电冶金与电化学储能

1 科学性。结合电冶金技术的发展历史，分析了其对于储能领域发展的重要作用，阐述了电冶金技术在电极调控，电池电化学的影响。 2 全面性。对多种储能体系进行分析，系统介绍了电冶金技术在电极的形貌、尺寸、原子级别调控对于储能体系性能的重要影响以及阐述了电冶金技术在储能领域的应用。 3实用性。系统论述了电冶金技术的发展历史，以及用于改善储能体系性能的应用。结合了前期文献调研以及自身的科学研究实践，对于能源领域、材料领域、电池电化学的科学研究具有重要的参考价值。

电冶金技术具有悠久的发展历史。在1843年斯密(Alfred Smee)首次提出电冶金这一概念时，电冶金的定义是所有使用电能来调控金属的原理与加工方式，无论是使用电流溶解还是沉积金属。在当时，他希望统一的研究对象是起源于1805年布鲁格纳泰利(Luigi Valentino Brugnatelli)进行的电镀，以及1838年雅可比(Moritz von Jacobi)提出的电铸，并希望对研究对象进行概念及定义上的统一有助于电冶金这一学科的建立及蓬勃发展。事实也正如他所料，电冶金的学科发展日新月异，所囊括的研究范围也越来越广阔。电冶金从最初的用于零件制作的电镀、电铸，发展到用于金属提纯、生产的电解精炼、电解沉积，为人类提供了各种各样形式、成分不同的金属制品。发生在电冶金中的核心过程是金属的电化学沉积，指的是在电场的作用下，电解液中的金属离子在阴极被还原而形成沉积层的过程，根据阳极的种类不同，还可能伴随有金属的电化学溶解。近年来，随着理论和实验研究的不断深入，电化学沉积技术对于电流/电位的调控更加精确，沉积方式、电解液也变得多种多样，电冶金技术被创造性地应用于电化学储能领域，不仅可用于电极材料的精细化调控制备，还出现了直接应用电冶金反应储能的电池。电沉积技术已经从最开始的在较为宽泛的电流区间内进行沉积，变为在精确调控的电流/电压大小下沉积；从简单的恒电流沉积发展为脉冲电沉积等多种沉积方式；电解液也从纯金属盐溶液变化为含多种添加剂的复合电解液。在这个过程中，电沉积技术取得了日新月异的发展，沉积方法也趋向于多样化。电冶金技术已经被发展为制备高性能材料和高效储能电池的有效手段，在现代高科技产业的应用中已掀开了新的篇章。
本书关注电冶金技术的起源、发展与演变，以历史的角度审视电冶金领域的发展，介绍了电冶金的发展历程，以及电冶金技术在电化学储能领域中电极材料制备、能量储存等方面的应用，并对未来的研究方向作出展望。本书有利于电化学等相关领域科研工作者对该领域的历史发展、前沿研究、未来发展方向进行更深入的认识，推进该领域的知识普及与科研进步；也有利于高等院校相关专业学生对电冶金及其在电化学储能领域中的应用进行基本了解。
本书的撰写参考了斯密的《电冶金的元素》（Elements of Electro-metallurgy）等国内外电冶金领域的专著与教材。同时为了紧跟学科发展前沿，参考了国内外刊物上发表的关于电冶金技术应用于电化学储能领域的电极材料制备、储能电池构建方面的各类文献，希冀能为读者描绘出电冶金及电化学储能领域的起源、发展与演变的图景。本书除了基本理论外，还结合各类理论对前沿学术研究进行实例分析，启发学习、研究思路，有助于读者为后续课程学习与科研工作提供有力指导。
由于笔者水平有限，书中难免会有纰漏和不足之处，敬请读者进行批评指正。

钟澄
2020年1月

《电冶金与电化学储能》关注电冶金领域的起源、发展与演变，介绍了电冶金的发展过程，以及在电化学储能领域中材料制备、能量储存等方面的应用，并对未来研究方向作出展望。读者通过本书可对电冶金及其在电化学储能领域的应用有所了解。
本书有助于电化学等相关领域科研工作者对该领域的历史发展、前沿研究、未来发展方向进行更深入的认识，推进该领域的知识普及与科研进步；也有利于高等院校相关专业学生对电冶金及其在电化学储能领域的应用进行基本了解。

1电冶金的起源与发展001

2电冶金的基本体系004
2.1原电池中的电冶金004
2.2电解池中的电冶金005
2.2.1电镀与电铸005
2.2.2电解精炼与电解沉积006

3电冶金及其在电池电极制备中的应用008
3.1精细电冶金技术的发展008
3.2离子电池016
3.2.1电极成分的电化学调控018
3.2.2电极微观结构的电化学调控033
3.3金属硫电池049
3.3.1电极成分的电化学调控050
3.3.2电极微观结构的电化学调控053
3.4金属空气电池056
3.4.1电极成分的电化学调控056
3.4.2电极微观结构的电化学调控060

4电冶金技术在电化学储能领域中的应用066
4.1基本概念067
4.2典型体系分析069
4.2.1锂金属电池069
4.2.2水系电冶金型电池079

5电冶金与电化学储能展望091

参考文献095