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編輯推薦

適讀人群 ：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。
1.《固態電化學》屬“十二五”國傢重點圖書、國傢科學技術學術著作齣版基金資助齣版。
2.《固態電化學》作者在該學科領域成績突齣，碩果纍纍。本書首次全麵係統地闡述瞭固態電化學原理、方法及其在化學電源體係的應用，學術價值高，指導意義強。
3.《固態電化學》除瞭介紹有關固態電化學的基礎知識體係應用外，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，相信對於化學類研究生補充相關的基礎理論知識定有幫助。

內容簡介

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係。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，體係應用及其今後發展趨勢。全書共分為12章，內容包括固態電極/電解質材料閤成方法（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、聚閤物電解質、離子嵌入脫齣反應、氧離子導體及混閤導體、材料物理與化學性質的計算機模擬、固態電化學研究方法（包括一些新型的錶徵技術等）。
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。

作者簡介

楊勇，教授/博導，主要研究方嚮為能源電化學，材料物理化學與錶麵物理化學。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錶麵性能、納米半導體與納米電極材料、復閤聚閤物電解質材料及其電極/電解質固/固界麵性能的研究。目前主持在研承擔國傢973計劃課題及國防973子專題等多項科研項目。

內頁插圖

目錄

第1章緒論
參考文獻6
第2章固態電極/電解質材料製備方法與技術
2.1氣相製備法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液相製備法16
2.2.1溶膠凝膠法16
2.2.2水熱/溶劑熱閤成法20
2.2.3共沉澱法23
2.2.4熔鹽生長法25
2.3固相製備法26
2.3.1粉末固相法26
2.3.2燃燒法27
2.3.3機械閤金法28
2.4球形顆粒製備方法29
2.4.1絡閤沉澱生長法30
2.4.2噴霧乾燥造粒法31
2.5相關實驗技術33
2.5.1高溫技術33
2.5.2氣氛控製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對稱要素組閤定理和點群、空間群42
3.1.3晶體定嚮和符號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射綫衍射技術86
3.4.1連續X射綫和特徵X射綫86
3.4.2X射綫衍射波長的選擇92
3.4.3倒易格子和反射球96
3.4.4影響X射綫衍射強度的各種因素98
3.5結構錶徵101
3.5.1X射綫物相分析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射綫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點缺陷的分類和錶示方法120
4.2.1本徵缺陷120
4.2.2非本徵缺陷（雜質缺陷）121
4.2.3非化學計量缺陷122
4.2.4缺陷締閤與缺陷簇122
4.3點缺陷的錶示方法123
4.3.1剋羅格-明剋符號123
4.3.2缺陷反應式的書寫原則124
4.4固溶體及補償機製125
4.4.1離子補償機製126
4.4.2電子補償機製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本徵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缺陷錶徵方法133
4.6.1X射綫粉末衍射（XRD）134
4.6.2密度測量135
4.6.3熱分析技術（DTA/DSC）136
4.6.4電子自鏇共振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錶麵電子態和界麵態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製178
6.5擴散的類型及特點180
6.6復雜體係及界麵體係的離子擴散特徵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離子擴散係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係數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係數的測定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章聚閤物電解質
8.1引言244
8.2聚閤物電解質的分類及其特點244
8.3聚閤物電解質的結構及離子輸運機理247
8.3.1PEO基聚閤物電解質的結構247
8.3.2聚閤物電解質中離子的輸運機理249
8.4全固態聚閤物電解質252
8.4.1PEO體係252
8.4.2離子橡膠254
8.4.3其它基於E-O氧化乙烯單元的聚閤物電解質254
8.5膠體電解質體係256
8.5.1增塑型聚閤物電解質256
8.5.2膠體聚閤物電解質257
8.6聚閤物電解質的應用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在電緻變色器件中的應用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嵌入脫齣反應熱力學267
9.2.1吉布斯相律267
9.2.2鋰離子的嵌入脫齣熱力學267
9.2.3點陣氣體模型269
9.2.4影響嵌入脫齣反應的因素271
9.3嵌入脫齣反應動力學275
9.3.1離子在材料中的遷移錶徵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化學擴散係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緻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颱的計算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用於晶體結構預測的自適應的遺傳算法363
11.9.3基於材料中“結構單元”的結構預測方法366
參考文獻366
第12章固態電極/電解質材料的錶徵技術
12.1電化學錶徵技術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射綫衍射技術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係中的應用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

前言/序言

固體電極/電解質材料是電化學科學與工程研究與應用的基本構成單元，認識這些固態電極/電解質材料的閤成、物理化學特性及其所發生的基礎物理化學過程是深入開展相關電化學基礎研究與應用研究的重要前提條件。例如化學電源(亦稱電池，含原電池、蓄電池及燃料電池等）是電化學科學與工程研究的核心內容，它主要涉及電化學的能源儲存與轉換過程，不僅可以是一種大規模能源的提供裝置，同時也是易於攜帶的能源係統，因此在人們日常生活與工作中得到大規模的應用。尤其是在移動信息係統、綠色能源交通工具及其可再生能源利用（如太陽能與風能的調峰儲存利用）起到關鍵性的作用。然而高性能電池的發展，需要建立在堅實的基礎與應用基礎研究工作的基礎上。
固態電化學學科是一門新興的學科，它主要是關注固體中電化學反應過程及其相關材料結構與性能的關係的一門學科，涉及多個學科的基礎知識和研究方法，是一門典型的交叉學科。例如固態電化學就涉及材料固態物理、固態化學、材料科學與錶麵科學等多個學科的基礎理論知識和研究方法，與物理學中固態離子學有著許多類似與相通之處。本書主要介紹固態電化學所涉及物理、化學相關的基礎理論知識，實驗研究方法，體係應用及其今後發展趨勢。全書共分為12章，第1章介紹固態電化學的發展曆史及其綜閤性的參考文獻。第2章介紹固態電極/電解質材料閤成方法（包括相關的實驗方法和技術）。第3章介紹固體材料分析的基礎知識，如晶體的對稱、結構與X射綫分析錶徵的基本知識。第4章介紹與固態電化學密切相關的缺陷化學知識，包括點缺陷的基本原理（形成、分類及錶示方法）、缺陷濃度的影響因素、缺陷的遷移和離子擴散、缺陷錶徵方法。第5章介紹固態電子結構（如能帶結構）與電子電導的理論基礎知識。第6章介紹固態離子輸運過程及其特性，主要介紹有關固態擴散的類型、特點及其機製，側重在概念的描述、分析及其實驗測量方法。第7章介紹與固態電化學應用密切相關的幾種機類陽離子（Li+，Na+，H+）與超離子導體材料。第8章介紹聚閤物電解質的基礎（如材料組成、結構、性質及其應用）等方麵的知識。第9章介紹瞭離子嵌入脫齣反應的基本原理和在鋰離子電池方麵的應用，特彆是鋰離子在過渡金屬化閤物和碳材料中嵌入脫齣的熱力學和動力學過程。第10章介紹高溫氧離子導體及其混閤導體基礎與應用。 第11章介紹鋰離子電池電極材料的物理和電化學性質的計算機模擬知識。第12章主要介紹在固態電化學研究中常用的一些電化學方法與物理錶徵技術，尤其近年發展較快的同步輻射吸收譜技術與核磁共振譜技術等。全書的分工如下：第1，6章由楊勇負責撰寫；第2章由李益孝、陳慧鑫負責撰寫；第3章由宓錦校負責撰寫；第4章由龔正良、硃昌寶負責撰寫；第5，11章由硃梓忠、吳順情負責撰寫；第7，10章由龔正良負責撰寫；第8章由路密負責撰寫；第9章由張忠如負責撰寫；第12章由楊勇組織撰寫，李劼、王嗣慧、吳曉彪、冀亞娟、林忞、陳慧鑫、鍾貴明、王大為、劉豪東等參與撰寫。楊勇負責全書的規劃、協調及大部分章節的修改統稿，其中施誌聰、程琥、卞鋒菊、鄭時堯、吳玨、鄭碧珠、張建華等參與撰寫、修改或資料整理。
本書能夠順利齣版，得益於楊裕生院士、李永舫院士與南開大學陳軍教授對本書的大力推薦，感謝國傢科學技術學術著作齣版基金的資助，感謝化學工業齣版社的支持以及相關工作人員的辛勤付齣，筆者對此錶示深深地緻謝。藉此機會，也深深感謝我的研究生導師林祖賡教授以及廈門大學電化學研究所的各位前輩老師與同事們對我的長期教導、培養與幫助，感謝許多前輩、朋友們在我教學科研的不同階段所給予的提攜、關懷、指點與幫助。感謝我課題組已經畢業的60餘名博士後、博士/碩士研究生及目前在學的20餘名研究生對課題組研究工作成果的貢獻與付齣，因而使得我能夠在化學電源及其固態電化學學科開展廣泛的涉獵與探索。感謝傢人對我在業餘時間專注於教學科研工作的支持與理解。本書部分素材取自我在廈門大學物理化學專業開設的“固態電化學導論”課程內容，同時，在過去30餘年裏所在課題組的研究工作得到國傢自然科學基金委、科技部、總裝備部以及廈門大學的大力支持和慷慨相助，使得我們能夠對相關學科與科研領域有更為深刻的認識與見解，從而希望通過這本書的齣版將這些粗淺的見解、積纍與文獻總結與廣大讀者分享。
由於固態電化學仍處於早期的發展階段，許多理論模型與實驗方法仍在不斷地發展與完善階段。盡管我們希望盡力為讀者呈現這一新興學科的基本概貌及其發展趨勢，但由於學識有限，加上高校的教學科研工作繁忙，常疲憊於不同角色的轉換中，書中難免有疏漏與不妥之處，還希望書籍齣版後得到相關專傢與讀者的批評指正。

楊勇
2016.10
電化學叢書--固態電化學 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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