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醉染图书固态电化学9787122276032
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章绪论参考文献6第2章固态电极/电解质材料制备方与技2.1气相制备法82.1.1化学气相沉积法82.1.2磁控溅法122.1.3原子层沉积法142.2液相制备法162.2.1溶胶凝胶法162.2.2水热/溶剂热合成法202..共沉淀法2.2.4熔盐生长法25.固相制备法26..1粉末固相法26..2燃烧法27..机械合金法282.4球形颗粒制备方法292.4.1络合沉淀生长法302.4.2喷雾干燥造粒法312.5相关实验技术332.5.1高温技术332.5.2气氛控制342.5.3分离与纯化技术35参考文献36第3章固态材料结构基础3.1晶体的对称383.1.1对称要素393.1.2对称要素组合定理和点群、空间群423.1.3晶体定向和符号463.1.4空间格子483.2晶体化学513.2.1化学键513.2.2紧密堆积原理533..鲍林法则543.2.4常见结构现象553.2.5晶体场理论573.3晶体结构603.3.1典型晶体结构603.3.2常见锂电池材料相关晶体结构783.4X线衍技术863.4.1连续X线和特征X线863.4.2X线衍波长的选择923.4.3倒易格子和反球963.4.4影响X线衍强度的各种因素983.5结构表征1013.5.1X线物相分析1013.5.2粉末衍图谱的指标化1023.5.3空间群的确定1063.5.4粉末X线衍法晶体结构的测定1103.5.5CIF数据文件113参考文献116第4章缺陷化学基础及其应用4.1引言1184.1.1缺陷形成能1184.1.2缺陷的分类1194.2点缺陷的分类和表示方法1204.2.1本征缺陷1204.2.2非本征缺陷(杂质缺陷)1214..非化学计量缺陷1224.2.4缺陷缔合与缺陷簇1224.3点缺陷的表示方法14.3.1克罗格-明克符号14.3.2缺陷反应式的书写原则1244.4固溶体及补偿机制1254.4.1离子补偿机制1264.4.2补偿机制1284.5缺陷浓度的影响因素(分压、掺杂等)1304.5.1缺陷的形成与平衡1304.5.2本征缺陷的缺陷反应与平衡1304.5.3掺杂对缺陷浓度的影响1314.5.4分压对缺陷浓度的影响1324.6缺陷表征方法1334.6.1X线粉末衍(XRD)1344.6.2密度测量1354.6.3热分析技术(DTA/DSC)1364.6.4旋共振1364.6.5显微技术1374.7电化学相关材料中缺陷结构的分析实例1384.7.1LiFePO4正极材料的缺陷化学1384.7.2FePO4的缺陷化学139参考文献140第5章固态结构和电导基础5.1能带的概念1415.2金属、半导体、绝缘体、半金属、half-metal1445.3材料中原子的相互作用力、杂化轨道1455.4有效质量、状态密度1495.5费米能级、费米分布函数1515.6Jahn-Teller效应1525.7电极材料中电导的经典理论1535.8玻尔兹曼方程和金属电导1555.9纳米材料的特、非晶体、玻璃碳1565.10表面态和界面态1585.11铁磁、反铁磁和亚铁磁1595.12典型锂离子电池正极材料的结构1605.12.1LiCoO(R-m)材料1615.12.2LiMn2O4(Fd3-m)材料1635.1.LiFePO4(Pnma)材料1655.12.4Li2FeSiO4(空间群P21/n)材料1675.13典型锂离子电池正极材料的电导169参考文献171第6章固态离子输运过程及其特6.1扩散的概念——布朗运动与扩散1736.2描述扩散的理论模型Fick定律1746.3固体中原子/离子扩散过程的基本分析1766.4固体中离子扩散的机制1786.5扩散的类型及特点1806.6复杂体系及界面体系的离子扩散特征1826.7电导与离子电导的特与区分1856.8固体中原子/离子扩散的相关因子1866.9离子扩散过程的影响因素(温度及压力的影响)1886.10外场作用下离子的扩散过程1896.11固态离子扩散特及其应用1936.12离子扩散系数的测定与研究方法1946.12.1示踪原子法1956.12.2同位素标记——二次离子质谱法1966.1.核磁共振技术1966.12.4直流法测定电导率及离子扩散系数2006.12.5交流阻抗方法2026.13固态材料中离子电化学扩散系数的测定204参考文献206第7章无机固体电解质材料及其应用7.1无机固体Li+导体2087.1.1LISICON型固体电解质2097.1.2NASICION型固体电解质2097.1.3钙钛矿型固体电解质2117.1.4石榴石型固体电解质2137.1.5硫化物固体电解质2187.1.6类型的固体电解质2217.2钠离子导体材料2227.2.1β-氧化铝2227.2.2NASICON材料2247..应用2257.3无机质子导体材料2297.3.1固体无机酸型质子导体07.3.2钙钛矿型氧化物质子导体17.3.3材料7.3.4应用5参考文献第8章聚合物电解质8.1引言2448.2聚合物电解质的分类及其特点2448.3聚合物电解质的结构及离子输运机理2478.3.1PEO基聚合物电解质的结构2478.3.2聚合物电解质中离子的输运机理2498.4全固态聚合物电解质2528.4.1PEO体系2528.4.2离子橡胶2548.4.3基于E-O氧化乙烯单元的聚合物电解质2548.5胶体电解质体系2568.5.1增塑型聚合物电解质2568.5.2胶体聚合物电解质2578.6聚合物电解质的应用2608.6.1在锂离子电池上的应用2608.6.2在锂空气电池上的应用2608.6.3在电致变色器件中的应用2618.6.4在电容器中的应用2628.6.5在领域中的应用262参考文献262第9章嵌脱反应与锂离子电池9.1引言2669.2嵌入脱出反应热力学2679.2.1吉布斯相律2679.2.2锂离子的嵌入脱出热力学2679..点阵气体模型2699.2.4影响嵌入脱出反应的因素2719.3嵌入脱出反应动力学2759.3.1离子在材料中的迁移表征2769.3.2材料中的离子自扩散2779.3.3离子浓度对扩散的影响2779.3.4化学扩散系数的电化学测定方法2809.4实用电极材料的嵌脱过程2849.4.1石墨类电极材料2849.4.2LiCoO2电极材料2879.4.3三元电极材料2909.4.4LiMn2O4电极材料2949.4.5LiFePO4电极材料2969.4.6Li4Ti5O12电极材料299参考文献3020章氧离子导体及其应用10.1引言30810.2氧离子导体结构及传输特3010.2.1萤石结构材料30910.2.2氧缺陷钙钛矿结构氧化物31410..钼酸镧(La2Mo2O9)基氧化物32010.2.4磷灰石结构固体电解质32110.3氧离子导体的应用32210.3.1固体氧化物燃料电池32210.3.2致密陶瓷透氧膜反应器32910.3.3氧传感器333参考文献3361章锂离子电池电极材料的理论模拟11.1材料模拟计算的理论基础34311.2密度泛函理论34411.2.1Kohn-Sham方程34411.2.2局域密度近似和广义梯度近似34511..Kohn-Sham方程的解法34611.2.4总能量34911.3经典分子动力学和Car-Parrinello方法34911.4锂离子电池电极材料电压平台的计算35111.5锂离子脱嵌过程中的相稳定及结构演化35311.6材料相变的理论描述35511.7电极材料的稳定分析35711.8电极材料中的离子迁移36011.9电极材料的结构预测方法36211.9.1结构单元网络搜索方法36211.9.2用于晶体结构预测的自适应的遗传算法36311.9.3基于材料中“结构单元”的结构预测方法366参考文献3662章固态电极/电解质材料的表征技术12.1电化学表征技术36812.1.1循环伏安(CV)法36812.1.2交流阻抗(AC)法37012.1.3恒电流间歇滴定(GITT)法37412.2光子衍技术37812.2.1X线衍技术37812.2.2中子衍技术3831.高分辨扫描电镜及透电镜技术3861..1高分辨扫描电镜3861..2高分辨率透电镜技术38712.4热分析39612.4.1热分析方法介绍39612.4.2热分析实验条件选择39712.4.3热分析方法在锂离子电池体系中的应用39812.5微分电化学质谱40112.5.1DEMS介绍40112.5.2DEMS应用40212.6固体核磁共振波谱技术40612.6.1固体核磁共振介绍40612.6.2固体核磁共振在锂离子电池材料微观结构分析中的应用40812.6.3动力学研究41212.6.4核磁共振成像(NMRI)技术41612.7扫描微探针技术41612.7.1扫描隧道显微镜(STM)41612.7.2原子力显微镜(AFM)42412.8原位红外和拉曼光谱技术42912.8.1电化原红外光谱简介42912.8.2电化原拉曼光谱简介43012.8.3原位红外和拉曼光谱技术在锂离子电池中的应用431参考文献435索引443
杨勇,教授/博导,主要研究方向为能源电化学,材料物理化学与表面物理化学。近年研究工作主要侧重在研究新型锂离子电池电极材料及其表面能、纳米半导体与纳米电极材料、复合聚合物电解质材料及其电极/电解质固/固界面能的研究。目前主持在研承担973计划课题及国防973子专题等多项科研项目。
《电化学丛书》的策划与出版,可以说是电化学科学大好发展形势下的“有识之举”,其中包括如下两个方面的意义。首先,从基础学科的发展看,电化学一般被认为是隶属物理化学(二级学科)的一门三级学科,其发展重点往往从属物理化学的发展重点。例如,电化学发展早期从属原子分子学说的发展(如法拉第定律和电化学当量);1纪起则依附化学热力学的发展而着重电化学热力学的发展(如能斯特公式和电解质理论)。20世纪40年代后,“电极过程动力学”异军突起,曾领风骚四五十年。约从20世纪80年代起,形势又有新的变化:一方面是固体物理理论和原理计算方的更泛应用与取得实用成果;另一方是对有各种特殊功能的新材料的迫切要求与大量新材料的制备合成。一门以综合材料学基本理论、实验方法与计算方法为基础的电化学新学科似乎正在形成。在《电化学丛书》的选题中,显然也反映了这一重大形势发展。其次,电化学从诞生初期起就是一门与实际紧密结合的学科,这一学科在解决当代人类持续发展“世纪难题”(能源与环境)征途中重要位置的提升和受到期待之热切,的确令人印象深刻。可以不夸张地说,从历史发展看,电化学当今所受到的重视是的。探讨如何利用这一大好形势发展电化学在各方面的应用,以及结合应用研究发展学科,应该是《电化学丛书》不容推脱的任务。另一方面,尽管形势大好,我仍然期望各位编委在介绍和讨论发展电化学科学和技术以解决人类持续发展难题时,要有大家风度,即对电化学科学和技术的优点、特点、难点和缺点的介绍要“面面俱到”,切不可“卖瓜的只说瓜甜”,反而贻笑大方。《电化学丛书》的编撰和发行还反映了电化学科学发展形势大好的另一重要方面,即我国电化学人才发展之兴旺。丛书各分册均由该领域学有专攻的科学家执笔。可以期望:各分册将不仅能在较高水平上梳理各分支学科的框架与发展,同时也将提供较系统的材料,供读者了解我国学者的工作与取得的成就。总之,我热切希望《电化学丛书》的策划与出版将使我国电化学科学书籍跃进至新的水平。查全(院士)二〇一〇年夏于珞珈山
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