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鋰離子電池電極材料

為了解決鋰電 池 電解液的問題，作者伊廷鋒,謝穎 這樣論述：

　　鋰離子電池因其具有比能量大、自放電小、重量輕和環境友善等優點而成為行動式電子產品的理想電源，也是電動汽車和混合電動汽車的首選電源。因此，鋰離子電池及其相關材料已成為世界各國科研人員的研究熱門議題之一。 　　鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、電解液和電池隔膜四部分組成，其性能主要取决於所用電池內部材料的結構和性能。而電極材料决定着電池的性能，同時也决定電池50%以上的成本。 　　本書結合作者多年來電化學及化學電源科研與教學經驗，介紹了各類電極材料以及電極的制備方法與結構，着重介紹了高性能鋰離子電池正極的設計與功能調控，包括了：層狀電極材料、尖晶石電極、磷酸鹽正極材料

、矽酸鹽正極材料、碳負極材料、鈦基電極材料以及鈦酸鋰電極材料等多種電極材料的設計與性能。適宜從事電池電極設計與製造的科研及技術人員參考。

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以雙馬來醯亞胺和5,5-雙甲基巴比妥酸共聚合用於鋰離子電池之高性能、高安全性富鎳陰極材料介面改質添加劑研究

為了解決鋰電 池 電解液的問題，作者葉南宏 這樣論述：

本研究開發出一種可在電池混漿過程中混入電極的寡聚物電極添加劑，並在第四章的探討中發現，以5,5 DMBTA/ BMI於130℃進行-NH麥可加成反應聚合而成的寡聚物作為電極添加劑對於鋰離子電池的循環壽命、放熱與產氣表現有最為正面的幫助。第五章的探討中，以5,5 DMBTA/ BMI於130℃進行-NH麥可加成反應聚合而成的寡聚物作為電極添加劑，摻入高能量密度的鋰離子電池富鎳陰極材料（Ni-rich NMC622）電極中，觀察到添加劑在充放電過程中成功受Ni2+ / Ni3+催化進行自身聚合成功能型導離子的CEI界面。此CEI介面在同步輻射臨場升溫軟吸收實驗、臨場電化學X光繞射分析實驗以及高溫

熱處理後的HR-TEM結果中，被觀察到在電化學與熱化學作用下能減少NMC622材料中的Ni2+陽離子錯排問題、與電解液交互用作用的產氣現象以及材料顆粒內的微裂痕情形（Micro crack），讓製作成商用圓柱形（18650）全電池的循環性能表現獲得維持同時也讓電池的放熱情況獲得控制。第六章進一步對不同鎳含量的三元材料NMC811與NMC111進行修飾，藉由同步輻射臨場軟吸收光譜分析結果，可以觀察到電池富鎳陰極材料（Ni-rich NMC811）中的Ni離子事實上以3d7 與3d8L兩種電子組態存在。其中3d8L的電子組態為極不穩定，為了使系統趨於穩定，Ni-rich NMC cathode有三

種方式或途徑: 1.與電解液反應 2.與環境反應3.扭曲自身晶體結構以使得電子組態達到穩定。電極添加劑於漿料製備時與較高反應性的鎳離子（表面電子組態3d8L）交互作用並自身催化形成CEI（Cathode electrolyte interface）後提高材料的陽離子錯排狀態（Cation mixing state），並持續貢獻-C=C-成為Ligand-hole的提供者，穩定在電化學/熱化學過程中，因材料不斷脫鋰或提高氧化態形成的氧空缺進而形成的3d8L，提升材料的電子組態穩定，並避免電化學過程的副反應或扭曲自身的層狀結構造成巨觀的相變化。

鋰離子電池電極材料

為了解決鋰電 池 電解液的問題，作者伊廷鋒謝穎 這樣論述：

　　鋰離子電池因其具有比能量大、自放電小、重量輕和環境友善等優點而成為行動式電子產品的理想電源，也是電動汽車和混合電動汽車的首選電源。因此，鋰離子電池及其相關材料已成為世界各國科研人員的研究熱門議題之一。 　　鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、電解液和電池隔膜四部分組成，其性能主要取决於所用電池内部材料的結構和性能。而電極材料决定着電池的性能，同時也决定電池50%以上的成本。 　　本書結合作者多年來電化學及化學電源科研與教學經驗，介紹了各類電極材料以及電極的制備方法與結構，着重介紹了高性能鋰離子電池正極的設計與功能調控，包括了：層狀電極材料、尖晶石電極、磷酸鹽正極材料、矽酸鹽正極材料、碳

負極材料、鈦基電極材料以及鈦酸鋰電極材料等多種電極材料的設計與性能。適宜從事電池電極設計與製造的科研及技術人員參考。 作者簡介 伊廷鋒 　　大學教授、博士生導師。 　　在電池電極材料方面，至今已發表作者或通訊作者SCI期刊論文102篇，H因子為29，他引2600餘次，影響因子加和超過415，ESI高引論文9篇，先後為Nature Communications、無機化學學報等中外60餘種期刊審稿500餘篇，合作出版《動力電池技術與應用》和《動力電池材料》專著2部。 　　在教學方面主要從事物理化學、應用電化學、化學電源方面的教學工作。 第1 章 鋰離子電池概述 1.1 鋰離子電池概

述 1.1.1 鋰離子電池的發展簡史 1.1.2 鋰離子電池的組成及原理 1.1.3 鋰離子電池的優缺點 1.2 鋰離子電池電極材料的安全性 1.2.1 正極材料的安全性 1.2.2 負極材料的安全性 1.3 鋰離子電池電極材料的表徵與測試方法 1.3.1 物理表徵方法 1.3.2 電化學表徵方法 1.3.3 電極材料活化能的計算 1.4 鋰離子電池隔膜 1.4.1 鋰離子電池隔膜的製備方法 1.4.2 鋰離子電池隔膜的結構與性能 1.5 鋰離子電池有機電解液 參考文獻 第2 章 鋰離子電池層狀正極材料 2.1 LiCoO2 電極材料 2.1.1 LiCoO2  電極材料的結構 2.1.2

LiCoO2 電極材料的電化學性能 2.1.3 LiCoO2 的製備方法 2.1.4 LiCoO2 的摻雜 2.1.5 LiCoO2 的表面改性 2.2 LiNiO2 正極材料 2.2.1 LiNiO2 的製備方法 2.2.2 LiNiO2 的摻雜改性 2.3 層狀錳酸鋰（LiMnO2） 2.3.1 層狀錳酸鋰的合成 2.3.2 不同的形貌對層狀錳酸鋰的電化學性能的影響 2.3.3 層狀錳酸鋰的摻雜改性 2.4 三元材料（LiNi1/3Co1/3Mn1/3 O2） 2.4.1 LiNi1/3 Co1/3Mn1/3O2 材料的結構 2.4.2 LiNi1/3 Co1/3Mn1/3O2 材料的合成

2.4.3 不同形貌對LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 O2 材料性能的影響 2.4.4 LiNi1/3 Co1/3Mn1/3O2 材料的摻雜改性 2.4.5 LiNi1/3 Co1/3Mn1/3O2 材料的表面包覆 2.5 富鋰材料 2.5.1 富鋰材料的結構和電化學性能 2.5.2 富鋰材料的充放電機理 2.5.3 富鋰材料的合成 2.5.4 富鋰材料的性能改進 參考文獻 第3 章 尖晶石正極材料 3.1 LiMn2O4 正極材料 3.1.1 LiMn2O4 正極材料的結構與電化學性能 3.1.2 LiMn2O4 正極材料的容量衰減機理 3.1.3 LiMn2O4 正極材料製備方

法 3.1.4 提高LiMn2 O4 正極材料性能的方法 3.2 LiNi0.5Mn1.5O4 3.2.1 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的結構與性能 3.2.2 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的失效機製 3.2.3 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的合成 3.2.4 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的形貌控製 3.2.5 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的摻雜 3.2.6 LiNi0.5Mn1.5O4 正極材料的表面包覆 參考文獻 第4 章 磷酸鹽正極材料 4.1 磷酸亞鐵鋰 4.1.1 LiFePO4 的晶體結構 4.1.2 LiFePO4 的充放電機理

4.1.3 LiFePO4 的合成方法 4.1.4 LiFePO4 的摻雜改性 4.2 磷酸錳鋰 4.2.1 LiMnPO4 的結構特性 4.2.2 LiMnPO4 的改性研究 4.3 LiCoPO4 和LiNiPO4 正極材料 4.3.1 LiCoPO4 的結構 4.3.2 LiCoPO4 的製備方法 4.3.3 LiCoPO4 的摻雜改性 4.3.4 LiNiPO4 正極材料 4.4 Li3V2(PO4) 3 正極材料 4.4.1 Li3V2(PO4) 3 的結構特點 4.4.2 Li3V2(PO4) 3 的製備方法 4.4.3 Li3V2(PO4) 3 的摻雜改性 4.4.4 不同形貌

的Li3V2(PO4) 3 4.5 焦磷酸鹽正極材料 4.6 氟磷酸鹽正極材料 參考文獻 第5 章 矽酸鹽正極材料 5.1 矽酸鐵鋰 5.1.1 矽酸鐵鋰的結構 5.1.2 矽酸鐵鋰的合成 5.1.3 矽酸鐵鋰的改性 5.2 矽酸錳鋰 5.2.1 矽酸錳鋰的結構 5.2.2 奈米矽酸錳鋰材料的碳包覆 5.2.3 矽酸錳鋰材料的摻雜 5.3 矽酸鈷鋰 參考文獻 第6 章 LiFeSO4F 正極材料 6.1 LiFeSO4F 的結構 6.2 LiFeSO4F 的合成方法 6.2.1 離子熱法 6.2.2 固相法 6.2.3 聚合物介質法 6.2.4 微波溶劑熱法 6.3 LiFeSO4F 的摻

雜改性 6.3.1 LiFeSO4F 的金屬摻雜 6.3.2 LiFeSO4F 的包覆改性 參考文獻 第7 章 碳基、矽基、錫基材料 7.1 碳基材料 7.1.1 石墨 7.1.2 非石墨類 7.1.3 碳奈米材料 7.1.4 石墨烯材料 7.2 矽基材料 7.2.1 矽負極材料的儲鋰機理 7.2.2 矽負極材料奈米化 7.2.3 矽-碳複合材料 7.2.4 其他矽基複合材料 7.3 錫基材料 7.3.1 錫基材料的奈米化 7.3.2 錫-碳複合材料 參考文獻 第8 章 Li4Ti5O12 負極材料 8.1 Li4Ti5O12 的結構及其穩定性 8.1.1 Li4Ti5O12 的結構 8.

1.2 Li4Ti5O12 的穩定性 8.2 Li4Ti5O12 的電化學性能 8.3 Li4Ti5O12 的合成 8.3.1 Li4Ti5O12 的合成方法 8.3.2 Li4Ti5O12 的奈米化及表面形貌控製 8.4 Li4Ti5O12 的摻雜 8.5 Li4Ti5O12 材料的表面改性 8.5.1 Li4Ti5O12 複合材料 8.5.2 Li4Ti5O12 的表面改性 8.6 Li4Ti5O12 材料的氣脹 8.6.1 Li4Ti5O12 材料的產氣機理 8.6.2 抑製Li4Ti5O12 材料氣脹的方法 參考文獻 第9 章 鈦基負極材料 9.1 Li-Ti-O 化合物 9.1.1

LiTi2O4 9.1.2 Li2Ti3O7 9.1.3 Li2Ti6O13 9.2 MLi2Ti6O14（M= 2Na, Sr, Ba） 9.2.1 MLi2Ti6O14（M= 2Na, Sr, Ba） 的結構 9.2.2 MLi2Ti6O14（M= 2Na, Sr, Ba） 的合成方法 9.2.3 MLi2Ti6O14（M= 2Na, Sr, Ba） 的摻雜改性 9.2.4 MLi2Ti6O14（M= 2Na, Sr, Ba） 的包覆改性 9.3 Li2MTi3O8（M= Zn, Cu, Mn） 9.3.1 Li2MTi3O8 9.3.2 Li2MTi3O8 9.3.3 Li2MTi3O

8 9.4 Li-Cr-Ti-O 9.4.1 LiCrTiO4 9.4.2 Li5Cr7Ti6O25 9.5 TiO2 負極材料 參考文獻 第10 章 其他新型負極材料 10.1 過渡金屬氧化物負極材料 10.1.1 四氧化三鈷 10.1.2 氧化鎳 10.1.3 二氧化錳 10.1.4 雙金屬氧化物 10.2 鈮基負極材料 10.2.1 鈮基氧化物負極材料 10.2.2 鈦鈮氧化物（Ti-Nb-O） 10.2.3 其他鈮基氧化物 10.3 磷化物和氮化物負極材料 10.4 硫化物負極材料 10.5 硝酸鹽負極材料 參考文獻 第11 章 鋰離子電池材料的理論設計及其電化學性能的預測 11.

1 鋰離子電池材料的熱力學穩定性 11.1.1 電池材料相對於元素相的熱力學穩定性 11.1.2 電池材料相對於氧化物的熱力學穩定性 11.2 電極材料的力學穩定性及失穩機製 11.2.1 LixMPO4（M= Fe、Mn； x = 0、1） 材料的力學性質 11.2.2 LixMPO4（M= Fe、Mn；x = 0、1） 材料的電子結構及力學失穩機製 11.3 Li2-xMO3 電極材料的晶格釋氧問題及其氧化還原機理 11.3.1 Li2-xMO3 電極材料的晶格釋氧問題 11.3.2 Li2-xMO3 電極材料的氧化還原機理 11.4 鋰離子電池材料的電化學性能的理論預測 11.4.1 電

極材料的理論電壓及儲鋰機製 11.4.2 電極材料的表面形貌的預測及表面效應 11.4.3 鋰離子擴散動力學及倍率性能 參考文獻   序 　　鋰離子電池因其具有比能量大、自放電小、重量輕和環境友善等優點而成為行動式電子產品的理想電源，也是電動汽車和混合電動汽車的首選電源。因此，鋰離子電池及其相關材料已成為世界各國科研人員的研究熱門議題之一。鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、電解液和電池隔膜四部分組成，其性能主要取决於所用電池内部材料的結構和性能。正極材料是鋰離子電池的核心，也是區别多種鋰離子電池的依據，占電池成本的40%以上；負極材料相對來説市場較為成熟，成本所占比例在10%左右。正

極材料由於其價格偏高、比容量偏低而成為制約鋰離子電池被大規模推廣應用的瓶頸。雖然鋰離子電池的保護電路已經比較成熟，但對於電池而言，要真正保證安全，電極材料的選擇十分關鍵。一般來説，和負極材料相比，正極材料的能量密度和功率密度低，並且也是引發動力鋰離子電池安全隱患的主要原因。 　　目前市場中消費類產業化鋰離子電池產品的負極材料均採用石墨類碳基材料。但是碳基負極材料由於嵌鋰電位接近金屬鋰，在電池使用過程中，隨着不斷的充放電，鋰離子易在碳負極上發生沉積，並生成針狀鋰枝晶，進而刺破隔膜導致電池内部短路而造成安全事故或存在潜在危險。因此，正、負極材料的選擇和質量直接决定鋰離子電池的性能、價格及其安全性

。廉價、高性能的電極材料的研究一直是鋰離子電池行業發展的重點。 　　為了推動鋰離子電池行業的發展，幫助大專院校、企業院所的研發，我們編著了《鋰離子電池電極材料》一書。全書包括11 章，主要介紹了鋰離子電池各類正極材料和負極材料的製備方法、結構、電化學性能的調控以及第一性原理計算在鋰離子電池電極材料中的應用。編著者已有十多年從事電化學與化學電源的教學、科研的豐富經驗，有鋰離子電池電極材料的結構設計和性能調控及生產第一線的大量實踐經歷，根據自身的體會以及參考了大量國内外相關文獻，進行了本書的編寫。第1～5、7～10 章由伊廷鋒編寫，第6、11 章由謝穎、伊廷鋒編寫。全書由伊廷鋒定稿。對給予本書啓

示和參考的文獻作者予以致謝。並特别感謝舒杰副教授為本書提供了大量數據和圖片。 　　鋰離子電池電極材料的涉及面廣，又正處於蓬勃發展之中，編著者水平有限，難免掛一漏萬，不妥之處敬請專家和讀者來信來函批評指正。

新型碳酸鹽型局部高濃度電解液搭配添加劑應用在高電壓無陽極鋰金屬電池

為了解決鋰電 池 電解液的問題，作者石建元 這樣論述：

近年來，科學家致力發展高電壓的正極材料和無陽極鋰金屬電池，以提升電池的使用電容量，而傳統電解液已經無法負擔新型電池系統的運作。因為傳統電解液含有過多的游離溶劑，以至於無法負荷高電位的環境，以及容易沉積富含有機化合物的固態電解液介面，導致電容量和循環壽命會急速下降。科學家極力發展新型的電解液來匹配新穎的電池系統，其中的高濃度電解液是一個解方，但是高濃度電解液有黏度過高的問題，這會讓電解液不易潤濕隔離膜，而形成多餘的介面問題，影響電池整體的循環效率。本次研究為開發一款新型局部高濃度電解液，此電解液以LiPF6為主要鹽類，並且以ethylene carbonate(EC)/ethyl methyl

carbonate(EMC)3:7(v:v)為主要溶劑，調配3MLiPF6-EC/EMC3:7(v:v)，並以1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether(TTE) 為稀釋劑，TTE的添加量為整體電解液體積量的50v %。此款電解液通稱-BC-1.5M-EC/EMC/TTE3:7:10(v:v:v)，此電解液對於隔離膜的接觸角為28.5°優於傳統電解液的接觸角為48.19°，可以證明新型電解液對於隔離膜的親和力優於傳統電解液，接著新型電解液在Cu‖LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2的無陽極鋰金屬電池中，第1圈的庫倫效率為

91.87 %，20圈的平均庫倫效率為94.52 %，第20圈的電容量保持率為37.21 %，其整體效能優於傳統電解液的表現。在Li‖ LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2的電池中，第一圈的庫倫效率為91.67 %，其優於傳統電解液的90.98 %，且在高電壓的環境中，在正極材料表面會形成穩定的介面而且電解液本身的氧化電位較高，則沒有任何分解反應的發生。接著在SEM、XPS、介面阻抗分析皆有不錯的表現。接下來，為了提升局部高濃度電解液的電化學表現，探究添加劑對於局部高濃度電解液的影響，劑量從0.5wt %、1wt %、1.5wt %和2wt %進行探討。添加LiDFOB之後，對於電池的正極材

料具有良好的影響性，在Li‖ LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2的電池中，其10圈的平均庫倫效率為100 %，優於BC-1.5M-EC/EMC/TTE(3:7:10 v:v:v)的99.8 %，而在Cu‖ LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2的全電池中，其第20圈的電容量保持率為41 %優於BC-1.5M-EC/EMC/TTE(3:7:10 v:v:v)的37.21 %。由此可知，添加LiDFOB可以改變SEI層的組成，使無陽極鋰金屬電池呈現更好的循環壽命以及電容量的維持率。