固态电化学

第1章绪论 参考文献6第2章固态电极/电解质材料制备方法与技术 2.1气相制备法82.1.1化学气相沉积法82.1.2磁控溅射法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202.2.3共沉淀法232.2.4熔盐生长法252.3固相制备法262.3.1粉末固相法262.3.2燃烧法272.3.3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533.2.3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射线衍射技术863.4.1连续X射线和特征X射线863.4.2X射线衍射波长的选择923.4.3倒易格子和反射球963.4.4影响X射线衍射强度的各种因素983.5结构表征1013.5.1X射线物相分析1013.5.2粉末衍射图谱的指标化1023.5.3空间群的确定1063.5.4粉末X射线衍射法晶体结构的测定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）1214.2.3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1234.3.1克罗格-明克符号1234.3.2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电子补偿机制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射线粉末衍射（XRD）1344.6.2密度测量1354.6.3热分析技术（DTA/DSC）1364.6.4电子自旋共振1364.6.5电子显微技术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章固态电子结构和电子电导基础 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电子有效质量、电子状态密度1495.5费米能级、费米分布函数1515.6Jahn-Teller效应1525.7电极材料中电子电导的经典理论1535.8玻尔兹曼方程和金属电导1555.9纳米材料的特性、非晶体、玻璃碳1565.10表面电子态和界面态1585.11铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性1595.12典型锂离子电池正极材料的电子结构1605.12.1LiCoO2(R3-m)材料1615.12.2LiMn2O4(Fd3-m)材料1635.12.3LiFePO4(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性 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电子电导与离子电导的特性与区分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固态离子扩散特性及其应用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1966.12.3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其它类型的固体电解质2217.2钠离子导体材料2227.2.1β-氧化铝2227.2.2NASICON材料2247.2.3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2307.3.2钙钛矿型氧化物质子导体2317.3.3其它材料2337.3.4应用235参考文献237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其它基于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在超级电容器中的应用2628.6.5在其它领域中的应用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2679.2.3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302第10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性30810.2.1萤石结构材料30910.2.2氧缺陷钙钛矿结构氧化物31410.2.3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336第11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34511.2.3Kohn-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性及结构演化35311.6材料相变的理论描述35511.7电极材料的稳定性分析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366第12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光子衍射技术37812.2.1X射线衍射技术37812.2.2中子衍射技术38312.3高分辨扫描电镜及透射电镜技术38612.3.1高分辨扫描电镜38612.3.2高分辨率透射电镜技术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电化学原位红外光谱简介42912.8.2电化学原位拉曼光谱简介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