本书主要介绍新能源材料所涉及的先进表征技术的基本原理、测试装置，并结合新能源器件研究领域的前沿案例辅助说明。全书由两部分组成，共10章：第一部分（第1～5章）为基础篇，主要阐述电极材料微观结构与组成表征技术、电解质与隔膜物理化学性质测试、活性材料的综合性能测试、电化学原位测试技术；第二部分（第6～10章）为应用篇，侧重新能源材料测试原理与技术主要应用场景的介绍，包括锂离子电池、锂电池、非锂电池、燃料电池和太阳电池等新能源器件的材料与表征。
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2002年师从北京理工大学吴锋教授（吴锋教授2017年获评工程院院士），2005获工学博士学位；2005-2007年，在清华大学化学系物理化学专业师从陈立泉院士、邱新平教授从事博士后研究工作；2007年入职北京理工大学；2012-2013年，在英国剑桥大学访问，现为北京理工大学材料学院教授、博导获2013年度国家技术发明二等奖1项、省部级技术发明一等奖2项、省部级科技进步一等奖1项
目录
序
前言
第一部分 基础篇
第1章 绪论 3
1.1 新能源与新能源材料 3
1.2 新能源材料的应用场景 4
1.3 新能源材料测试技术 6
参考文献 7
第2章 电极材料微观结构与组成表征技术 9
2.1 先进显微镜技术 9
2.1.1 光学显微镜 9
2.1.2 扫描电子显微镜 12
2.1.3 透射电子显微镜 16
2.1.4 原子力显微镜 18
2.1.5 冷冻电子显微镜 21
2.2 X射线技术 24
2.2.1 X射线衍射 24
2.2.2 X射线光电子能谱 27
2.3 电子能谱 30
2.3.1 俄歇电子能谱 30
2.3.2 电子能量损失谱 33
2.4 核磁共振 35
2.5 光谱分析法 37
2.5.1 红外吸收光谱 37
2.5.2 拉曼光谱 39
2.6 质谱分析法 42
2.7 等温吸脱附测试 46
习题 48
参考文献 49
第3章 电解质与隔膜物理化学性质测试 52
3.1 电解质的分类 52
3.1.1 液体电解质 52
3.1.2 固体电解质 56
3.1.3 凝胶电解质 60
3.2 电解质的测试方法 61
3.2.1 黏度 61
3.2.2 离子电导率 63
3.2.3 离子迁移数 64
3.2.4 电化学窗口 66
3.3 隔膜的测试方法 68
3.3.1 厚度 68
3.3.2 孔隙率 69
3.3.3 吸液率 70
3.3.4 孔结构 71
3.3.5 热稳定性 72
3.3.6 力学性能 74
习题 75
参考文献 76
第4章 活性材料的综合性能测试 77
4.1 电化学性能测试 77
4.1.1 循环伏安法 77
4.1.2 电势阶跃 79
4.1.3 交流阻抗法 81
4.1.4 充放电测试 83
4.1.5 倍率性能测试 84
4.1.6 高低温性能测试 85
4.2 安全性 86
4.2.1 热失控 86
4.2.2 差示扫描量热法 89
4.2.3 加速量热法 90
4.2.4 红外热成像 93
习题 94
参考文献 95
第5章 电化学原位测试技术 97
5.1 原位显微镜技术 97
5.1.1 原位光学显微镜 97
5.1.2 原位扫描电子显微镜 99
5.1.3 原位透射电子显微镜 101
5.1.4 原位原子力显微镜 104
5.2 原位X射线技术 105
5.2.1 原位X射线衍射 105
5.2.2 原位X射线吸收光谱 108
5.2.3 原位同步辐射X射线成像技术 110
5.3 原位中子技术 112
5.3.1 原位中子衍射 112
5.3.2 原位中子深度剖析 115
5.4 原位波谱技术 117
5.4.1 原位红外光谱 117
5.4.2 原位拉曼光谱 119
5.4.3 原位核磁共振技术 120
5.4.4 原位质谱 123
习题 125
参考文献 127
第二部分 应 用 篇
第6章 锂离子电池材料与表征 131
6.1 锂离子电池发展概述 131
6.2 正极材料 132
6.2.1 锂钴氧化物 132
6.2.2 锂镍氧化物 134
6.2.3 镍钴锰三元氧化物 136
6.2.4 锂铁磷氧化物 138
6.2.5 锂锰氧化物 139
6.3 负极材料 141
6.3.1 碳基材料 141
6.3.2 锡基材料 143
6.3.3 硅基材料 145
6.3.4 氧化物 147
6.3.5 氮化物 149
6.4 电解质 151
6.4.1 锂盐 151
6.4.2 碳酸酯类液体电解液 152
6.4.3 聚氧化乙烯基固体电解质 154
6.4.4 离子液体 156
6.4.5 功能添加剂 159
6.5 隔膜 161
6.5.1 聚烯烃 161
6.5.2 聚对苯二甲酸乙二醇酯 165
6.5.3 聚酰亚胺 167
6.5.4 无机涂层复合隔膜 168
6.5.5 聚合物涂层复合隔膜 169
6.5.6 有机/无机杂化涂层复合隔膜 171
习题 172
参考文献 174
第7章 锂电池材料与表征 177
7.1 锂电池发展概述 177
7.2 正极材料 178
7.2.1 单质硫 178
7.2.2 有机硫 182
7.2.3 硫化锂 186
7.2.4 空气 188
7.2.5 碘 191
7.2.6 铁基氟化物 194
7.3 负极材料 196
7.3.1 金属锂 196
7.3.2 锂合金 197
7.3.3 锂碳复合材料 199
7.3.4 人工SEI膜 202
7.4 电解质 204
7.4.1 醚类电解液 205
7.4.2 硫化物固体电解质 206
7.4.3 PP14TFSI和Pyr13TFSI离子液体 209
7.4.4 二氟草酸硼酸锂 210
7.5 隔膜 212
7.5.1 碳基涂层隔膜 212
7.5.2 陶瓷涂层隔膜 214
习题 215
参考文献 216
第8章 非锂电池材料与表征 219
8.1 非锂电池发展概述 219
8.2 基于一价阳离子的钠电池和钾电池 220
8.2.1 过渡金属氧化物正极材料 220
8.2.2 普鲁士蓝类正极材料 223
8.2.3 聚阴离子正极材料 225
8.2.4 碳基复合负极材料 227
8.2.5 合金类负极材料 229
8.2.6 硫化物负极材料 232
8.3 基于多价阳离子的镁电池和铝电池 234
8.3.1 碳基正极材料 234
8.3.2 过渡金属氧化物正极材料 237
8.3.3 硫化物正极材料 239
8.3.4 合金负极材料 241
习题 242
参考文献 243
第9章 燃料电池材料与表征 245
9.1 燃料电池发展概述 245
9.2 固体氧化物燃料电池 245
9.2.1 钙钛矿型氧化物阴极材料 247
9.2.2 镍基阳极材料 248
9.2.3 氧化锆基固体电解质 250
9.3 碱性燃料电池 252
9.3.1 储氢合金 253
9.3.2 氨基化合物储氢材料 256
9.4 磷酸型燃料电池 257
9.4.1 多孔碳电极基体材料 258
9.4.2 铂-钌合金催化剂 259
9.5 质子交换膜燃料电池 260
9.5.1 全氟磺酸膜 261
9.5.2 部分氟化质子交换膜 262
9.5.3 无氟化质子交换膜 263
9.6 熔融碳酸盐燃料电池 264
9.6.1 熔融碳酸盐体系阴极材料 265
9.6.2 镍基合金阳极材料 266
习题 267
参考文献 268
第10章 太阳电池材料与表征 270
10.1 太阳电池发展概述 270
10.2 钙钛矿太阳电池 271
10.2.1 有机小分子空穴传输材料 272
10.2.2 聚合物空穴传输材料 273
10.2.3 无机空穴传输材料 274
10.2.4 金属氧化物电子传输层材料 275
10.2.5 富勒烯及其衍生物电子传输层材料 276
10.3 染料敏化太阳电池 278
10.3.1 氧化物光阳极薄膜材料 278
10.3.2 钌多吡啶配合物染料 280
x 新能源材料测试原理与表征技术
10.3.3 非金属有机染料 281
10.4 量子点太阳电池 282
10.4.1 窄带隙二元量子点 283
10.4.2 多元合金量子点 284
10.4.3 胶体量子点 285
10.5 薄膜太阳电池 287
10.5.1 多晶硅 287
10.5.2 非晶硅 288
10.5.3 砷化镓 289
10.5.4 碲化镉 290
10.5.5 铜铟镓硒 292
习题 293
参考文献 295
缩略语 297
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