科学出版社|张会刚：电化学储能材料与原理( 三 )

希望本书能够打通学科培养的壁垒，为新能源专业学生培养提供一个由浅入深学习电化学储能技术的途径，从而减少学生学习过程的障碍，激发学生学习新能源专业的兴趣，为储能技术专业发展贡献微薄之力。
作者简介

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南京大学现代工学院、固体微结构国家实验室（筹）教授。 1994年进入西北大学化工学院生物化工专业学习， 1998年在石油大学（北京）攻读硕士学位， 2006年在李洪钟院士和朱庆山副所长指导下在中国科学院多相复杂系统国家重点实验室获得博士学位， 2007年美国伊利诺伊大学香槟分校材料系从事博士后研究。参与电沉积和电抛光方法制备光子晶体，用作热发射和超快锂离子电池方面项目。
2012年创立了基于本人专利的高科技创业公司（Xerion Advanced Battery Corp. https:// xerionbattery.com/) ，并在其中担任Senior Scientist职位，开发高性能锂离子电池。获得US AdvancedBattery Consortium和风投基金投资支持，研发拥有高能量密度和高功率密度锂离子充电电池。 2013年入选中央组织部人才计划， 2014年加入南京大学，获得国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划、江苏省杰出青年基金、江苏双创人才，双创团队等项目支持。张教授在Nature nanotechnology, Nature communication, Science Advances, NanoLetters, Advanced Materials, Advanced Energy Materials等权威学术期刊发表七十多篇文章，申请多项美国及世界专利。
本文摘编自《电化学储能材料与原理》（张会刚编著. 北京：科学出版社， 2020.6）一书，标题为编者所加。

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【科学出版社|张会刚：电化学储能材料与原理】内容简介
《电化学储能材料与原理》是南京大学新能源材料与器件专业基础课教材，主要内容包括电化学储能过程原理和各种储能电池材料基础知识。注重介绍储能材料的结构和化学，从物质结构出发讨论电化学储能过程的机理。本书根据作者在长期基础课教学过程中总结的经验和体会，组织教材的框架与内容，由浅入深介绍储能过程的原理，力争将电化学储能内容从固体物理、材料科学、溶液化学、物理化学等多学科角度阐述，方便具有不同学科背景知识的学生和读者掌握相关术语与内容。
本书可作为材料、化学、化工及相关专业的研究生和高年级本科生的教材和参考用书，也可供相关学科研究人员使用。
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目录前言第1章化学电源基础 11.1 化学电源简介 11.2 电池化学原理 21.2.1 电极电势的概念 21.2.2 化学势与电化学势 21.2.3 电极的费米能级 31.2.4 电极电势表 41.2.5 电子能量与电池材料电子能级 51.2.6 电子转移步骤动力学 61.3电池材料学基础 71.3.1 晶体结构 71.3.2 外科夫位置 81.3.3 PTOT注释 91.3.4 典型电池材料晶体结构 121.3.5 电池材料定性电子结构模型 151.3.6 八面体配位结构的能级结构 171.3.7 四面体配位结构的能级结构 181.3.8 姜-泰勒效应 191.4 电池结构介绍 201.4.1 电池组成与装配 201.4.2 电池性能指标 211.5 电池电压特性 221.5.1 动力学对电池电压的影响 221.5.2 热力学对电池电压的影响 23参考文献 29第2章电池表征技术 302.1 X射线衍射技术 302.1.1 X射线衍射介绍 302.1.2 利用 X射线衍射鉴定材料 312.1.3 衍射强度计算 322.1.4 点阵参数的测定 352.1.5 微观应力的测定 362.1.6 纳米材料粒径的表征 362.2 扫描电子显微镜技术 362.3 透射电子显微镜技术 382.4 电子衍射技术 412.5 能谱技术 432.6 X射线光电子能谱 452.7 充放电性能测试 462.8 电化学阻抗谱 482.8.1 等效电路模拟 482.8.2 沃伯格阻抗元与扩散系数 492.8.3 常相位角元 512.8.4 特征频率 522.8.5 典型电池电化学阻抗谱图分析 522.8.6 多孔电极的 EIS 532.8.7 锂离子电池负极阻抗谱分析 542.9 循环伏安法 542.10 恒电流滴定技术 56参考文献 58第3章水系充电电池材料 593.1 氧化锰类电池 593.1.1 二氧化锰类电池材料 593.1.2 锌锰电池 683.2 铅酸蓄电池 683.2.1 铅酸蓄电池介绍 683.2.2 铅酸蓄电池工作原理 693.2.3 Pb负极 713.2.4 PbO2正极 723.2.5 铅酸蓄电池非活性组件 733.2.6 铅酸蓄电池电化学性能 743.3 氢氧化镍正极 753.3.1 β-Ni(OH)2结构 753.3.2 β-Ni(OH)2充放电过程 763.3.3 α-Ni(OH)2结构 773.3.4 Ni(OH)2结构中的无序性 783.3.5 Ni(OH)2/NiOOH的制备方法 783.3.6 Ni(OH)2电池极片制备方法 793.3.7 Ni(OH)2电极性能改善 803.4 镍镉电池 803.5 镍氢电池 813.5.1 镍氢电池原理 813.5.2 镍氢电池构造 823.5.3 镍氢电池的电化学性能 833.5.4 镍氢电池发展 853.6 镍-金属氢化物电池 863.6.1 镍-金属氢化物电池介绍 863.6.2 Ni-MH电池原理 873.6.3 贮氢合金机理 883.6.4 贮氢合金负极 893.6.5 Ni-MH电池的性能 933.6.6 Ni-MH电池的应用 953.7 镍锌电池 953.7.1 镍锌电池原理 963.7.2 锌电极构成与制备 973.7.3 隔膜与电解液 973.7.4 镍锌电池存在的问题 983.7.5 镍锌电池的放电特性 1003.8 镍铁电池 1013.8.1 镍铁电池介绍 1013.8.2 镍铁电池原理 1023.8.3 镍铁电池结构 1033.8.4 镍铁电池存在的问题 104参考文献 105第4章 LiCoO2材料 1084.1 LiCoO2的结构 1084.2 层状 LiCoO2的精细结构 1094.3 LiCoO2电子结构 1124.4 LiCoO2材料的制备 1144.5 LiCoO2的性质 1154.5.1 LixCoO2热稳定性 1154.5.2 LiCoO2的电化学性质 1164.6 LiCoO2掺杂 120参考文献 120第5章锰酸锂正极材料 1225.1 尖晶石相 LiMn2O4介绍 1235.2 LixMn2O4(0＜x＜2) 1245.2.1 LixMn2O4(0＜x＜1) 1255.2.2 LixMn2O4(1＜x＜2) 1255.3 岩盐结构 LixMn2O4(x=2) 1265.4 过锂化 LixMn2O4(2＜x＜4) 1265.5 Li1+δMn2–δO4(0＜δ＜0.33) 1265.6 Li2O？yMnO2线 1275.6.1 Li2MnO3 1275.6.2 Li4Mn5O12 1295.6.3 Li2Mn3O7和 Li2Mn4O9 1305.7 层状 LiMnO2 1305.8 正交 LiMnO2 1315.9 锰酸锂材料稳定性 1335.10 富锂锰基材料 133参考文献 134第6章三元正极材料 1356.1 三元材料的结构特征 1366.2 三元材料的电化学性质 1406.2.1 NCM-333 1416.2.2 NCM-523 1436.2.3 NCM-811 1456.3 三元材料的改性 1486.3.1 离子掺杂 1486.3.2 表面包覆 1496.3.3 梯度颗粒设计 1506.4 三元材料合成方法 1516.4.1 化学共沉淀法 1516.4.2 高温固相法 1526.4.3 溶胶-凝胶法 152参考文献 153第7章聚阴离子正极材料 1567.1 磷酸亚铁锂 1567.1.1 晶体结构及其对电压影响 1567.1.2 电化学性能 1587.1.3 电子导电问题 1607.1.4 锂离子扩散 1627.1.5 充放电过程的颗粒模型 1647.1.6 制备方法 1667.2 磷酸亚锰锂 1677.3 磷酸亚钴锂 1697.4 其他聚阴离子正极材料 170参考文献 171第8章负极材料 1758.1 锂电负极介绍 1758.2 碳基负极材料 1758.2.1 石墨碳负极 1768.2.2 石墨中的锂插层 1778.2.3 天然石墨 1788.2.4 人工石墨 1798.2.5 中间相碳微球 1798.2.6 软碳 1808.2.7 硬碳 1828.2.8 软碳和硬碳中嵌锂 1838.2.9 碳材料的 SEI问题 1848.2.10 CNT储 Li位点 1878.2.11 石墨烯 1898.3 钛酸锂负极 1918.3.1 Li4Ti5O12的晶体结构 1918.3.2 Li4Ti5O12的物理化学性质 1918.3.3 Li4Ti5O12改性 1948.3.4 其他类型钛酸锂负极 1958.4 硅负极 1988.4.1 硅负极的基本性质 1988.4.2 纳米硅 2018.5 合金负极 2068.5.1 锡负极 2078.5.2 纳米结构锡 2088.5.3 锡基合金 2118.5.4 锡-氧化合物 2148.6 过渡族金属氧化物 2168.7 金属锂负极 2188.7.1 金属锂负极的失效机制 2198.7.2 金属锂负极的改性 2218.7.3 挑战与展望 2258.8大容量负极共性问题 226参考文献 226第9章其他类型充电电池 2349.1 锂硫电池 2359.1.1 锂硫电池基本原理 2359.1.2 锂硫电池的挑战 2379.1.3 硫正极 2389.1.4 锂硫电池发展趋势 2479.2 镁离子电池 2479.2.1 镁离子电池概述 2479.2.2 镁离子电池正极材料 2489.2.3 电解质 2529.2.4 镁离子电池方向和局限性 252参考文献 253