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第1章 绪论 6

参考文献 6

第2章 固态电极／电解质材料制备方法与技术 8

2.1 气相制备法 8

2.1.1 化学气相沉积法 8

2.1.2 磁控溅射法 12

2.1.3 原子层沉积法 14

2.2 液相制备法 16

2.2.1 溶胶凝胶法 16

2.2.2 水热／溶剂热合成法 20

2.2.3 共沉淀法 23

2.2.4 熔盐生长法 25

2.3 固相制备法 26

2.3.1 粉末固相法 26

2.3.2 燃烧法 27

2.3.3 机械合金法 28

2.4 球形颗粒制备方法 29

2.4.1 络合沉淀生长法 30

2.4.2 喷雾干燥造粒法 31

2.5 相关实验技术 33

2.5.1 高温技术 33

2.5.2 气氛控制 34

2.5.3 分离与纯化技术 35

参考文献 36

第3章 固态材料结构基础 38

3.1 晶体的对称 38

3.1.1 对称要素 39

3.1.2 对称要素组合定理和点群、空间群 42

3.1.3 晶体定向和符号 46

3.1.4 空间格子 48

3.2 晶体化学 51

3.2.1 化学键 51

3.2.2 紧密堆积原理 53

3.2.3 鲍林法则 54

3.2.4 常见结构现象 55

3.2.5 晶体场理论 57

3.3 晶体结构 60

3.3.1 典型晶体结构 60

3.3.2 常见锂电池材料相关晶体结构 78

3.4 X射线衍射技术 86

3.4.1 连续X射线和特征X射线 86

3.4.2 X射线衍射波长的选择 92

3.4.3 倒易格子和反射球 96

3.4.4 影响X射线衍射强度的各种因素 98

3.5 结构表征 101

3.5.1 X射线物相分析 101

3.5.2 粉末衍射图谱的指标化 102

3.5.3 空间群的确定 106

3.5.4 粉末X射线衍射法晶体结构的测定 110

3.5.5 CIF数据文件 113

参考文献 116

第4章 缺陷化学基础及其应用 118

4.1 引言 118

4.1.1 缺陷形成能 118

4.1.2 缺陷的分类 119

4.2 点缺陷的分类和表示方法 120

4.2.1 本征缺陷 120

4.2.2 非本征缺陷（杂质缺陷） 121

4.2.3 非化学计量缺陷 122

4.2.4 缺陷缔合与缺陷簇 122

4.3 点缺陷的表示方法 123

4.3.1 克罗格-明克符号 123

4.3.2 缺陷反应式的书写原则 124

4.4 固溶体及补偿机制 125

4.4.1 离子补偿机制 126

4.4.2 电子补偿机制 128

4.5 缺陷浓度的影响因素（分压、掺杂等） 130

4.5.1 缺陷的形成与平衡 130

4.5.2 本征缺陷的缺陷反应与平衡 130

4.5.3 掺杂对缺陷浓度的影响 131

4.5.4 分压对缺陷浓度的影响 132

4.6 缺陷表征方法 133

4.6.1 X射线粉末衍射（XRD） 134

4.6.2 密度测量 135

4.6.3 热分析技术（DTA/DSC） 136

4.6.4 电子自旋共振 136

4.6.5 电子显微技术 137

4.7 电化学相关材料中缺陷结构的分析实例 138

4.7.1 LiFePO4正极材料的缺陷化学 138

4.7.2 FePO4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 141

5.1 能带的概念 141

5.2 金属、半导体、绝缘体、半金属、half-metal 144

5.3 材料中原子的相互作用力、杂化轨道 145

5.4 电子有效质量、电子状态密度 149

5.5 费米能级、费米分布函数 151

5.6 Jahn-Teller效应 152

5.7 电极材料中电子电导的经典理论 153

5.8 玻尔兹曼方程和金属电导 155

5.9 纳米材料的特性、非晶体、玻璃碳 156

5.10 表面电子态和界面态 158

5.11 铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性 159

5.12 典型锂离子电池正极材料的电子结构 160

5.12.1 LiCoO2（R3m）材料 161

5.12.2 LiMn2O4（Fd3m）材料 163

5.12.3 LiFePO4（Pnma）材料 165

5.12.4 Li2FeSiO4（空间群P21/n）材料 167

5.13 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 173

6.1 扩散的概念——布朗运动与扩散 173

6.2 描述扩散的理论模型Fick定律 174

6.3 固体中原子／离子扩散过程的基本分析 176

6.4 固体中离子扩散的机制 178

6.5 扩散的类型及特点 180

6.6 复杂体系及界面体系的离子扩散特征 182

6.7 电子电导与离子电导的特性与区分 185

6.8 固体中原子／离子扩散的相关因子 186

6.9 离子扩散过程的影响因素（温度及压力的影响） 188

6.10 外场作用下离子的扩散过程 189

6.11 固态离子扩散特性及其应用 193

6.12 离子扩散系数的测定与研究方法 194

6.12.1 示踪原子法 195

6.12.2 同位素标记——二次离子质谱法 196

6.12.3 核磁共振技术 196

6.12.4 直流法测定电导率及离子扩散系数 200

6.12.5 交流阻抗方法 202

6.13 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 208

7.1 无机固体Li＋导体 208

7.1.1 LISICON型固体电解质 209

7.1.2 NASICION型固体电解质 209

7.1.3 钙钛矿型固体电解质 211

7.1.4 石榴石型固体电解质 213

7.1.5 硫化物固体电解质 218

7.1.6 其它类型的固体电解质 221

7.2 钠离子导体材料 222

7.2.1 β-氧化铝 222

7.2.2 NASICON材料 224

7.2.3 应用 225

7.3 无机质子导体材料 229

7.3.1 固体无机酸型质子导体 230

7.3.2 钙钛矿型氧化物质子导体 231

7.3.3 其它材料 233

7.3.4 应用 235

参考文献 237

第8章 聚合物电解质 244

8.1 引言 244

8.2 聚合物电解质的分类及其特点 244

8.3 聚合物电解质的结构及离子输运机理 247

8.3.1 PEO基聚合物电解质的结构 247

8.3.2 聚合物电解质中离子的输运机理 249

8.4 全固态聚合物电解质 252

8.4.1 PEO体系 252

8.4.2 离子橡胶 254

8.4.3 其它基于E-O氧化乙烯单元的聚合物电解质 254

8.5 胶体电解质体系 256

8.5.1 增塑型聚合物电解质 256

8.5.2 胶体聚合物电解质 257

8.6 聚合物电解质的应用 260

8.6.1 在锂离子电池上的应用 260

8.6.2 在锂空气电池上的应用 260

8.6.3 在电致变色器件中的应用 261

8.6.4 在超级电容器中的应用 262

8.6.5 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 266

9.1 引言 266

9.2 嵌入脱出反应热力学 267

9.2.1 吉布斯相律 267

9.2.2 锂离子的嵌入脱出热力学 267

9.2.3 点阵气体模型 269

9.2.4 影响嵌入脱出反应的因素 271

9.3 嵌入脱出反应动力学 275

9.3.1 离子在材料中的迁移表征 276

9.3.2 材料中的离子自扩散 277

9.3.3 离子浓度对扩散的影响 277

9.3.4 化学扩散系数的电化学测定方法 280

9.4 实用电极材料的嵌脱过程 284

9.4.1 石墨类电极材料 284

9.4.2 LiCoO2电极材料 287

9.4.3 三元电极材料 290

9.4.4 LiMn2O4电极材料 294

9.4.5 LiFePO4电极材料 296

9.4.6 Li4Ti5O12电极材料 299

参考文献 302

第10章 氧离子导体及其应用 308

10.1 引言 308

10.2 氧离子导体结构及传输特性 308

10.2.1 萤石结构材料 309

10.2.2 氧缺陷钙钛矿结构氧化物 314

10.2.3 钼酸镧（La2Mo2O9）基氧化物 320

10.2.4 磷灰石结构固体电解质 321

10.3 氧离子导体的应用 322

10.3.1 固体氧化物燃料电池 322

10.3.2 致密陶瓷透氧膜反应器 329

10.3.3 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 343

11.1 材料模拟计算的理论基础 343

11.2 密度泛函理论 344

11.2.1 Kohn-Sham方程 344

11.2.2 局域密度近似和广义梯度近似 345

11.2.3 Kohn-Sham方程的解法 346

11.2.4 总能量 349

11.3 经典分子动力学和Car-Parrinello方法 349

11.4 锂离子电池电极材料电压平台的计算 351

11.5 锂离子脱嵌过程中的相稳定性及结构演化 353

11.6 材料相变的理论描述 355

11.7 电极材料的稳定性分析 357

11.8 电极材料中的离子迁移 360

11.9 电极材料的结构预测方法 362

11.9.1 结构单元网络搜索方法 362

11.9.2 用于晶体结构预测的自适应的遗传算法 363

11.9.3 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 368

12.1 电化学表征技术 368

12.1.1 循环伏安（CV）法 368

12.1.2 交流阻抗（AC）法 370

12.1.3 恒电流间歇滴定（GITT）法 374

12.2 光子衍射技术 378

12.2.1 X射线衍射技术 378

12.2.2 中子衍射技术 383

12.3 高分辨扫描电镜及透射电镜技术 386

12.3.1 高分辨扫描电镜 386

12.3.2 高分辨率透射电镜技术 387

12.4 热分析 396

12.4.1 热分析方法介绍 396

12.4.2 热分析实验条件选择 397

12.4.3 热分析方法在锂离子电池体系中的应用 398

12.5 微分电化学质谱 401

12.5.1 DEMS介绍 401

12.5.2 DEMS应用 402

12.6 固体核磁共振波谱技术 406

12.6.1 固体核磁共振介绍 406

12.6.2 固体核磁共振在锂离子电池材料微观结构分析中的应用 408

12.6.3 动力学研究 412

12.6.4 核磁共振成像（NMRI）技术 416

12.7 扫描微探针技术 416

12.7.1 扫描隧道显微镜（STM） 416

12.7.2 原子力显微镜（AFM） 424

12.8 原位红外和拉曼光谱技术 429

12.8.1 电化学原位红外光谱简介 429

12.8.2 电化学原位拉曼光谱简介 430

12.8.3 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