员、新能源汽车行业技术人员阅读使用，也可供大专院校相关专业师生阅读参考。内页插图
目录
序前言
编辑的话
第一部分 储能系统／电池系统概述
第１章 储能系统／电池系统概述３
第二部分 锂离子电池
第２章 锂离子电池概述１１
第３章 材料和功能１７
第４章 锂离子电池的正极材料２５
第５章 锂离子电池的负极材料３５
第６章 电解质和导电盐４７
第７章 隔离膜５９
第８章 锂离子电池系统的结构７１
第９章 锂离子电池单体８０
第１０章 锂电池系统的密封和橡胶部件９０
第１１章 传感器和测量技术９８
第１２章 继电器、开关、线束和插接件１０５
第１３章 电池热管理１２１
第１４章 电池管理系统１３０
第１５章 软件１３９
第１６章 电池技术发展趋势１４６
第三部分 电池生产
第１７章 锂离子电池单体的生产流程１６３
第１８章 锂离子电池单体和电池的生产工艺１７６
第１９章 电池单体生产工厂的建设１８５
第２０章 生产制造过程中的检测方法１９４
第四部分 其他课题
第２１章 锂离子电池开发、生产和回收的边缘领域２０５
第２２章 锂离子电池开发和应用时的工作安全２０７
第２３章 化学安全保护２１５
第２４章 电气安全保护２２７
第２５章 汽车的功能安全２３４
第２６章 锂离子电池的功能和安全测试２４６
第２７章 锂电池和锂离子电池的运输２５７
第２８章 锂离子电池的回收２６５
第２９章 电池系统生产专业人员的教育和培训２７４
第３０章 锂离子电池安全和性能标准２８４
第五部分 电池应用
第３１章 锂离子电池的应用范围２９５
第３２章 电池系统在电动车辆上的应用需求３０３
第３３章 电池系统在固定储能系统上的应用需求３２３
前言/序言
没有电池的生活在当今世界是难以想象的。各种形式的电能储存早已经是当今日常生活中不可或缺的一部分。如果没有超过百年历史的电池技术作为支撑，笔记本电脑、智能手机和平板电脑等的成功都将不复存在。事实上，有很多种方法可以储存能源，但只有一种方式是消费者所期望的，那就是可反复充电的电池，并且放电和充电的工作只需要简单的操作就能够完成。严格意义上讲，电池并不是电能存储器，而是一种电化学能量的转换器。它的发展在过去几十年并非一帆风顺。电池的历史，无论是作为初级或次级元件，现今也无法考证最初发明的来源。
可以肯定的是，１８００年前后由伏打（１７４５—１８２７）发明了“伏打堆”。约６５年后，大约在１８６６年，由勒克朗谢（１８３９—１８８２） 公布了一篇关于初级元件的专利，即所谓的勒克朗谢元件。该元件的阳极为锌，阴极为石墨，电解质为氯化铵，在阴极与电解质的交界面使用了二氧化锰涂层。随后，加斯纳（１８５５—１９４２） 进一步优化了这套系统，最终由施密特（１８６８—１９４８） 在１９０１年推出了第一款基于碳锌材料的干电池。
电池的进一步发展，无论是作为主要还是次要元素，一直以来都是比较缓慢的。在比能量和比功率的提升上没有出现很大的突破。然而，电池技术和化学特性不断发展：高循环稳定性，高安全性，完全免维修都是当今几乎所有电池系统的基本要求。
２０世纪７０年代初开始了一个新的时代。慕尼黑工业大学出现了一个全新的电池系统的想法，即用可逆的碱金属离子嵌入到阳极为碳和阴极为氧化物的锂电池。
经历了数年发展后，索尼公司于１９９１年在交通领域推出了第一款商业化的锂电池。
锂电池不断发展，特别是在新材料方面，它必然走向最终的成功。
如今我们正面临新的挑战：移动设备和能源供应（能量转换） 的模式转变需要新的能量存储设备，它必须具备高性价比、安全、低维护成本、重量轻等特点。
这些特点在某些方面相互矛盾也很难同时全部得到满足。这意味着，在研发以及在工业领域面临着巨大的压力，需要通过新技术的发展来接近这个目标。最近几年，在研发领域的活动的确有所增加，包括在大学和研究机构下所建立的新机构，但他们是否足够，还需要时间才能告诉我们答案。
这本《锂离子电池手册》为能量转换的这种模式转变的成功做出了小小的贡献。５４位作者提交的３３章，覆盖了一个很宽广的领域，在第一时间对锂离子电池所有相关领域进行了概述：电池单元的化学性质和结构、电池生产，以及在电池系统的应用层面大家最关心的几个主要问题：安全问题、运输问题和电池回收问题。
●●●●● 锂离子电池手册Ⅵ 本手册分为五个部分。第一部分对各类采取电化学方式进行能量储存的电池系统进行了概述。第二部分完整地讲述了锂离子电池的情况，最重要的材料和电池单体的部件都进行了详细的介绍。这些部件包括阴极和阳极的化学材料，以及导电盐和电解质。电池系统由单个模组构成，每个模组又由多个电池单体与必要的机械组件、电气部件构成，这部分内容用了几章来描述。最后以热管理和电池管理系统共同来结束这个部分的讲述。第三部分讲述了电池的生产以及电池制造的设备，以及必要的检测方法。第四部分讲述了电池在其整个生命周期可能会导致的涉及运输、安全、循环利用等的问题。本手册的第五部分讲述了电池在不同领域———电动车辆领域和固定设备领域———的应用情况。
本手册是为想要了解现代电池技术或需求的读者提供指导。它对锂离子电池进行了非常详细的描述，介绍了２０多年所面临的困难及所获取的知识和经验，给电池的使用者甚至在研发领域的新人介绍这项技术的巨大潜力和可能在研发过程中被卡住的地方。这本手册并非旨在将锂离子电池的诸多技术问题从专业上探索到一个很深的深度，而是在较高的技术水平上对这个产业的特征进行诠释的参考书。
最后，我想说感谢大家对这本书的完成做出的巨大贡献。特别是每个单独章节的所有作者，我的两个秘书Ｄｉｅｄｅｒｉｃｈ女士和ＤｉＢｅｌｌａ女士以及施普林格出版社的Ｈｅｓｔｅｒｍａｎｎ－Ｂｅｙｅｒｌｅ女士、Ｋｏｌｌｍａｒ－Ｔｈｏｎｉ女士和Ｓｔｅｇｎｅｒ女士。
愿所有使用这本《锂离子电池手册》的读者能从中获得很多重要的信息，给他们的日常工作和学习带来很多阅读的快乐。
赖纳·科特豪尔法兰克福，２０１３年１０月
用户评价
我是一名在广告行业工作了多年的创意总监，我总是努力去捕捉那些能够触动人心的故事和趋势。《锂离子电池手册》这本书，对我来说，不仅仅是一本技术书籍，更是一部关于创新和改变世界的史诗。我从这本书中看到了人类对清洁能源的不懈追求，以及科技如何一步步将梦想变为现实。书中对锂离子电池的诞生和发展的历程的描述，充满了戏剧性，让我看到了科学家们的智慧、坚持和奉献。我尤其被书中关于锂离子电池在推动移动通信、便携式电子设备普及方面的作用所震撼。正是有了这些小小的能量块，我们的生活才变得如此便捷和互联。而现在，它们又在引领着我们走向电动汽车和可再生能源的时代。这本书让我看到了科技的强大力量，它不仅仅是冰冷的数字和公式，更是改变我们生活方式、塑造我们未来的关键。我从书中汲取了许多关于创新和突破的灵感，也让我对那些默默奉献在科研前线的科学家们充满了敬意。这本书让我坚信，科技的力量是无限的，它将继续为我们带来更多惊喜和可能性。
评分作为一名在消费电子行业摸爬滚打了多年的工程师，我对各种电池技术可以说是不陌生的，但《锂离子电池手册》这本书的出现，还是给我带来了不少新的启发和更深的认识。我们平时接触到的大多是成品，很少有机会去深入理解其背后的科学原理和制造工艺。这本书恰恰填补了这一空白。它从材料科学的角度，对锂离子电池的正负极材料、电解液、隔膜等核心组件进行了极其详尽的介绍，让我对不同材料体系的性能差异有了更清晰的认识。例如，对于磷酸铁锂电池的高安全性，书中给出了深入的化学机理分析，不再是泛泛而谈。同时，书中对电池的充放电过程、循环寿命、能量密度和功率密度之间的权衡关系，也进行了非常细致的阐述。这些内容对于我们做产品选型和设计优化至关重要。我还特别关注了书中关于电池管理系统（BMS）的部分，虽然篇幅不是最长的，但其对BMS在电池安全、性能和寿命方面的关键作用的论述，非常到位。它不仅仅是简单的电压、电流监控，更是涉及到复杂的算法和策略。书中提到的一些前沿研究方向，比如固态电池、硅负极等，也让我对未来锂电池的发展趋势有了更宏观的把握。总的来说，这本书的专业性很强，但又不失可读性，对于我这样的从业者来说，是一本非常实用的参考书，能够帮助我更好地理解和解决实际工作中遇到的问题，也能为我今后的技术研发提供新的思路。
评分我是一名刚刚开始接触电池技术的研究生，在导师的推荐下，我翻开了这本《锂离子电池手册》。坦白说，一开始我对这么厚一本“手册”有点望而生畏，担心会充斥着晦涩难懂的专业术语和复杂的公式。但事实证明，我的担忧是多余的。这本书的编排结构非常合理，从最基础的物理化学原理入手，循序渐进地深入到各种材料体系和制造工艺。我特别喜欢书中对电化学动力学和热力学原理的讲解，它用清晰的图示和简洁的语言，将抽象的概念形象化，让我能够快速理解电荷转移、离子扩散等关键过程。书中对不同正负极材料的相变、嵌脱锂行为的描述，更是为我进行材料设计提供了宝贵的理论基础。我尤其对书中关于电解液的研究部分印象深刻，无论是传统有机电解液的稳定性问题，还是新型离子液体、固态电解质的探索，都进行了深入的分析，让我对如何优化电解液来提升电池性能有了更深的理解。此外，书中还详细介绍了电池的制造工艺，从浆料制备、涂布、辊压到组装、化成，每一个环节都进行了详细的阐述，这对于我们理解电池的生产过程和潜在的质量控制点非常有帮助。这本书让我感觉自己不仅仅是在学习知识，更是在构建一个完整的锂离子电池的知识体系。它是我在电池领域学习道路上的一座重要的里程碑。
评分拿到这本《锂离子电池手册》简直是如获至宝！我是一名对新能源技术充满好奇的普通爱好者，一直对手机、电动汽车里那些小小的锂电池感到神秘，它们到底是怎么工作的？为什么能量密度那么高，又为什么有时候会“发脾气”？这本书就像一位循循善诱的老师，用一种我能理解的方式，一点一点地揭开了锂电池的面纱。从最基础的化学原理讲起，比如正极、负极、电解液、隔膜这些“幕后功臣”，作者都用通俗易懂的比喻来解释它们的功能和作用，让我这个非专业人士也能津津有味地读下去。更让我惊喜的是，书中并没有止步于基础概念，而是深入探讨了不同种类的锂离子电池，比如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等等，分析了它们各自的优缺点，以及在不同应用场景下的适用性。这对我来说太有价值了！以前我只知道有这些名字，现在终于明白了它们之间的差异，以及为什么有些设备会选择某种特定的电池。书里还穿插了不少实际案例，比如新能源汽车的续航里程问题，手机电池的寿命优化等等，让我感觉学到的知识都能够落地，而不是枯燥的理论。而且，这本书的排版设计也十分用心，图文并茂，很多示意图都画得非常精美，能够直观地帮助我理解复杂的内部结构和工作流程。总而言之，如果你也和我一样，对隐藏在我们生活中的科技充满好奇，并且想深入了解锂离子电池的奥秘，这本书绝对是你的不二之选。它不仅是一本“手册”，更是一扇打开新能源世界的大门。
评分我是一名即将步入大学计算机科学专业的学生，对未来科技的发展充满了憧憬。在选择专业方向时，我一直对能源领域抱有浓厚的兴趣，尤其是那些能够驱动未来智能设备和交通工具的核心技术。《锂离子电池手册》这本书，为我打开了通往这个领域的一扇大门。书中对锂离子电池工作原理的讲解，虽然涉及一些物理化学知识，但其清晰的逻辑和丰富的图示，让我能够相对轻松地理解。我特别被书中对电池能量密度和功率密度之间关系的阐述所吸引，这让我意识到，在设计高性能的电子设备时，需要在这两者之间找到一个精妙的平衡点。书中对不同应用场景下电池选择的讨论，也让我对不同材料体系的优劣有了更直观的认识。例如，为什么手机需要高能量密度的电池，而电动工具则需要高功率密度的电池。我还在书中看到了关于电池循环寿命和充电效率的讨论，这些对于我未来在软件层面进行电池管理和优化，具有重要的参考意义。这本书让我看到了，即使是看似简单的电池，背后也蕴含着如此深厚的科学原理和工程挑战。它激发了我对未来能源技术进一步探索的兴趣，也让我对接下来的大学学习充满了期待。
评分我是一名对物理和化学有着浓厚兴趣的业余爱好者，长期以来，我一直被锂离子电池那令人惊叹的能量密度和广泛的应用所吸引。《锂离子电池手册》这本书，对我来说，简直是一场知识的盛宴。它没有仅仅停留在概念层面，而是深入到了每一个组件的微观世界。从正极材料中复杂的晶体结构，到负极材料中锂离子的嵌入/脱出机制，再到电解液中离子传输的物理化学过程，这本书都给予了详尽而又清晰的解释。我尤其喜欢书中对不同正极材料（如LCO, NMC, LFP）的晶体结构、电化学性能的对比分析，以及它们各自的优势和劣势，这让我能够从更根本的层面理解为什么它们会在不同的应用领域各有千秋。书中对锂枝晶形成机理的探讨，也让我对电池安全性有了更深入的认识。此外，书中对于电池老化机理的剖析，如SEI膜的生长、材料的结构衰退等，也让我对如何延长电池寿命有了更科学的认知。让我感到兴奋的是，书中还涉及了一些前沿的电池技术，比如固态电解质的最新进展，以及硅基负极的应用前景。这些内容让我对锂离子电池的未来充满了期待。这本书让我感觉我不仅仅是在阅读，更是在进行一次深入的科学探索，解开了一个又一个令人着迷的谜团。
评分我是一个对环保和可持续发展非常关注的普通读者，一直以来，电动汽车的普及和能源储存技术的进步都让我感到兴奋。在众多的新能源技术中，锂离子电池无疑是其中的核心。因此，《锂离子电池手册》这本书的出现，正好满足了我渴望了解这个领域最前沿信息的需求。我并非专业人士，但这本书的语言风格非常亲切，让我感觉像是在和一位资深的专家聊天，而不是在啃一本冰冷的教科书。书中没有充斥着我无法理解的专业术语，即使出现一些，作者也会给出非常清晰的解释和生动的比喻。我尤其欣赏书中关于电池安全性的章节，它详细介绍了锂电池在过充、过放、短路等极端情况下的反应机制，以及如何通过材料选择和结构设计来提高电池的安全性。这对于我这样一个关心家人出行安全的人来说，尤为重要。此外，书中还探讨了锂电池的回收和再利用问题，这让我看到了这项技术在可持续发展方面的巨大潜力。了解这些信息，让我更加确信，我们正在走向一个更加绿色、清洁的未来。这本书不仅拓宽了我的视野，也让我对锂离子电池这项伟大的技术有了更深层次的敬意。它让我看到了科技如何改变世界，如何为我们创造一个更美好的明天。
评分我是一名自由撰稿人，一直以来都对科技发展及其对社会生活的影响非常感兴趣。当我看到《锂离子电池手册》这本书时，我立刻被它所吸引。我一直认为，了解我们生活中无处不在的科技，才能更好地理解我们所处的时代。这本书并没有让我失望。它以一种非常引人入胜的方式，将锂离子电池这个看似复杂的技术，变得生动有趣。书中穿插了许多历史上关于电池技术发展的故事，让我了解了这些伟大的发明是如何一步步发展而来的。我特别喜欢书中关于电池在不同领域的应用案例，从手机、笔记本电脑，到电动汽车、储能系统，它让我看到了锂离子电池是如何深刻地改变了我们的生活方式。书中对于电池工作原理的解释，也并非枯燥乏味，而是通过各种形象的比喻，让我能够轻松地理解其中的奥秘。例如，它将锂离子的移动比作“小精灵”，在电池内部穿梭，为设备提供能量。这样的描述，让阅读过程充满了乐趣。此外，书中还探讨了锂离子电池的环保问题和未来发展方向，这让我看到了科技的进步与可持续发展的结合。这本书让我觉得，科技并非遥不可及，而是与我们的生活息息相关。
评分作为一名汽车行业的资深从业者，我深切体会到锂离子电池对于电动汽车发展的重要性。这本《锂离子电池手册》对我来说，是一本不可多得的宝贵参考资料。它不仅仅局限于理论探讨，而是将理论与实际应用紧密结合。书中对不同电池材料体系在能量密度、功率密度、循环寿命、成本以及安全性等方面的权衡关系，进行了非常深入的分析。这对于我们进行电动汽车的电池包设计、性能优化以及成本控制至关重要。我尤其关注书中关于电池热管理的部分，它详细阐述了不同热管理方式（风冷、液冷、相变材料等）的优缺点，以及它们对电池性能和寿命的影响。这对于确保电动汽车在各种工况下的安全可靠运行至关重要。此外，书中对电池健康状态（SoH）和剩余寿命（SoL）的评估方法，也给予了详细的介绍，这对于我们开发先进的BMS系统，实现更精准的电池管理具有重要的指导意义。书中还对未来电池技术的发展趋势进行了预测，例如高镍低钴电池、固态电池等，这些都为我们未来的产品研发提供了重要的战略参考。总而言之，这本书是一本内容翔实、理论扎实、贴近实际应用的专业书籍，对于任何从事电动汽车相关行业的人员来说，都具有极高的参考价值。
评分我是一名对材料科学颇有研究的退休教授，尽管我已经离开了教学一线，但我对新知识的探索热情从未减退。《锂离子电池手册》这本书，如同一位老友，以其严谨的学术态度和深厚的专业底蕴，再次点燃了我对材料科学的热情。我尤其欣赏书中对各种锂离子电池正负极材料微观结构、相稳定性以及电化学行为的深入分析。从层状氧化物到尖晶石结构，再到橄榄石结构，每一个材料体系的特性都得到了细致的剖析，让我能够从本质上理解它们为何具有不同的电化学性能。书中对固态电解质的研究，也让我看到了未来电池技术发展的巨大潜力。它详细介绍了各种固态电解质（聚合物、氧化物、硫化物）的离子导电机制、界面问题以及面临的挑战，这为我提供了一个全新的研究视角。此外，书中对电池老化机理的探讨，如容量衰减、内阻增加等，也进行了非常全面的分析，并提出了相应的解决方案。这些内容对于我这样一位有一定学术背景的读者来说，具有很高的启发性。这本书让我再次体会到了科学研究的魅力，也让我看到了材料科学在推动能源技术发展中的重要作用。
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