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鋰離子電池失效機理--物理力學理論分析

作者：馬增勝//蔣文娟//孫立忠|責編:劉鳳娟//田軼靜
出版社：科學
ISBN：9787030747860

出版日期：2023/02/01
裝幀：平裝
頁數：404

人民幣：RMB 179 元售價：元

內容大鋼

本書分為三個部分。第一部分為基礎理論（1?4章）。主要介紹鋰離子電池及材料力學的基礎知識，包括鋰離子電池的結構、工作原理和失效行為，以及彈塑性理論基礎、破壞力學基礎和基於小變形及大變形的力-化耦合基本理論。第二部分為失效機理（5?7章）。主要介紹高容量電極材料的力學失效機理，包括應變梯度塑性理論下電極材料的損傷和斷裂機理，以及輻射環境下高容量電極材料的失效機理等內容。第三部分為鋰離子電池熱管理（8?12章）。主要介紹柱式和方形鋰離子電池器件在力-熱-電-化多場耦合條件下的物理場，包括溫度場、應力場、應變場等方面，特別是對鋰離子電池器件在極寒和高溫條件下的力學行為進行了系統闡述，並針對鋰離子電池單體電池和電堆散熱性能進行結構優化設計。
本書適用於高等學校新能源專業本科生及研究生教材，同時也可作為鋰離子電池領域科研工作者的參考用書。

作者介紹

馬增勝//蔣文娟//孫立忠|責編:劉鳳娟//田軼靜

第1章  緒論
  1.1  鋰離子電池工作原理及結構
    1.1.1  鋰離子電池結構與原理
    1.1.2  電解液
    1.1.3  隔膜
    1.1.4  鋰離子電池正極材料
    1.1.5  鋰離子電池負極材料
    1.1.6  鋰離子電池鋼殼材料
  1.2  鋰離子電池關鍵材料與器件的失效行為
    1.2.1  鋰離子電池器件的宏觀性能退化
    1.2.2  鋰離子電池關鍵材料的失效行為
    1.2.3  鋰離子電池關鍵材料力學失效與器件失效的關聯
  1.3  鋰離子電池關鍵材料與器件失效給固體力學提出的巨大挑戰
  參考文獻
第2章  彈塑性力學基礎
  2.1  預備知識
    2.1.1  彈塑性力學的研究對象和任務
    2.1.2  彈塑性力學的基本假設
    2.1.3  彈性與塑性
    2.1.4  張量概念和求和約定
  2.2  應力
    2.2.1  外力和應力
    2.2.2  平衡方程和應力邊界條件
    2.2.3  主應力和主方向
    2.2.4  球形應力張量和應力偏量張量
  2.3  應變
    2.3.1  變形和應變
    2.3.2  主應變和主方向
  2.4  應力應變關係
    2.4.1  各向同性彈性體的胡克定律
    2.4.2  彈性應變能函數
    2.4.3  屈服函數和屈服曲面
    2.4.4  兩個常用屈服準則
    2.4.5  增量理論
    2.4.6  全量理論
  參考文獻
第3章  宏微觀破壞力學基礎
  3.1  宏觀破壞力學分析
    3.1.1  裂紋的分類及裂紋尖端附近的彈性應力場
    3.1.2  應力強度因子
    3.1.3  小範圍屈服下的塑性修正
    3.1.4  斷裂判據和斷裂韌性
    3.1.5  彈塑性斷裂力學
  3.2  微觀破壞力學分析
    3.2.1  損傷的基本概念及損傷的分類
    3.2.2  一維蠕變損傷
    3.2.3  各向同性損傷
    3.2.4  各向異性損傷
    3.2.5  損傷與斷裂的交互作用
    3.2.6  納觀斷裂力學

  參考文獻
第4章  鋰離子電池電極材料力化耦合基本理論
  4.1  基於小變形彈性的力化耦合理論
    4.1.1  擴散方程
    4.1.2  電極材料的彈性應力應變關係
    4.1.3  耦合機理
    4.1.4  球（殼）的應力演化
  4.2  基於小變形彈塑性的力化耦合理論
    4.2.1  化學反應和流動的非平衡過程
    4.2.2  非彈性變形
    4.2.3  泰勒展開
    4.2.4  線性動力學模型
    4.2.5  不考慮屈服強度的非線性率相關動力學模型
    4.2.6  考慮屈服強度的率無關動力學模型
  4.3  基於大變形彈塑性的力化耦合理論
    4.3.1  鋰化和變形耦合的非平衡熱力學
    4.3.2  球形電極顆粒的理論分析
  4.4  基於應力化學勢的大變形彈塑性力化耦合理論
    4.4.1  有限變形運動學和動力學
    4.4.2  變形分解
    4.4.3  內能與化學勢
    4.4.4  球形硅顆粒應用示例
  參考文獻
第5章  鋰離子電池高比容量電極材料的失效機理圖
  5.1  不同結構電極材料的失效預測
    5.1.1  薄膜電極材料失效破壞理論模型
    5.1.2  實心活性材料失效破壞理論模型
    5.1.3  空心活性材料失效破壞理論模型
    5.1.4  臨界尺寸的實驗驗證
  5.2  不同結構電極材料的應力場
    5.2.1  薄膜結構電極材料的鋰化變形及應力演化
    5.2.2  球結構電極材料的鋰化變形及應力演化
  5.3  鋰離子電池電極材料的失效機理圖
    5.3.1  薄膜電極材料的鋰化破壞
    5.3.2  空心核殼結構電極材料的鋰化破壞
    5.3.3  實驗驗證
  參考文獻
第6章  基於應變梯度塑性理論的鋰離子電池電極材料失效機理研究
  6.1  應變梯度塑性理論
    6.1.1  鋰化相變位錯現象
    6.1.2  微米量級下的尺度效應
    6.1.3  應變梯度塑性理論的發展
  6.2  高容量電極材料的結構模型及理論模型
    6.2.1  高容量電極材料的結構模型
    6.2.2  高容量電極材料的鋰化擴散控制方程
    6.2.3  考慮擴散和應變梯度塑性理論的彈塑性變形
    6.2.4  高容量電極材料鋰化變形的有限元分析
  6.3  高容量電極材料的鋰化變形及應力分析
    6.3.1  vonMises應力演變及塑性屈服分析
    6.3.2  垂直應力演變及關鍵位置的應力分析

    6.3.3  水平應力演變及關鍵位置的應力分析
  6.4  高容量電極材料的鋰化損傷及破壞分析
    6.4.1  高容量電極材料損傷機理
    6.4.2  鋰化界面損傷及剝離分析
    6.4.3  鋰化上表面損傷及斷裂分析
  參考文獻
第7章  輻射環境下鋰離子電池電極材料的失效預測
  7.1  高容量電極材料兩相鋰化解析模型
    7.1.1  高容量電極顆粒的兩相鋰化濃度分佈函數
    7.1.2  高容量電極顆粒的應力解析模型
    7.1.3  高容量電極顆粒兩相鋰化的臨界破壞狀態
    7.1.4  物理場分析
  7.2  輻射電化學耦合塑性模型
    7.2.1  輻射條件下離子擴散動力學理論
    7.2.2  輻射效應的影響規律
  7.3  基於輻射的兩相鋰化微觀機理
    7.3.1  基於輻射電化學耦合的屈服函數
    7.3.2  基於輻射的兩相鋰化彈塑性模型
    7.3.3  結果分析
  7.4  基於輻射電化學耦合的模擬與實驗表徵
    7.4.1  幾何模型
    7.4.2  有限元模型
    7.4.3  有限元計算結果分析
    7.4.4  中子輻照對鋰離子電池電化學性能的影響
  參考文獻
第8章  鋰離子電池熱力化多場耦合模型
  8.1  鋰離子電池電化學模型
    8.1.1  電荷守恆方程
    8.1.2  質量守恆方程
    8.1.3  電極動力學
  8.2  鋰離子電池熱模型
    8.2.1  二維熱模型
    8.2.2  三維熱模型
  8.3  鋰離子電池應力模型
  8.4  鋰離子電池電化學熱耦合模型
  8.5  鋰離子電池電化學力耦合模型
  8.6  鋰離子電池熱力化耦合模型
  參考文獻
第9章  鋰離子電池電極材料多場耦合條件下的物理場
  9.1  鋰離子電池化熱耦合條件下的溫度場
    9.1.1  對流換熱係數對電極材料溫度場的影響
    9.1.2  表面熱輻射率對電極材料溫度場的影響
  9.2  鋰離子電池電極材料化力耦合條件下的多場分析
    9.2.1  空心核殼結構負極材料化力耦合條件下的濃度場和應力場分析
    9.2.2  薄膜結構負極材料化力耦合條件下的濃度場和應力場分析
  9.3  鋰離子電池電極材料熱力化耦合條件下的濃度場和應力場
    9.3.1  空心核殼結構正極材料熱力化耦合條件下的濃度場和應力場分析
    9.3.2  兩球形正極顆粒相接觸下熱力化耦合作用的濃度場和應力場分析
    9.3.3  二維螺旋卷繞鋰離子電池熱力化耦合條件下的物理場
  參考文獻

第10章  鋰離子電池高低溫條件下的電化學性能
  10.1  鋰離子電池不同溫度下放電行為存在的問題
  10.2  常溫下LiMn2O4鋰離子電池放電過程的電化學熱研究
    10.2.1  模型驗證
    10.2.2  鋰離子電池放電過程中的電化學研究
    10.2.3  鋰離子電池放電過程中的熱效應
  10.3  低溫下LiMn2O4鋰離子電池放電過程的電化學熱研究
    10.3.1  模型的有效性分析
    10.3.2  低溫下鋰離子電池放電過程的電化學研究
    10.3.3  低溫下鋰離子電池放電過程的熱研究
    10.3.4  低溫下鋰離子電池的優化設計
  10.4  高溫下LiMn2O4鋰離子電池放電過程的電化學熱研究
    10.4.1  高溫下LiMn2O4鋰離子電池的電化學性能
    10.4.2  高溫下LiMn2O4鋰離子電池的熱行為
    10.4.3  高溫下LiMn2O4鋰離子電池的熱力學參數
  參考文獻
第11章  相變材料在鋰離子電池熱管理中的應用
  11.1  電池熱管理系統概述
  11.2  相變材料（PCM）在電池熱管理系統中的應用
  11.3  相變材料對單體電池溫度分佈的影響
    11.3.1  基於二維熱模型的單體電池熱管理系統
    11.3.2  基於三維熱模型的單體電池熱管理系統
  11.4  相變材料對鋰離子電池組溫度分佈的影響
    11.4.1  相變材料對電池組溫度的控制
    11.4.2  相變材料厚度對電池組溫度的影響
    11.4.3  不同因素對電池組停止充放電后散熱效果的影響
    11.4.4  基於相變材料的耦合熱管理系統
  參考文獻
第12章  鋰離子電池熱管理系統與結構設計
  12.1  基於風冷散熱的電池組熱管理
    12.1.1  二維方形電池組風冷系統散熱模型
    12.1.2  二維風冷模型散熱效果
    12.1.3  二維風冷模型結構優化
  12.2  基於液冷散熱的電池組熱管理
    12.2.1  單體液冷電池的建模與分析
    12.2.2  液冷管電池組模型
  12.3  基於相變材料散熱的電池組結構設計
    12.3.1  電池組熱管理模型
    12.3.2  不同結構散熱性能分析
  12.4  基於液冷相變耦合散熱的電池組結構設計
    12.4.1  液冷相變材料耦合散熱的電池組結構設計
    12.4.2  複合板結構的改進
  參考文獻

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