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固態電化學 版權信息
- ISBN：9787122276032
- 條形碼：9787122276032 ; 978-7-122-27603-2
- 裝幀：暫無
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
固態電化學 本書特色
固態電化學學科是一門新興的交叉學科，它主要關注固體中電化學反應過程及其相關材料構效關系。本書主要介紹固態電化學所涉及的物理、化學與材料相關的基礎理論知識，實驗研究方法，體系應用及其今后發展趨勢。全書共分為12章，內容包括固態電極/電解質材料合成方法（包括相關的實驗方法和技術）、固態材料結構分析、固態材料中的缺陷化學、固態電子結構與電子電導、固態離子輸運過程及其特性、無機離子導體材料、聚合物電解質、離子嵌入脫出反應、氧離子導體及混合導體、材料物理與化學性質的計算機模擬、固態電化學研究方法（包括一些新型的表征技術等）。本書可供相關學科科研與技術研發的科研工作者與工程技術人員參考，也可作為高校化學、物理、材料、化工、能源、環境等學科本科生或研究生的教學參考書。
固態電化學 內容簡介
1.《固態電化學》屬“十二五”國家重點圖書、國家科學技術學術著作出版基金資助出版。2.《固態電化學》作者在該學科領域成績突出，碩果累累。本書首次全面系統地闡述了固態電化學原理、方法及其在化學電源體系的應用，學術價值高，指導意義強。3.《固態電化學》除了介紹有關固態電化學的基礎知識體系應用外，還在材料結構分析，材料的電子/離子輸運過程及其材料的模擬計算分析等頗費筆墨，相信對于化學類研究生補充相關的基礎理論知識定有幫助。
固態電化學 目錄
第1章緒論
參考文獻6
第2章固態電極/電解質材料制備方法與技術
2.1氣相制備法8
2.1.1化學氣相沉積法8
2.1.2磁控濺射法12
2.1.3原子層沉積法14
2.2液相制備法16
2.2.1溶膠凝膠法16
2.2.2水熱/溶劑熱合成法20
2.2.3共沉淀法23
2.2.4熔鹽生長法25
2.3固相制備法26
2.3.1粉末固相法26
2.3.2燃燒法27
2.3.3機械合金法28
2.4球形顆粒制備方法29
2.4.1絡合沉淀生長法30
2.4.2噴霧干燥造粒法31
2.5相關實驗技術33
2.5.1高溫技術33
2.5.2氣氛控制34
2.5.3分離與純化技術35
參考文獻36
第3章固態材料結構基礎
3.1晶體的對稱38
3.1.1對稱要素39
3.1.2對稱要素組合定理和點群、空間群42
3.1.3晶體定向和符號46
3.1.4空間格子48
3.2晶體化學51
3.2.1化學鍵51
3.2.2緊密堆積原理53
3.2.3鮑林法則54
3.2.4常見結構現象55
3.2.5晶體場理論57
3.3晶體結構60
3.3.1典型晶體結構60
3.3.2常見鋰電池材料相關晶體結構78
3.4X射線衍射技術86
3.4.1連續X射線和特征X射線86
3.4.2X射線衍射波長的選擇92
3.4.3倒易格子和反射球96
3.4.4影響X射線衍射強度的各種因素98
3.5結構表征101
3.5.1X射線物相分析101
3.5.2粉末衍射圖譜的指標化102
3.5.3空間群的確定106
3.5.4粉末X射線衍射法晶體結構的測定110
3.5.5CIF數據文件113
參考文獻116
第4章缺陷化學基礎及其應用
4.1引言118
4.1.1缺陷形成能118
4.1.2缺陷的分類119
4.2點缺陷的分類和表示方法120
4.2.1本征缺陷120
4.2.2非本征缺陷（雜質缺陷）121
4.2.3非化學計量缺陷122
4.2.4缺陷締合與缺陷簇122
4.3點缺陷的表示方法123
4.3.1克羅格-明克符號123
4.3.2缺陷反應式的書寫原則124
4.4固溶體及補償機制125
4.4.1離子補償機制126
4.4.2電子補償機制128
4.5缺陷濃度的影響因素（分壓、摻雜等）130
4.5.1缺陷的形成與平衡130
4.5.2本征缺陷的缺陷反應與平衡130
4.5.3摻雜對缺陷濃度的影響131
4.5.4分壓對缺陷濃度的影響132
4.6缺陷表征方法133
4.6.1X射線粉末衍射（XRD）134
4.6.2密度測量135
4.6.3熱分析技術（DTA/DSC）136
4.6.4電子自旋共振136
4.6.5電子顯微技術137
4.7電化學相關材料中缺陷結構的分析實例138
4.7.1LiFePO4正極材料的缺陷化學138
4.7.2FePO4的缺陷化學139
參考文獻140
第5章固態電子結構和電子電導基礎
5.1能帶的概念141
5.2金屬、半導體、絕緣體、半金屬、half-metal144
5.3材料中原子的相互作用力、雜化軌道145
5.4電子有效質量、電子狀態密度149
5.5費米能級、費米分布函數151
5.6Jahn-Teller效應152
5.7電極材料中電子電導的經典理論153
5.8玻爾茲曼方程和金屬電導155
5.9納米材料的特性、非晶體、玻璃碳156
5.10表面電子態和界面態158
5.11鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性159
5.12典型鋰離子電池正極材料的電子結構160
5.12.1LiCoO2(R3-m)材料161
5.12.2LiMn2O4(Fd3-m)材料163
5.12.3LiFePO4(Pnma)材料165
5.12.4Li2FeSiO4(空間群P21/n)材料167
5.13典型鋰離子電池正極材料的電導169
參考文獻171
第6章固態離子輸運過程及其特性
6.1擴散的概念——布朗運動與擴散173
6.2描述擴散的理論模型Fick定律174
6.3固體中原子/離子擴散過程的基本分析176
6.4固體中離子擴散的機制178
6.5擴散的類型及特點180
6.6復雜體系及界面體系的離子擴散特征182
6.7電子電導與離子電導的特性與區分185
6.8固體中原子/離子擴散的相關因子186
6.9離子擴散過程的影響因素(溫度及壓力的影響)188
6.10外場作用下離子的擴散過程189
6.11固態離子擴散特性及其應用193
6.12離子擴散系數的測定與研究方法194
6.12.1示蹤原子法195
6.12.2同位素標記——二次離子質譜法196
6.12.3核磁共振技術196
6.12.4直流法測定電導率及離子擴散系數200
6.12.5交流阻抗方法202
6.13固態材料中離子電化學擴散系數的測定204
參考文獻206
第7章無機固體電解質材料及其應用
7.1無機固體Li 導體208
7.1.1LISICON型固體電解質209
7.1.2NASICION型固體電解質209
7.1.3鈣鈦礦型固體電解質211
7.1.4石榴石型固體電解質213
7.1.5硫化物固體電解質218
7.1.6其它類型的固體電解質221
7.2鈉離子導體材料222
7.2.1β-氧化鋁222
7.2.2NASICON材料224
7.2.3應用225
7.3無機質子導體材料229
7.3.1固體無機酸型質子導體230
7.3.2鈣鈦礦型氧化物質子導體231
7.3.3其它材料233
7.3.4應用235
參考文獻237
第8章聚合物電解質
8.1引言244
8.2聚合物電解質的分類及其特點244
8.3聚合物電解質的結構及離子輸運機理247
8.3.1PEO基聚合物電解質的結構247
8.3.2聚合物電解質中離子的輸運機理249
8.4全固態聚合物電解質252
8.4.1PEO體系252
8.4.2離子橡膠254
8.4.3其它基于E-O氧化乙烯單元的聚合物電解質254
8.5膠體電解質體系256
8.5.1增塑型聚合物電解質256
8.5.2膠體聚合物電解質257
8.6聚合物電解質的應用260
8.6.1在鋰離子電池上的應用260
8.6.2在鋰空氣電池上的應用260
8.6.3在電致變色器件中的應用261
8.6.4在超級電容器中的應用262
8.6.5在其它領域中的應用262
參考文獻262
第9章嵌脫反應與鋰離子電池
9.1引言266
9.2嵌入脫出反應熱力學267
9.2.1吉布斯相律267
9.2.2鋰離子的嵌入脫出熱力學267
9.2.3點陣氣體模型269
9.2.4影響嵌入脫出反應的因素271
9.3嵌入脫出反應動力學275
9.3.1離子在材料中的遷移表征276
9.3.2材料中的離子自擴散277
9.3.3離子濃度對擴散的影響277
9.3.4化學擴散系數的電化學測定方法280
9.4實用電極材料的嵌脫過程284
9.4.1石墨類電極材料284
9.4.2LiCoO2電極材料287
9.4.3三元電極材料290
9.4.4LiMn2O4電極材料294
9.4.5LiFePO4電極材料296
9.4.6Li4Ti5O12電極材料299
參考文獻302
第10章氧離子導體及其應用
10.1引言308
10.2氧離子導體結構及傳輸特性308
10.2.1螢石結構材料309
10.2.2氧缺陷鈣鈦礦結構氧化物314
10.2.3鉬酸鑭（La2Mo2O9）基氧化物320
10.2.4磷灰石結構固體電解質321
10.3氧離子導體的應用322
10.3.1固體氧化物燃料電池322
10.3.2致密陶瓷透氧膜反應器329
10.3.3氧傳感器333
參考文獻336
第11章鋰離子電池電極材料的理論模擬
11.1材料模擬計算的理論基礎343
11.2密度泛函理論344
11.2.1Kohn-Sham方程344
11.2.2局域密度近似和廣義梯度近似345
11.2.3Kohn-Sham方程的解法346
11.2.4總能量349
11.3經典分子動力學和Car-Parrinello方法349
11.4鋰離子電池電極材料電壓平臺的計算351
11.5鋰離子脫嵌過程中的相穩定性及結構演化353
11.6材料相變的理論描述355
11.7電極材料的穩定性分析357
11.8電極材料中的離子遷移360
11.9電極材料的結構預測方法362
11.9.1結構單元網絡搜索方法362
11.9.2用于晶體結構預測的自適應的遺傳算法363
11.9.3基于材料中“結構單元”的結構預測方法366
參考文獻366
第12章固態電極/電解質材料的表征技術
12.1電化學表征技術368
12.1.1循環伏安（CV）法368
12.1.2交流阻抗（AC）法370
12.1.3恒電流間歇滴定（GITT）法374
12.2光子衍射技術378
12.2.1X射線衍射技術378
12.2.2中子衍射技術383
12.3高分辨掃描電鏡及透射電鏡技術386
12.3.1高分辨掃描電鏡386
12.3.2高分辨率透射電鏡技術387
12.4熱分析396
12.4.1熱分析方法介紹396
12.4.2熱分析實驗條件選擇397
12.4.3熱分析方法在鋰離子電池體系中的應用398
12.5微分電化學質譜401
12.5.1DEMS介紹401
12.5.2DEMS應用402
12.6固體核磁共振波譜技術406
12.6.1固體核磁共振介紹406
12.6.2固體核磁共振在鋰離子電池材料微觀結構分析中的應用408
12.6.3動力學研究412
12.6.4核磁共振成像（NMRI）技術416
12.7掃描微探針技術416
12.7.1掃描隧道顯微鏡(STM)416
12.7.2原子力顯微鏡(AFM)424
12.8原位紅外和拉曼光譜技術429
12.8.1電化學原位紅外光譜簡介429
12.8.2電化學原位拉曼光譜簡介430
12.8.3原位紅外和拉曼光譜技術在鋰離子電池中的應用431
參考文獻435
索引443
參考文獻6
第2章固態電極/電解質材料制備方法與技術
2.1氣相制備法8
2.1.1化學氣相沉積法8
2.1.2磁控濺射法12
2.1.3原子層沉積法14
2.2液相制備法16
2.2.1溶膠凝膠法16
2.2.2水熱/溶劑熱合成法20
2.2.3共沉淀法23
2.2.4熔鹽生長法25
2.3固相制備法26
2.3.1粉末固相法26
2.3.2燃燒法27
2.3.3機械合金法28
2.4球形顆粒制備方法29
2.4.1絡合沉淀生長法30
2.4.2噴霧干燥造粒法31
2.5相關實驗技術33
2.5.1高溫技術33
2.5.2氣氛控制34
2.5.3分離與純化技術35
參考文獻36
第3章固態材料結構基礎
3.1晶體的對稱38
3.1.1對稱要素39
3.1.2對稱要素組合定理和點群、空間群42
3.1.3晶體定向和符號46
3.1.4空間格子48
3.2晶體化學51
3.2.1化學鍵51
3.2.2緊密堆積原理53
3.2.3鮑林法則54
3.2.4常見結構現象55
3.2.5晶體場理論57
3.3晶體結構60
3.3.1典型晶體結構60
3.3.2常見鋰電池材料相關晶體結構78
3.4X射線衍射技術86
3.4.1連續X射線和特征X射線86
3.4.2X射線衍射波長的選擇92
3.4.3倒易格子和反射球96
3.4.4影響X射線衍射強度的各種因素98
3.5結構表征101
3.5.1X射線物相分析101
3.5.2粉末衍射圖譜的指標化102
3.5.3空間群的確定106
3.5.4粉末X射線衍射法晶體結構的測定110
3.5.5CIF數據文件113
參考文獻116
第4章缺陷化學基礎及其應用
4.1引言118
4.1.1缺陷形成能118
4.1.2缺陷的分類119
4.2點缺陷的分類和表示方法120
4.2.1本征缺陷120
4.2.2非本征缺陷（雜質缺陷）121
4.2.3非化學計量缺陷122
4.2.4缺陷締合與缺陷簇122
4.3點缺陷的表示方法123
4.3.1克羅格-明克符號123
4.3.2缺陷反應式的書寫原則124
4.4固溶體及補償機制125
4.4.1離子補償機制126
4.4.2電子補償機制128
4.5缺陷濃度的影響因素（分壓、摻雜等）130
4.5.1缺陷的形成與平衡130
4.5.2本征缺陷的缺陷反應與平衡130
4.5.3摻雜對缺陷濃度的影響131
4.5.4分壓對缺陷濃度的影響132
4.6缺陷表征方法133
4.6.1X射線粉末衍射（XRD）134
4.6.2密度測量135
4.6.3熱分析技術（DTA/DSC）136
4.6.4電子自旋共振136
4.6.5電子顯微技術137
4.7電化學相關材料中缺陷結構的分析實例138
4.7.1LiFePO4正極材料的缺陷化學138
4.7.2FePO4的缺陷化學139
參考文獻140
第5章固態電子結構和電子電導基礎
5.1能帶的概念141
5.2金屬、半導體、絕緣體、半金屬、half-metal144
5.3材料中原子的相互作用力、雜化軌道145
5.4電子有效質量、電子狀態密度149
5.5費米能級、費米分布函數151
5.6Jahn-Teller效應152
5.7電極材料中電子電導的經典理論153
5.8玻爾茲曼方程和金屬電導155
5.9納米材料的特性、非晶體、玻璃碳156
5.10表面電子態和界面態158
5.11鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性159
5.12典型鋰離子電池正極材料的電子結構160
5.12.1LiCoO2(R3-m)材料161
5.12.2LiMn2O4(Fd3-m)材料163
5.12.3LiFePO4(Pnma)材料165
5.12.4Li2FeSiO4(空間群P21/n)材料167
5.13典型鋰離子電池正極材料的電導169
參考文獻171
第6章固態離子輸運過程及其特性
6.1擴散的概念——布朗運動與擴散173
6.2描述擴散的理論模型Fick定律174
6.3固體中原子/離子擴散過程的基本分析176
6.4固體中離子擴散的機制178
6.5擴散的類型及特點180
6.6復雜體系及界面體系的離子擴散特征182
6.7電子電導與離子電導的特性與區分185
6.8固體中原子/離子擴散的相關因子186
6.9離子擴散過程的影響因素(溫度及壓力的影響)188
6.10外場作用下離子的擴散過程189
6.11固態離子擴散特性及其應用193
6.12離子擴散系數的測定與研究方法194
6.12.1示蹤原子法195
6.12.2同位素標記——二次離子質譜法196
6.12.3核磁共振技術196
6.12.4直流法測定電導率及離子擴散系數200
6.12.5交流阻抗方法202
6.13固態材料中離子電化學擴散系數的測定204
參考文獻206
第7章無機固體電解質材料及其應用
7.1無機固體Li 導體208
7.1.1LISICON型固體電解質209
7.1.2NASICION型固體電解質209
7.1.3鈣鈦礦型固體電解質211
7.1.4石榴石型固體電解質213
7.1.5硫化物固體電解質218
7.1.6其它類型的固體電解質221
7.2鈉離子導體材料222
7.2.1β-氧化鋁222
7.2.2NASICON材料224
7.2.3應用225
7.3無機質子導體材料229
7.3.1固體無機酸型質子導體230
7.3.2鈣鈦礦型氧化物質子導體231
7.3.3其它材料233
7.3.4應用235
參考文獻237
第8章聚合物電解質
8.1引言244
8.2聚合物電解質的分類及其特點244
8.3聚合物電解質的結構及離子輸運機理247
8.3.1PEO基聚合物電解質的結構247
8.3.2聚合物電解質中離子的輸運機理249
8.4全固態聚合物電解質252
8.4.1PEO體系252
8.4.2離子橡膠254
8.4.3其它基于E-O氧化乙烯單元的聚合物電解質254
8.5膠體電解質體系256
8.5.1增塑型聚合物電解質256
8.5.2膠體聚合物電解質257
8.6聚合物電解質的應用260
8.6.1在鋰離子電池上的應用260
8.6.2在鋰空氣電池上的應用260
8.6.3在電致變色器件中的應用261
8.6.4在超級電容器中的應用262
8.6.5在其它領域中的應用262
參考文獻262
第9章嵌脫反應與鋰離子電池
9.1引言266
9.2嵌入脫出反應熱力學267
9.2.1吉布斯相律267
9.2.2鋰離子的嵌入脫出熱力學267
9.2.3點陣氣體模型269
9.2.4影響嵌入脫出反應的因素271
9.3嵌入脫出反應動力學275
9.3.1離子在材料中的遷移表征276
9.3.2材料中的離子自擴散277
9.3.3離子濃度對擴散的影響277
9.3.4化學擴散系數的電化學測定方法280
9.4實用電極材料的嵌脫過程284
9.4.1石墨類電極材料284
9.4.2LiCoO2電極材料287
9.4.3三元電極材料290
9.4.4LiMn2O4電極材料294
9.4.5LiFePO4電極材料296
9.4.6Li4Ti5O12電極材料299
參考文獻302
第10章氧離子導體及其應用
10.1引言308
10.2氧離子導體結構及傳輸特性308
10.2.1螢石結構材料309
10.2.2氧缺陷鈣鈦礦結構氧化物314
10.2.3鉬酸鑭（La2Mo2O9）基氧化物320
10.2.4磷灰石結構固體電解質321
10.3氧離子導體的應用322
10.3.1固體氧化物燃料電池322
10.3.2致密陶瓷透氧膜反應器329
10.3.3氧傳感器333
參考文獻336
第11章鋰離子電池電極材料的理論模擬
11.1材料模擬計算的理論基礎343
11.2密度泛函理論344
11.2.1Kohn-Sham方程344
11.2.2局域密度近似和廣義梯度近似345
11.2.3Kohn-Sham方程的解法346
11.2.4總能量349
11.3經典分子動力學和Car-Parrinello方法349
11.4鋰離子電池電極材料電壓平臺的計算351
11.5鋰離子脫嵌過程中的相穩定性及結構演化353
11.6材料相變的理論描述355
11.7電極材料的穩定性分析357
11.8電極材料中的離子遷移360
11.9電極材料的結構預測方法362
11.9.1結構單元網絡搜索方法362
11.9.2用于晶體結構預測的自適應的遺傳算法363
11.9.3基于材料中“結構單元”的結構預測方法366
參考文獻366
第12章固態電極/電解質材料的表征技術
12.1電化學表征技術368
12.1.1循環伏安（CV）法368
12.1.2交流阻抗（AC）法370
12.1.3恒電流間歇滴定（GITT）法374
12.2光子衍射技術378
12.2.1X射線衍射技術378
12.2.2中子衍射技術383
12.3高分辨掃描電鏡及透射電鏡技術386
12.3.1高分辨掃描電鏡386
12.3.2高分辨率透射電鏡技術387
12.4熱分析396
12.4.1熱分析方法介紹396
12.4.2熱分析實驗條件選擇397
12.4.3熱分析方法在鋰離子電池體系中的應用398
12.5微分電化學質譜401
12.5.1DEMS介紹401
12.5.2DEMS應用402
12.6固體核磁共振波譜技術406
12.6.1固體核磁共振介紹406
12.6.2固體核磁共振在鋰離子電池材料微觀結構分析中的應用408
12.6.3動力學研究412
12.6.4核磁共振成像（NMRI）技術416
12.7掃描微探針技術416
12.7.1掃描隧道顯微鏡(STM)416
12.7.2原子力顯微鏡(AFM)424
12.8原位紅外和拉曼光譜技術429
12.8.1電化學原位紅外光譜簡介429
12.8.2電化學原位拉曼光譜簡介430
12.8.3原位紅外和拉曼光譜技術在鋰離子電池中的應用431
參考文獻435
索引443
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固態電化學 作者簡介
楊勇，教授/博導，主要研究方向為能源電化學，材料物理化學與表面物理化學。近年研究工作主要側重在研究新型鋰離子電池電極材料及其表面性能、納米半導體與納米電極材料、復合聚合物電解質材料及其電極/電解質固/固界面性能的研究。目前主持在研承擔國家973計劃課題及國防973子專題等多項科研項目。
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