固態(tài)電化學(xué)

第1章緒論 參考文獻(xiàn)6第2章固態(tài)電極/電解質(zhì)材料制備方法與技術(shù) 2.1氣相制備法82.1.1化學(xué)氣相沉積法82.1.2磁控濺射法122.1.3原子層沉積法142.2液相制備法162.2.1溶膠凝膠法162.2.2水熱/溶劑熱合成法202.2.3共沉淀法232.2.4熔鹽生長(zhǎng)法252.3固相制備法262.3.1粉末固相法262.3.2燃燒法272.3.3機(jī)械合金法282.4球形顆粒制備方法292.4.1絡(luò)合沉淀生長(zhǎng)法302.4.2噴霧干燥造粒法312.5相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)332.5.1高溫技術(shù)332.5.2氣氛控制342.5.3分離與純化技術(shù)35參考文獻(xiàn)36第3章固態(tài)材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 3.1晶體的對(duì)稱383.1.1對(duì)稱要素393.1.2對(duì)稱要素組合定理和點(diǎn)群、空間群423.1.3晶體定向和符號(hào)463.1.4空間格子483.2晶體化學(xué)513.2.1化學(xué)鍵513.2.2緊密堆積原理533.2.3鮑林法則543.2.4常見結(jié)構(gòu)現(xiàn)象553.2.5晶體場(chǎng)理論573.3晶體結(jié)構(gòu)603.3.1典型晶體結(jié)構(gòu)603.3.2常見鋰電池材料相關(guān)晶體結(jié)構(gòu)783.4X射線衍射技術(shù)863.4.1連續(xù)X射線和特征X射線863.4.2X射線衍射波長(zhǎng)的選擇923.4.3倒易格子和反射球963.4.4影響X射線衍射強(qiáng)度的各種因素983.5結(jié)構(gòu)表征1013.5.1X射線物相分析1013.5.2粉末衍射圖譜的指標(biāo)化1023.5.3空間群的確定1063.5.4粉末X射線衍射法晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定1103.5.5CIF數(shù)據(jù)文件113參考文獻(xiàn)116第4章缺陷化學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用 4.1引言1184.1.1缺陷形成能1184.1.2缺陷的分類1194.2點(diǎn)缺陷的分類和表示方法1204.2.1本征缺陷1204.2.2非本征缺陷（雜質(zhì)缺陷）1214.2.3非化學(xué)計(jì)量缺陷1224.2.4缺陷締合與缺陷簇1224.3點(diǎn)缺陷的表示方法1234.3.1克羅格-明克符號(hào)1234.3.2缺陷反應(yīng)式的書寫原則1244.4固溶體及補(bǔ)償機(jī)制1254.4.1離子補(bǔ)償機(jī)制1264.4.2電子補(bǔ)償機(jī)制1284.5缺陷濃度的影響因素（分壓、摻雜等）1304.5.1缺陷的形成與平衡1304.5.2本征缺陷的缺陷反應(yīng)與平衡1304.5.3摻雜對(duì)缺陷濃度的影響1314.5.4分壓對(duì)缺陷濃度的影響1324.6缺陷表征方法1334.6.1X射線粉末衍射（XRD）1344.6.2密度測(cè)量1354.6.3熱分析技術(shù)（DTA/DSC）1364.6.4電子自旋共振1364.6.5電子顯微技術(shù)1374.7電化學(xué)相關(guān)材料中缺陷結(jié)構(gòu)的分析實(shí)例1384.7.1LiFePO4正極材料的缺陷化學(xué)1384.7.2FePO4的缺陷化學(xué)139參考文獻(xiàn)140第5章固態(tài)電子結(jié)構(gòu)和電子電導(dǎo)基礎(chǔ) 5.1能帶的概念1415.2金屬、半導(dǎo)體、絕緣體、半金屬、half-metal1445.3材料中原子的相互作用力、雜化軌道1455.4電子有效質(zhì)量、電子狀態(tài)密度1495.5費(fèi)米能級(jí)、費(fèi)米分布函數(shù)1515.6Jahn-Teller效應(yīng)1525.7電極材料中電子電導(dǎo)的經(jīng)典理論1535.8玻爾茲曼方程和金屬電導(dǎo)1555.9納米材料的特性、非晶體、玻璃碳1565.10表面電子態(tài)和界面態(tài)1585.11鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性1595.12典型鋰離子電池正極材料的電子結(jié)構(gòu)1605.12.1LiCoO2(R3-m)材料1615.12.2LiMn2O4(Fd3-m)材料1635.12.3LiFePO4(Pnma)材料1655.12.4Li2FeSiO4(空間群P21/n)材料1675.13典型鋰離子電池正極材料的電導(dǎo)169參考文獻(xiàn)171第6章固態(tài)離子輸運(yùn)過程及其特性 6.1擴(kuò)散的概念——布朗運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散1736.2描述擴(kuò)散的理論模型Fick定律1746.3固體中原子/離子擴(kuò)散過程的基本分析1766.4固體中離子擴(kuò)散的機(jī)制1786.5擴(kuò)散的類型及特點(diǎn)1806.6復(fù)雜體系及界面體系的離子擴(kuò)散特征1826.7電子電導(dǎo)與離子電導(dǎo)的特性與區(qū)分1856.8固體中原子/離子擴(kuò)散的相關(guān)因子1866.9離子擴(kuò)散過程的影響因素(溫度及壓力的影響)1886.10外場(chǎng)作用下離子的擴(kuò)散過程1896.11固態(tài)離子擴(kuò)散特性及其應(yīng)用1936.12離子擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定與研究方法1946.12.1示蹤原子法1956.12.2同位素標(biāo)記——二次離子質(zhì)譜法1966.12.3核磁共振技術(shù)1966.12.4直流法測(cè)定電導(dǎo)率及離子擴(kuò)散系數(shù)2006.12.5交流阻抗方法2026.13固態(tài)材料中離子電化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定204參考文獻(xiàn)206第7章無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)材料及其應(yīng)用 7.1無(wú)機(jī)固體Li+導(dǎo)體2087.1.1LISICON型固體電解質(zhì)2097.1.2NASICION型固體電解質(zhì)2097.1.3鈣鈦礦型固體電解質(zhì)2117.1.4石榴石型固體電解質(zhì)2137.1.5硫化物固體電解質(zhì)2187.1.6其它類型的固體電解質(zhì)2217.2鈉離子導(dǎo)體材料2227.2.1β-氧化鋁2227.2.2NASICON材料2247.2.3應(yīng)用2257.3無(wú)機(jī)質(zhì)子導(dǎo)體材料2297.3.1固體無(wú)機(jī)酸型質(zhì)子導(dǎo)體2307.3.2鈣鈦礦型氧化物質(zhì)子導(dǎo)體2317.3.3其它材料2337.3.4應(yīng)用235參考文獻(xiàn)237第8章聚合物電解質(zhì) 8.1引言2448.2聚合物電解質(zhì)的分類及其特點(diǎn)2448.3聚合物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)及離子輸運(yùn)機(jī)理2478.3.1PEO基聚合物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)2478.3.2聚合物電解質(zhì)中離子的輸運(yùn)機(jī)理2498.4全固態(tài)聚合物電解質(zhì)2528.4.1PEO體系2528.4.2離子橡膠2548.4.3其它基于E-O氧化乙烯單元的聚合物電解質(zhì)2548.5膠體電解質(zhì)體系2568.5.1增塑型聚合物電解質(zhì)2568.5.2膠體聚合物電解質(zhì)2578.6聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用2608.6.1在鋰離子電池上的應(yīng)用2608.6.2在鋰空氣電池上的應(yīng)用2608.6.3在電致變色器件中的應(yīng)用2618.6.4在超級(jí)電容器中的應(yīng)用2628.6.5在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用262參考文獻(xiàn)262第9章嵌脫反應(yīng)與鋰離子電池 9.1引言2669.2嵌入脫出反應(yīng)熱力學(xué)2679.2.1吉布斯相律2679.2.2鋰離子的嵌入脫出熱力學(xué)2679.2.3點(diǎn)陣氣體模型2699.2.4影響嵌入脫出反應(yīng)的因素2719.3嵌入脫出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2759.3.1離子在材料中的遷移表征2769.3.2材料中的離子自擴(kuò)散2779.3.3離子濃度對(duì)擴(kuò)散的影響2779.3.4化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)的電化學(xué)測(cè)定方法2809.4實(shí)用電極材料的嵌脫過程2849.4.1石墨類電極材料2849.4.2LiCoO2電極材料2879.4.3三元電極材料2909.4.4LiMn2O4電極材料2949.4.5LiFePO4電極材料2969.4.6Li4Ti5O12電極材料299參考文獻(xiàn)302第10章氧離子導(dǎo)體及其應(yīng)用 10.1引言30810.2氧離子導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及傳輸特性30810.2.1螢石結(jié)構(gòu)材料30910.2.2氧缺陷鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物31410.2.3鉬酸鑭（La2Mo2O9）基氧化物32010.2.4磷灰石結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)32110.3氧離子導(dǎo)體的應(yīng)用32210.3.1固體氧化物燃料電池32210.3.2致密陶瓷透氧膜反應(yīng)器32910.3.3氧傳感器333參考文獻(xiàn)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(jì)算的理論基礎(chǔ)34311.2密度泛函理論34411.2.1Kohn-Sham方程34411.2.2局域密度近似和廣義梯度近似34511.2.3Kohn-Sham方程的解法34611.2.4總能量34911.3經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)和Car-Parrinello方法34911.4鋰離子電池電極材料電壓平臺(tái)的計(jì)算35111.5鋰離子脫嵌過程中的相穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)演化35311.6材料相變的理論描述35511.7電極材料的穩(wěn)定性分析35711.8電極材料中的離子遷移36011.9電極材料的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法36211.9.1結(jié)構(gòu)單元網(wǎng)絡(luò)搜索方法36211.9.2用于晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的自適應(yīng)的遺傳算法36311.9.3基于材料中“結(jié)構(gòu)單元”的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法366參考文獻(xiàn)366第12章固態(tài)電極/電解質(zhì)材料的表征技術(shù) 12.1電化學(xué)表征技術(shù)36812.1.1循環(huán)伏安（CV）法36812.1.2交流阻抗（AC）法37012.1.3恒電流間歇滴定（GITT）法37412.2光子衍射技術(shù)37812.2.1X射線衍射技術(shù)37812.2.2中子衍射技術(shù)38312.3高分辨掃描電鏡及透射電鏡技術(shù)38612.3.1高分辨掃描電鏡38612.3.2高分辨率透射電鏡技術(shù)38712.4熱分析39612.4.1熱分析方法介紹39612.4.2熱分析實(shí)驗(yàn)條件選擇39712.4.3熱分析方法在鋰離子電池體系中的應(yīng)用39812.5微分電化學(xué)質(zhì)譜40112.5.1DEMS介紹40112.5.2DEMS應(yīng)用40212.6固體核磁共振波譜技術(shù)40612.6.1固體核磁共振介紹40612.6.2固體核磁共振在鋰離子電池材料微觀結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用40812.6.3動(dòng)力學(xué)研究41212.6.4核磁共振成像（NMRI）技術(shù)41612.7掃描微探針技術(shù)41612.7.1掃描隧道顯微鏡(STM)41612.7.2原子力顯微鏡(AFM)42412.8原位紅外和拉曼光譜技術(shù)42912.8.1電化學(xué)原位紅外光譜簡(jiǎn)介42912.8.2電化學(xué)原位拉曼光譜簡(jiǎn)介43012.8.3原位紅外和拉曼光譜技術(shù)在鋰離子電池中的應(yīng)用431參考文獻(xiàn)435索引443