锂离子电池技术——研究进展与应用_［意］詹弗兰科·皮斯托亚(Gianfranco Pistoia) 著_9787122275820

本书共有25章，涵盖了从材料到应用，再到回收等锂离子电池相关的全部内容。书中详细介绍了锂离子电池正负极材料、电解液以及功能添加剂、隔膜等相关组件的研究背景，以及近些年来的研究进展和发展趋势。并重点评述了将锂离子电池应用于消费电子、电动汽车以及大型固定应用中时，如何实现不同的性能以及电子选项要求。本书还从原理上详细分析了锂离子电池的安全性以及回收等问题，并对锂离子电池未来可用性以及发展趋势进行了评估和说明。
本书可作为锂离子电池相关企业以及高校、科研院所相关科研人员的参考书籍，亦可作为新能源相关专业、材料相关专业等本科生以及研究生的教材。

锂离子电池的研究始于20世纪80年代，商业化的锂离子电池出现于1991年。早的锂离子电池大部分技术发展侧重于便携电子设备，之后制备出的电池性能便倾向于满足大中型设备，如电动汽车和储能系统(第1章)。的确，正是由于新型电极材料如钛酸锂的使用，才使得锂离子电池可以满足上述提及应用中所需要的大倍率(到6C)充放电的要求(第3章)。纳米结构使得钛酸盐以及磷酸铁锂等廉价但电导率较低的材料得以运用在锂离子电池体系中，并得到商业化。同时，纳米结构也扩展到了碳以及碳基纳米复合物材料的研究上(第4章)。
当然，锂离子电池更多的商业化应用不仅取决于它们的性能，也同样受到价格的影响。第6章主要介绍了锂离子电池生产过程价格产生的来源，降低它们的途径以及未来锂离子电池会降低到何种程度，并提出了一个可以直接统计电池生产成本的模型，采用该模型可以模拟出电池关键部分的价格细节，为电动汽车选用电池时提供一个特别的参考。
虽然受到价格以及使用范围等因素的影响，汽车电动化的过程却从未间断。第7章介绍了驱使汽车电动化的相关管理以及市场趋势，并涉及混合动力以及电动汽车用锂离子电池设计上的考虑因素，同时也分析了锂离子电池的测试要求及其工业标准发展现状。Voltec汽车如雪佛兰·沃兰达，欧宝·安培拉(第8章)具有续航里程长的特点：它们在车辆负载电池能量充足时可作为电动汽车使用，一旦电池能量耗尽，内燃机便充当能量转换器驱使汽车继续前行。
第9章介绍了先进的锂离子电池在不同的公共汽车中应用的概况，主要讨论了电池安全性、价格、可靠性、实用性以及相关维护问题。本章也提及了锂离子电池在公共汽车中大规模应用的经验总结以及面临的挑战，并陈述了未来锂离子电池性能方面的改进、预测，以及在电池与汽车整合应用时遗留的挑战。而在第10章中，几乎总结了目前市面上所有的或即将商业化的混合动力以及纯电动汽车的性能特点，在汽车分类上，主要考虑了其动力系统电动化的程度。
基于太阳能、风能等可再生能源需要在不同的时间段内进行储存，从几秒到几个月不等。如第13章所述，锂离子电池技术特别适合应用在这项领域，并可以作为分散光伏电池系统解决办法，本章也展示了相关的模拟研究结果。
从21世纪初期开始，大型的锂离子电池也开始应用于地球卫星中(第14章)，锂离子电池使火箭和卫星在质量和使用寿命上都颇为受益。
大中型锂离子电池需要的电池管理系统(BMS)的相关内容也在第15章中有所体现，在该章中，对比了不同BMS的结构以及它们针对不同电池系统型号所体现的优势。
当锂离子电池被组装进电池组时，可以设置电子选项，这一点将在第16章进行讨论。测试、监控、计算、通信和控制等功能不仅可以应用于智能手机所用的单体电池，也适用于千瓦时级的大型电池堆。针对摄像机和手机，一些用于监控和控制功能的简单的、安全可靠的组件被首次开发出来。而在笔记本电脑和手提电脑中，则可以安装一些更为先进的耗能装置，这些装置具有测量、通信以及计算等功能。近，适用于电动工具和电动自行车的大电流装备也越来越普遍。而适用于电动汽车以及混合动力汽车的高电压系统的组件也被开发出来。
本书也特别关注电池安全问题。商业化的锂离子电池通常应用于动力便携设备，但是它们也能够组装成大型电池组应用于地面上的(电动汽车)，空中的甚至水下的设备上。第17章提供了有关商业化的锂离子电池安全性的测试数据，并提出了一些当电池应用于大型电池结构中时，有关安全设计上的建议。第18章主要从电池单体以及系统层面关注锂离子电池安全问题，并用实际测试数据解释了电池在滥用条件下的耐受测试。此外，锂离子电池发生的内部短路问题以及锂沉积问题及其对应的电池失效机理也在本章进行了讨论。第19章中展示了目前电池组件的安全水平，也列出了一些尚未商业化电池的测试结果，这些电池在没有BMS辅助的条件下通过了所有的安全测试。
本书同样提到了锂离子电池对环境的影响以及它们的回收问题。第21章主要针对动力锂离子电池生产对环境的影响，并讨论了如何通过回收来减弱这一影响。对回收的材料(正极、铝、铜)进行重新使用可以大大减少能量损耗的生命周期，高可达50%。是否存在足够的锂资源以供锂离子电池生产使用以及电池回收能增加未来锂储量几成等这些问题，都在第22章有所讨论。一份研究锂储量与需求的报告显示：即使从能源政策的角度预测，近些年来也并不存在锂缺乏的问题。但是一旦过了2050年，这种情况就会改变。届时一些局势稳定国家的容易开采的锂储量将会大幅下降。
在第23章中，将会展示电池组件的价格，也会讨论回收所涉及的经济、环境以及管理方面的问题。此外，欧洲以及美国的几大回收企业所针对锂离子电池回收采用的技术也会在这一章讨论到。
随着应用在汽车上的大型锂离子电池价格从2015年的大约250美元或者更高在十年内进一步降低到180～200美元内，在容量更高的电池材料且电池生产技术进步的驱动下，电池生产商以及材料加工商的利润也能实现有限的增长。更高利润的压力、对产品研发的需求和生产过程的创新，会使得锂离子电池工业在未来迎来大规模的整合(第24章)。

Gianfranco Pistoia
于意大利罗马
Gianfranco.pistoia0@alice.it

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