化学电源 电池原理及制造技术PDF电子书下载

第1章 化学电源概论 1

1.1 化学电源的组成 1

1.1.1 电极类型及结构 2

1.1.2 电极粘结剂 3

1.1.3 化学电源用隔膜 4

1.1.4 封口剂 7

1.1.5 电池组 12

1.2 化学电源的分类 13

1.3 化学电源的工作原理 15

1.3.1 一次电池工作原理 15

1.3.2 高能电池原理 15

1.4 化学电源的性能 22

1.4.1 原电池电动势 22

1.4.2 电池内阻 23

1.4.3 开路电压和工作电压 23

1.4.4 电池的容量与比容量 26

1.4.5 电池的能量与比能量 28

1.4.6 电池的功率和比功率 29

1.4.7 贮存性能和自放电 31

1.4.8 电池寿命 31

1.5 化学电源的应用 32

第2章 化学电源的理论基础 34

2.1 电池电动势 34

2.2 可逆电池和可逆电极 35

2.2.1 可逆电池 35

2.2.2 可逆电极 37

2.2.3 可逆电池热力学 39

2.3 浓差电池 40

2.3.1 离子浓差电池 41

2.3.2 电极浓差电池 41

2.4 电极过程 42

2.4.2 过电位 43

2.4.1 极化作用 43

2.4.3 电化学步骤的基本动力学方程式 44

2.5 气体电极过程 51

2.5.1 氢电极过程 51

2.5.2 氧电极过程 60

2.5.3 电催化作用 63

2.5.4 气体扩散电极 66

2.6 半导体电化学 69

2.6.1 半导体-溶液界面反应 70

2.6.2 半导体空间电荷层 72

2.6.3 光电化学电池 73

第3章 一次化学电源 76

3.1 概述 76

3.2 锌-锰电池 78

3.2.1 锌-锰电池的分类 78

3.2.2 锌-锰电池的工作原理 79

3.2.3 锌-锰电池材料 94

3.2.4 锌-锰电池制造工艺 100

3.2.5 锌-锰电池的主要性能 103

3.2.6 可充碱性锌-锰电池的充电制度 110

3.3 锌-氧化汞电池 112

3.3.1 锌-氧化汞电池的工作原理 112

3.3.2 锌-氧化汞电池结构和制造工艺 112

3.4.2 锌-银电池的工作原理 114

3.4.1 概述 114

3.4 锌-银电池 114

3.3.3 锌-氧化汞电池的性能 114

3.4.3 锌-银电池制造工艺 119

3.4.4 锌-银扣式电池的制造 125

3.4.5 锌-银电池的性能 126

3.5 锌-空气电池 126

3.5.1 概述 126

3.5.2 锌-空气电池的工作原理 126

3.5.3 锌-空气电池的结构及制造工艺 128

3.5.4 锌-空气电池的性能 132

第4章 铅酸蓄电池 135

4.1 概述 135

4.1.1 铅酸蓄电池分类及型号 135

4.1.2 铅酸蓄电池的结构 137

4.2 铅酸蓄电池的化学原理 137

4.2.1 电池反应 138

4.2.2 Pb-H2SO4-H2O系电位pH图 140

4.3 二氧化铅电极 143

4.3.1 Pb2O的物理化学性质 143

4.3.2 正极充放电反应机理 145

4.4 负极活性物质 150

4.4.1 铅负极的充放电机理 150

4.4.2 铅负极添加剂及其作用机理 152

4.4.3 铅负极的不可逆硫酸盐化及消除方法 154

4.4.4 铅负极自放电 155

4.5.1 板栅的作用及性能 157

4.5 板栅合金 157

4.5.2 板栅腐蚀 158

4.5.3 板栅合金分类及特性 161

4.6 隔板 169

4.6.1 微孔硬橡胶隔板 169

4.6.2 聚氯乙烯(PVC)塑料隔板 169

4.7 电解液 170

4.6.5 玻璃丝隔板及套管 170

4.6.4 玻璃棉纸浆复合隔板 170

4.6.3 取烯烃树脂微孔隔板 170

4.8 铅酸蓄电池的制造工艺 171

4.8.1 板栅制造 171

4.8.2 生极板制造 175

4.8.3 极板化成 180

4.8.4 电池化成 184

4.8.5 铅酸蓄电池装配 185

4.9.2 充放电特性 186

4.9.1 电性能 186

4.9 铅酸蓄电池的性能 186

4.9.3 电池容量 187

4.9.4 电池贮存性能 188

4.10 铅酯蓄电池的使用与维护 189

4.10.1 初放电 189

4.10.2 电池在使用过程中的充电方法 190

4.10.3 铅酸蓄电池维护 190

4.11 密封式免维护铅酸蓄电池 191

4.11.1 密封式免维护铅酸蓄电池工作原理 191

4.11.2 密封铅酸蓄电池制造工艺特点 192

4.11.3 密封铅酸蓄电池装配 193

4.11.4 密封铅酸蓄电池性能 193

第5章 镉-镍电池 195

5.1 概述 195

5.1.1 镉-镍电池分类 195

5.1.2 镉-镍电池型号和标志 196

5.2 镉-镍电池的工作原理 197

5.2.1 氧化镍电极工作原理 199

5.2.2 镉电极的反应机理 203

5.2.3 密封镉-镍电池工作原理 205

5.3 电极材料及电极的制造 208

5.3.1 正极活性物质的制备 208

5.3.2 负极活性物质的制造 211

5.3.3 电极制造技术 212

5.4 镉-镍电池的结构和制造 230

5.4.1 有极板盒式镉-镍电池 230

5.4.2 烧结式镉-镍电池 232

5.4.3 密封式镉-镍电池 233

5.5 镉-镍电池的性能 236

5.5.1 镉-镍电池的充放电特性 236

5.5.2 镉-镍电池的活性物质利用率 240

5.5.3 自放电特性 240

5.5.5 耐过充、过放能力 241

5.5.6 电池内阻 241

5.5.4 电池寿命 241

5.5.7 温度特性 243

5.5.8 电池记忆效应 243

5.6 镉-镍电池的使用和维护 244

5.6.1 电池的充放电制度 244

5.6.2 电池活化 244

5.6.3 电解液更换 246

5.7 镉-镍电池技术进展 247

5.7.1 发泡式镉-镍电池 247

5.7.2 镍纤维式镍电极镉-镍电池 248

5.7.3 粘结式镉-镍电池 249

5.7.4 快充式镉-镍电池 250

第6章 氢-镍电池 251

6.1 概述 251

6.2 高压氢-镍电池 252

6.2.1 高压氢-镍电池的化学原理 253

6.2.2 高压氢-镍电池制造工艺分析 254

6.2.3 高压氢-镍电池的性能 257

6.3 金属氢化物-镍(MH-Ni)电池 260

6.3.1 MH-Ni电池的工作原理 260

6.3.2 金属氢化物(MH)的基本特性 263

6.3.3 贮氢合金的分类 270

6.3.4 贮氢合金的制造 274

6.3.5 贮氢合金的表面改性 276

6.3.7 贮氢合金电极的制造 278

6.3.6 贮氢合金粉的性能 278

6.3.8 MH-Ni电池的结构和制造工艺 280

6.3.9 MH-Ni电池的性能 281

6.3.10 MH-Ni电池的发展前景 287

第7章 锂电池 288

7.1 概述 288

7.1.1 锂电池的特性 288

7.1.2 锂电池命名方法(GB10077标准) 291

7.2 锂电池的工作原理 292

7.1.3 锂电池分类 292

7.3 锂电池的组成 297

7.3.1 锂负极 297

7.3.2 正极物质 298

7.3.3 电解液 298

7.4 锂有机电解质电池 300

7.4.1 Li-MnO2电池 300

7.4.2 Li-SO2电池 305

7.4.3 Li-(CFx)n电池 308

7.5 锂无机电解质电池 309

7.5.1 Li-SOCl2电池的组成和结构 310

7.5.2 Li-SOCl2电池的性能 311

第8章 锂离子电池 314

8.1 概述 314

8.2 锂离子电池的化学原理 315

8.3.1 锂离子电池电压 319

8.3 锂离子电池材料 319

8.3.2 正极材料 321

8.3.2 碳负极材料 330

8.3.4 锂离子电池电解液 334

8.3.5 镉膜 342

8.4 锂离子电池的结构和制造工艺 343

8.4.1 正极活性物质制造 344

8.4.2 碳负极材料的制造 347

8.5 锂离子聚合物电池 348

8.5.1 锂离子聚合物电池特性 348

8.4.3 正、负极制造 348

8.4.4 组装 348

8.5.2 聚合物电解质 349

8.5.3 锂离子聚合物电池制造工艺 350

8.6 锂离子电池的性能 351

8.7 锂离子电池的应用前景 353

8.7.1 电池成本 353

8.7.2 电动汽车用锂离子电池 354

第9章 激活电池 356

9.1 热激活电池 356

9.1.1 热激活电池的特性和用途 356

9.1.2 热电池的工作原理 356

9.1.3 热电池的结构和激活方法 357

9.1.4 热电池的制造工艺 358

9.1.5 锂系热电池 362

9.2 水激活电池 364

9.2.1 概述 364

9.2.2 水激活电池的工作原理 364

9.2.3 水激活电池的制造 365

第10章 固体电解质电池 368

10.1 概述 368

10.2 固体电解质的导电机理与一般特性 369

10.3 生成型电池 376

10.4 浓差电池 380

10.4.1 测氧浓差电池 381

10.4.2 测氧浓差电池热力学和动力学 383

10.4.3 测氧浓差电池的电子导电与渗氧 388

10.4.4 氧化锆固体电解质的特性和电极结构 390

10.4.5 氧化锆固体电解质定氧技术在钢铁工业中的应用 391

10.5 锂-碘电池 394

10.5.1 电化学反应生成LiI层的固体电解质电池 394

10.5.2 改性β-Al2O3陶瓷隔膜的Li-I2电池 395

10.5.3 无机碘化物PbI2作正极活性物质的Li-I2电池 395

10.6 银-碘电池 396

10.7 钠-硫电池 398

第11章 燃料电池 405

11.1 概述 405

11.1.1 燃料电池的发展历史 405

11.1.2 燃料电池的特点 405

11.1.3 燃料电池的类型 407

11.2.1 基本原理 409

11.2 燃料电池的工作原理 409

11.2.2 燃料电池的效率 410

11.2.3 燃料电池的工作电压 413

11.3 燃料电池用气体扩散电极 414

11.4 燃料、水及热 414

11.4.1 燃料的生产和提纯 414

11.4.2 水的生成及排除 415

11.4.3 热的生成及排除 416

11.5 燃料电池系统 416

11.6 燃料电池的类型 419

11.6.1 碱性氢-氧燃料电池(AFC) 419

11.6.2 磷酸型燃料电池(PAFC) 424

11.6.3 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 425

11.6.4 固体氧化物燃料电池(SOFC) 426

11.6.5 质子交换膜型燃料电池(PEMFC) 428

12.1 电池设计 429

12.1.1 电池设计基础 429

第12章 电池设计与电池检测技术 429

12.1.2 电池设计的基本步骤 432

12.2 电池检测技术 440

12.2.1 充放电性能测试 441

12.2.2 电池容量的测定 446

12.2.3 电池寿命及检测技术 449

12.2.4 电池内阻、内压的测定 450

12.2.5 高低温性能的测定 453

12.2.6 自放电及贮存性能的测试 455

12.2.7 安全性能测试 457

12.2.8 二次电池电极活性物质性能的测定 461

附表1 标准氧化-还原电位φ°(25℃) 465

附表2 参比电极 467

附表3 一些活性物质的电化当量 468

附表4 不同温度下H2SO4溶液的密度与质量分数对照表 469

附表5 氢氧化钾水溶液的密度和浓度(20℃) 471

附表6 氢氧化钠水溶液的密度和浓度(20℃) 473

参考文献 474