原位电化学表征原理、方法及应用

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作者：晏成林

出版社：化学工业出版社

本类榜单：工业技术

分类：工业技术 > 化学工业

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ISBN：9787122383174
装帧：简裝本
册数：暂无
重量：暂无
开本：16开
页数：166
出版时间：2021-03-01
条形码：9787122383174 ; 978-7-122-38317-4

本书特色

作者综述了现今国内外原位表征的先进技术，介绍了各种测试技术的基本理论，在应用方面采用了大量科研工作中出现的实际问题作案例，理论联系实践，实用性强。

内容简介

《原位电化学表征原理、方法及应用》共11章，主要介绍了国内外有关电化学的各种原位表征技术，并深究了其原理和原位表征时所需要搭建的装置，包括电化学原位X射线技术、电化学原位傅里叶红外光谱、电化学原位磁共振技术、电化学原位光学技术、电化学原位拉曼光谱、电化学原位紫外可见光谱、电化学原位扫描探针技术、电化学原位电子分析技术、电化学原位中子技术、电化学原位重量分析技术和其他电化学原位技术，如原位声发射技术和原位电化学膨胀技术等。在编写过程中，首先介绍了各种分析测试技术的基本理论，在应用方面介绍了科研工作中的大量实际问题案例，注重与原位分析前沿技术的发展结合。
《原位电化学表征原理、方法及应用》可为本领域内的科研人员提供有价值的参考信息，对促进锂离子电池的发展有推进作用。本书也可作为高等学校能源化学、储能科学与工程、新能源材料与器件等专业本科、研究生的教学用书。

前言

可充电锂离子电池（LIBs）是□广泛应用于便携式电子设备和电动汽车的能量存储设备。社会的进步和科技的发展要求锂离子电池具有更高的能量和功率密度，具有更长的循环寿命以及更好的安全性能。开发这种更先进的锂离子电池不仅需要对现有的电极材料进行优化，同时也需要发现和利用具有更优异电化学性能的新型电极材料。工欲善其事，必先利其器，锂离子电池的发展需要使用各种表征技术来深入研究电极材料的结构性变化以及电池在电化学循环过程中的性能衰减机制。
近年来，研究人员在电池非原位表征技术的发展上已经取得了巨大的进步，非原位表征技术虽然可以提供有关电池材料的有价值的信息，但后处理性质限制了研究材料动力学特性的能力。例如充放电循环和加热过程中的详细结构变化及中间相就不能通过非原位技术测得。此外，由于工作电极对空气和水分的敏感性，单从电化学过程的非原位测量结果，如价态变化、表面反应、界面反应来看，不能完全反映电池内部真实发生的情况。在电池运行条件下的原位测试技术可以提供有关电极材料结构演变、氧化还原机制、固态电解质间相（SEI）的形成、电极副反应、锂离子传输特性的信息。因此，在真实的电池工作条件下获取信息对锂离子电池的发展至关重要。原位测试分析技术可以在电池不停止运行的情况下揭示更多有关电极材料的有价值的信息，并有助于探索结构特性和电化学性能之间的相关性。书中，我们介绍了锂离子电池中使用的各种原位表征技术，每种先进技术都有其独特的方法来研究电极材料的特定性能和电化学过程中的结构演化，也可以结合使用提供更全面的信息。本书在编写过程中，先介绍了各种分析测试技术的基本理论，在应用方面采用了科研工作中的大量实际问题作案例，注重与原位分析前沿技术的发展相结合。
在此对书中所引用文献资料的作者致以诚挚的谢意。限于编者的水平和时间，书中疏漏之处在所难免，恳请各位读者批评指正。

编著者
□0□0年8月

□□章电化学原位X射线技术1
1.1原位X射线衍射1
1.1.1原理与实验装置□
1.1.□观察循环过程中的结构和形态演变7
1.□原位X射线光电子能谱8
1.□.1原理与实验装置8
1.□.□观察电极界面反应9
1.3原位X射线荧光显微镜1□
1.3.1基本原理1□
1.3.□观察硫和多硫化物的分布13
1.4原位X射线反射14
1.4.1原理与实验装置15
1.4.□观察金属硅化物薄膜界面的锂化16
1.5原位X射线断层扫描19
1.5.1原理与实验装置19
1.5.□观察锂化过程中的形态演变和化学成分的变化□1
1.6原位X射线吸收光谱□□
1.6.1原理与实验装置□3
1.6.□观察化学成分变化引起容量衰减□4
1.6.3区别各种氧化态□4
1.6.4筛选多功能黏合剂□6
1.7原位X射线拉曼散射□6
1.7.1原理与实验装置□7
1.7.□观察石墨电极电子结构变化□8

第□章电化学原位傅里叶红外光谱31
□.1原位傅里叶变换红外光谱31
□.1.1原理与实验装置3□
□.1.□观察薄膜电极动态行为33
□.1.3研究初始充电过程中的溶剂化/去溶剂化34
□.1.4研究添加剂的还原34
□.□原位显微镜傅里叶变换红外反射光谱38
□.□.1原理与实验装置39
□.□.□研究电解液还原产物40
□.3原位偏振调制傅里叶变换红外光谱43
□.3.1原理与实验装置43
□.3.□研究非水电解质在LiCoO□薄膜电极上的电化学氧化行为45

第3章电化学原位磁共振技术47
3.1原位核磁共振波谱47
3.1.1原理与实验装置47
3.1.□对锂微结构生长的量化分析49
3.□磁共振成像5□
3.□.1原理与实验装置5□
3.□.□实时识别枝晶生长位置55
3.3电子顺磁共振波谱58
3.3.1原理与实验装置58
3.3.□研究循环过程中自由基氧物种的形成过程59
3.4穆斯堡尔光谱技术64
3.4.1原理与实验装置64
3.4.□研究电子环境对材料结构的影响66

第4章电化学原位光学技术67
4.1光学显微镜67
4.1.1原理与实验装置67
4.1.□观察锂枝晶的生长70
4.□多光束光学应力传感器76
4.□.1原理与实验装置76
4.□.□实时应力评估77

第5章电化学原位拉曼光谱78
5.1原理与实验装置78
5.□评估循环过程中产生的应力79
5.3观察SEI的形成和组成79
5.4判断活性材料对电化学过程的贡献程度以及断开粒子的确切位置8□

第6章电化学原位紫外-可见光谱84
6.1原理与实验装置84
6.□观察多硫化物的浓度85

第7章电化学原位扫描探针技术91
7.1原位原子力显微镜91
7.1.1原理与实验装置91
7.1.□在锂离子电池负极材料研究中的应用9□
7.1.3在锂离子电池正极材料研究中的应用9□
7.1.4在固体电解质界面膜（SEI）中的应用93
7.□原位导电原子力显微镜94
7.□.1原理与实验装置94
7.□.□研究锂离子在正极材料中的扩散95
7.3原位电化学应变显微镜97
7.3.1原理与实验装置97
7.3.□表征锂离子嵌入和脱出的局部电迁移98
7.4原位扫描离子电导显微镜99
7.4.1原理与实验装置99
7.4.□测量锡和硅电极表面结构的空间不均匀性99
7.5原位扫描隧道显微镜100
7.5.1原理与实验装置100
7.5.□研究电极电导率的变化101
7.6原位探针力显微镜10□
7.6.1原理与实验装置10□
7.6.□研究锂离子在石墨负极的分布103
7.7原位扫描电化学显微镜104
7.7.1原理与实验装置104
7.7.□研究锂离子电池中硅电极的表面反应性106
7.8扫描电化学电池显微镜109
7.8.1原理与实验装置109
7.8.□研究复合电极电化学特性110

第8章电化学原位电子分析技术11□
8.1原位扫描电子显微镜11□
8.1.1原理与实验装置113
8.1.□观察在使用固态电解质的电池中锂的沉积/溶解机制113
8.□原位透射电子显微镜116
8.□.1原理116
8.□.□观察金属锂的电化学沉积动力学117

第9章电化学原位中子技术119
9.1原位中子衍射119
9.1.1原理与实验装置119
9.1.□研究Li□MnO3·LiMO□（M=Ni、Co、Mn）复合正极的容量衰减机理1□0
9.□原位中子反射1□5
9.□.1原理与实验装置1□5
9.□.□分析晶体硅的锂化1□6
9.□.3观察SEI顶部的锂枝晶层及其粗糙度13□
9.3原位中子深度剖面134
9.3.1原理与实验装置134
9.3.□观测非平衡条件下锂离子在电极中的分布状况134
9.4原位中子散射137
9.4.1原理与实验137
9.4.□研究电极材料电化学反应过程中相和体积的变化138
9.5原位中子照相/层析成像140
9.5.1原理与实验装置140
9.5.□原位中子照相/层析成像技术的应用141

□□0章电化学原位重量分析技术144
10.1原位电化学石英晶体微天平144
10.1.1测试原理144
10.1.□EQCMD用于研究电极表面的界面反应145
10.□原位二次离子质谱法147
10.□.1原理与实验装置147
10.□.□原位SIMS实时监测电解液中分子的动态变化147
10.3原位差示电化学质谱法150
10.3.1原理与实验装置150
10.3.□原位差示电化学质谱法在电池表征中的应用151

□□1章其他电化学原位技术154
11.1原位声发射技术154
11.1.1原理与实验装置154
11.1.□原位声发射技术的应用155
11.□原位电化学膨胀技术159
11.□.1原位电化学膨胀技术原理159
11.□.□原位电化学膨胀技术的应用159

参考文献163

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