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目錄總序前言第一篇電池材料制備、表征及電化學行為第1章電池材料發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 3 1.1 電池材料的發(fā)展歷史 3 1.2 電池材料的研究現(xiàn)狀 5 參考文獻 15 第2章納米電池材料制備技術 17 2.1 納米電池材料 17 2.1.1 零維納米材料 17 2.1.2 一維納米材料 19 2.1.3 二維納米材料 22 2.1.4 多孔材料 27 2.1.5 核殼結構材料 28 2.2 納米電池材料的制備原理 30 2.2.1 化學反應原理簡介 30 2.2.2 零維納米材料制備原理 33 2.2.3 一維納米材料制備原理 38 2.2.4 二維納米材料制備原理 41 2.2.5 納米顆粒的形貌控制 43 2.3 納米電池材料制備技術簡介 48 2.3.1 化學法制備納米電池材料 48 2.3.2 物理法制備納米電池材料 54 參考文獻 58 第3章電池材料表征方法 63 3.1 電池材料微結構的表征方法 63 3.1.1 晶體學基礎 63 3.1.2 X射線衍射 73 3.1.3 電子衍射 78 3.2 電池材料微觀形貌的表征方法 83 3.2.1 電子顯微鏡 83 3.2.2 探針類顯微鏡 95 3.3 電池材料微觀成分的表征方法 103 3.3.1 電子探針顯微分析 103 3.3.2 X射線熒光光譜 111 3.3.3 俄歇電子能譜 114 3.3.4 X射線光電子能譜 119 3.3.5 電子能量損失譜 125 3.4 電池材料的光譜分析 129 3.4.1 紅外光譜 129 3.4.2 拉曼光譜 132 3.5 物理吸附儀 135 3.5.1 吸附 135 3.5.2 物理吸附儀的測量原理 136 3.5.3 測試結果分析 137 參考文獻 141 第4章電池材料電化學行為 143 4.1 電化學的相及界面 143 4.1.1 構成界面的兩相 143 4.1.2 電極/溶液界面 144 4.2 電極反應 147 4.2.1 電極電勢 147 4.2.2 可逆電極反應與不可逆電極反應 151 4.2.3 電極電勢對電化學反應活化能的影響 153 4.2.4 電極電勢對電極反應速率的影響 155 4.2.5 濃差極化對電極反應速率的影響 158 4.2.6 雙電層結構對電極反應速率的影響 159 4.3 二次電池電化學 161 4.3.1 二次電池概述 161 4.3.2 二次電池的主要參數 162 4.4 納米能源材料的電化學測試 166 4.4.1 穩(wěn)態(tài)測試 166 4.4.2 非穩(wěn)態(tài)測試 172 參考文獻 180 第二篇高性能電池電極材料第5章離子電池電極材料 185 5.1 概述 185 5.2 離子電池的原理 187 5.2.1 離子電池的組成與分類 187 5.2.2 離子電池的性能及特點 188 5.2.3 離子電池中的熱力學及動力學 195 5.3 正極材料 211 5.3.1 過渡金屬氧化物正極材料 212 5.3.2 聚陰離子型正極材料 220 5.4 負極材料 223 5.4.1 嵌入型負極材料 223 5.4.2 合金型負極材料 228 5.4.3 轉化型負極材料 235 5.5 鋰/鈉-硫電池正極材料 243 5.5.1 鋰/鈉-硫電池的儲能機理 243 5.5.2 鋰/鈉-硫電池正極材料的瓶頸問題 244 5.5.3 鋰/鈉-硫電池正極材料的優(yōu)化研究 247 5.6 研究實例：鋰離子電池負極材料金屬硫化物的制備及研究 251 參考文獻 264 第6章空氣電池電極材料 273 6.1 概述 273 6.2 空氣電池的組成及電化學機理 274 6.2.1 金屬陽極 275 6.2.2 電解液 280 6.3 空氣電池的空氣陰極 281 6.3.1 空氣陰極的結構特點 281 6.3.2 空氣陰極存在的問題 283 6.3.3 空氣陰極典型的催化劑 284 6.4 鋰-空氣電池 297 6.4.1 鋰-空氣電池的工作原理及結構 297 6.4.2 鋰-空氣電池的優(yōu)點及存在的問題 301 6.4.3 鋰-空氣電池的電化學過程 303 6.4.4 研究實例：鋰-空氣電池電極催化劑過渡金屬碳化物催化活性預測及實驗驗證 310 參考文獻 318 第7章超級電容器電極材料 323 7.1 概述 323 7.2 超級電容器的發(fā)展歷史 323 7.3 超級電容器的基本概念 325 7.3.1 電容與電勢能 325 7.3.2 電壓窗口 327 7.3.3 等效串聯(lián)電阻和漏電電阻 328 7.3.4 能量密度和功率密度 329 7.3.5 Ragone圖：能量密度和功率密度的關系 332 7.4 超級電容器的機理及分類 333 7.4.1 超級電容器的特性 333 7.4.2 雙電層電容器 334 7.4.3 贗電容電容器 344 7.4.4 混合型電容器 347 7.5 超級電容器的組成 349 7.5.1 電極材料 349 7.5.2 研究實例：N、O共摻雜多孔網絡材料的設計及其對電容器電性能的影響分析 354 參考文獻 357 第8章燃料電池電極材料 363 8.1 概述 363 8.2 燃料電池的分類、結構及工作原理 366 8.2.1 燃料電池的分類 366 8.2.2 燃料電池的結構及工作原理 374 8.3 燃料電池電極反應熱力學與動力學 381 8.3.1 電極反應熱力學 381 8.3.2 電極反應動力學 387 8.4 燃料電池催化劑 396 8.4.1 陽極催化劑 396 8.4.2 陰極催化劑 397 8.4.3 研究實例：堿性電解液中甲烷濃度對碳膜氧還原性能的影響 400 參考文獻 407 第9章固態(tài)電池電極材料 412 9.1 概述 412 9.2 固態(tài)電池的結構及分類 413 9.2.1 固態(tài)電池的結構 413 9.2.2 固態(tài)電池的分類 413 9.3 固態(tài)電池的電極反應及傳質機理 418 9.3.1 固態(tài)電池的電極反應 418 9.3.2 固態(tài)電池的傳質機理 419 9.4 固態(tài)電池的電極材料 436 9.4.1 負極材料 436 9.4.2 正極材料 438 9.5 固態(tài)電池的電解質材料 440 9.5.1 無機固態(tài)電解質 441 9.5.2 聚合物固態(tài)電解質 457 9.6 固態(tài)電池的電極/電解質界面 463 9.6.1 正極/電解質界面 464 9.6.2 負極/電解質界面 467 參考文獻 469 第三篇高性能電池電解質及隔膜材料第10章高性能鋰離子電池電解質 477 10.1 液態(tài)電解液的特點與表征 478 10.1.1 電解液的穩(wěn)定性 478 10.1.2 離子電導率 479 10.1.3 黏度 480 10.1.4 溶劑的介電常數 480 10.1.5 溶劑的熔點和沸點 481 10.2 電解液與負極界面 481 10.2.1 負極界面概述 481 10.2.2 負極界面化學 482 10.2.3 負極界面膜的形成 483 10.2.4 負極界面膜的特點 485 10.3 電解液與正極界面 487 10.3.1 正極界面概述 487 10.3.2 正極界面化學 488 10.3.3 電解液的氧化分解與CEI膜 489 10.4 正負極界面的相互作用 489 10.5 液態(tài)電解質溶劑 490 10.5.1 有機溶劑 490 10.5.2 碳酸酯類溶劑 491 10.5.3 羧酸酯類和內酯類溶劑 492 10.5.4 醚類溶劑 493 10.5.5 砜類溶劑 495 10.5.6 腈類溶劑 496 10.5.7 含磷溶劑 496 10.6 液態(tài)電解質鋰鹽 498 10.6.1 常規(guī)鋰鹽 499 10.6.2 含硫鋰鹽 500 10.6.3 硼酸鋰鹽 503 10.7 液態(tài)電解質添加劑 506 10.7.1 負極成膜添加劑 506 10.7.2 鋰負極保護添加劑 509 10.7.3 正極添加劑 510 10.7.4 抗過充添加劑 512 10.7.5 阻燃添加劑 514 10.8 研究實例：高電壓鋰離子電池電極電解液界面構筑 515 參考文獻 520 第11章高性能電池隔膜材料 531 11.1 概述 531 11.2 高分子材料學基礎 531 11.2.1 影響高分子材料的因素 532 11.2.2 高分子成型過程的影響 541 11.3 隔膜參數及測試方法 549 11.3.1 隔膜參數 549 11.3.2 測試方法 551 11.4 電池隔膜材料 552 11.4.1 聚丙烯 552 11.4.2 聚乙烯 558 11.4.3 其他高分子材料 563 11.5 電池隔膜制備工藝 564 11.5.1 干法拉伸工藝 564 11.5.2 濕法拉伸工藝 567 11.5.3 直拉蒸發(fā)工藝 569 11.5.4 靜電紡絲工藝 570 參考文獻 570 第四篇電池性能預測評價及應用技術第12章電極材料的性能預測與評價 577 12.1 概述 577 12.2 第一性原理理論與計算方法 577 12.2.1 薛定諤方程和兩個基本近似 579 12.2.2 密度泛函理論 581 12.2.3 交換關聯(lián)泛函 584 12.2.4 第一性原理計算方法 588 12.2.5 隨機行走模型 592 12.2.6 常用軟件包介紹 601 12.3 電極材料結構模擬及性能評價 602 12.3.1 電極材料的結構評價及電子設計 602 12.3.2 熱力學性能的預測與評價 607 12.3.3 動力學性能的預測與評價 608 12.3.4 研究實例 610 參考文獻 631 第13章高性能電池應用技術 637 13.1 概述 637 13.2 傳統(tǒng)能源器件 637 13.2.1 傳統(tǒng)電池 637 13.2.2 鋰離子電池 644 13.2.3 超級電容器 656 13.2.4 燃料電池 668 13.3 先進能源器件 679 13.3.1 柔性可穿戴電池 679 13.3.2 生物電池 680 13.3.3 軍用電池 682 參考文獻 682 主要符號說明 685 關鍵詞索引 688

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