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 4

1.1.3 化学电源用隔膜 4

1.1.4 封口剂 12

1.1.5 电池组 13

1.2 化学电源的分类 14

1.3 化学电源的工作原理 15

1.3.1 一次电池工作原理 16

1.3.2 高能电池原理 16

1.4 化学电源的性能 24

1.4.1 原电池电动势 24

1.4.2 电池内阻 24

1.4.3 开路电压和工作电压 25

1.4.4 电池的容量与比容量 28

1.4.5 电池的能量和比能量 30

1.4.6 电池的功率和比功率 31

1.4.7 贮存性能和自放电 33

1.4.8 电池寿命 34

1.5 化学电源的应用 34

第2章 化学电源的理论基础 36

2.1 电池电动势 36

2.2 可逆电池和可逆电极 37

2.2.1 可逆电池 37

2.2.2 可逆电极 39

2.2.3 可逆电池热力学 41

2.3 浓差电池 43

2.3.1 离子浓差电池 43

2.3.2 电极浓差电池 44

2.4 电极过程 45

2.4.1 极化作用 46

2.4.2 过电位 46

2.4.3 电化学步骤的基本动力学方程式 47

2.5 气体电极过程 54

2.5.1 氢电极过程 54

2.5.2 氧电极过程 65

2.5.3 电催化作用 68

2.5.4 气体扩散电极 71

2.6 半导体电化学 74

2.6.1 半导体-溶液界面反应 76

2.6.2 半导体空间电荷层 78

2.6.3 光电化学电池 79

第3章 一次化学电源 82

3.1 概述 82

3.2 锌-锰电池 84

3.2.1 锌-锰电池的分类 84

3.2.2 锌-锰电池的工作原理 86

3.2.3 锌-锰电池材料 102

3.2.4 锌-锰电池制造工艺 109

3.2.5 锌-锰电池的主要性能 114

3.2.6 可充碱性锌-锰电池的充电制度 121

3.3 锌-氧化汞电池 122

3.3.1 锌-氧化汞电池的工作原理 122

3.3.2 锌-氧化汞电池结构和制造工艺 123

3.3.3 锌-氧化汞电池的性能 124

3.4 锌-银电池 125

3.4.1 概述 125

3.4.2 锌-银电池的工作原理 125

3.4.3 锌-银电池制造工艺 130

3.4.4 锌-银扣式电池的制造 136

3.4.5 锌-银电池的性能 137

3.5 锌-空气电池 138

3.5.1 概述 138

3.5.2 锌-空气电池的工作原理 138

3.5.3 锌-空气电池的结构及制造工艺 140

3.5.4 锌-空气电池的性能 144

第4章 铅酸蓄电池 147

4.1 概述 147

4.1.1 铅酸蓄电池分类及型号 147

4.1.2 铅酸蓄电池的结构 149

4.2 铅酸蓄电池的化学原理 149

4.2.1 电池反应 150

4.2.2 Pb-H2SO4-H2O系电位？p-pH图 153

4.3 二氧化铅电极 156

4.3.1 PbO2的物理化学性质 156

4.3.2 正极充放电反应机理 158

4.4 负极活性物质 164

4.4.1 铅负极的充放电机理 164

4.4.2 铅负极添加剂及其作用机理 166

4.4.3 铅负极的不可逆硫酸盐化及消除方法 168

4.4.4 铅负极自放电 169

4.5 板栅合金 172

4.5.1 板栅的作用及性能 172

4.5.2 板栅腐蚀 172

4.5.3 板栅合金分类及特性 176

4.6 隔板 184

4.6.1 微孔硬橡胶隔板 184

4.6.2 聚氯乙烯（PVC）塑料隔板 185

4.6.3 聚烯烃树脂微孔隔板 185

4.6.4 玻璃棉纸浆复合隔板 185

4.6.5 玻璃丝隔板及套管 186

4.7 电解液 186

4.8 铅酸蓄电池的制造工艺 186

4.8.1 板栅制造 187

4.8.2 生极板制造 191

4.8.3 极板化成 196

4.8.4 电池化成 201

4.8.5 铅酸蓄电池装配 202

4.9 铅酸蓄电池的性能 203

4.9.1 电性能 203

4.9.2 充放电特性 203

4.9.3 电池容量 204

4.9.4 电池贮存性能 205

4.10 铅酸蓄电池的使用与维护 206

4.10.1 初充电 207

4.10.2 电池在使用过程的充电方法 207

4.10.3 铅酸蓄电池维护 208

4.11 密封式免维护铅酸蓄电池 208

4.11.1 密封式免维护铅酸蓄电池工作原理 209

4.11.2 密封铅酸蓄电池制造工艺特点 209

4.11.3 密封铅酸蓄电池装配 210

4.11.4 密封铅酸蓄电池性能 211

第5章 镉-镍电池 213

5.1 概述 213

5.1.1 镉-镍电池分类 213

5.1.2 镉-镍电池型号和标志 214

5.2 镉-镍电池的工作原理 216

5.2.1 氧化镍电极工作原理 218

5.2.2 镉电极的反应机理 223

5.2.3 密封镉-镍电池工作原理 224

5.3 电极材料及电极的制造 228

5.3.1 Ni（OH）2正极材料 228

5.3.2 负极活性物质的制造 250

5.3.3 电极制造技术 250

5.4 镉-镍电池的结构和制造 269

5.4.1 有极板盒式镉-镍电池 270

5.4.2 烧结式镉-镍电池 271

5.4.3 密封式镉-镍电池 273

5.5 镉-镍电池的性能 276

5.5.1 镉-镍电池的充、放电特性 276

5.5.2 镉-镍电池的活性物质利用率 280

5.5.3 自放电特性 281

5.5.4 电池寿命 281

5.5.5 耐过充、过放能力 282

5.5.6 电池内阻 282

5.5.7 温度特性 284

5.5.8 电池记忆效应 284

5.6 镉-镍电池的使用和维护 284

5.6.1 电池的充放电制度 285

5.6.2 电池活化 285

5.6.3 电解液更换 287

5.7 镉-镍电池技术进展 288

5.7.1 发泡式镉-镍电池 288

5.7.2 镍纤维式镍电极镉-镍电池 289

5.7.3 粘结式镉-镍电池 290

5.7.4 快充式镉-镍电池 291

第6章 氢-镍电池 292

6.1 概述 292

6.2 高压氢-镍电池 294

6.2.1 高压氢-镍电池的化学原理 294

6.2.2 高压氢-镍电池制造工艺分析 296

6.2.3 高压氢-镍电池的性能 299

6.3 金属氢化物-镍（MH-Ni）电池 302

6.3.1 MH-Ni电池的工作原理 303

6.3.2 金属氢化物（MH ） 306

6.3.3 贮氢合金负极材料 333

6.3.4 贮氢合金的制造技术 367

6.3.5 贮氢合金的发展 377

6.3.6 贮氢合金电极的制造 379

6.3.7 MH-Ni电池的结构和制造工艺 381

6.3.8 MH-Ni电池的性能 385

6.3.9 MH-Ni动力电池及其应用 398

6.3.10 MH-Ni电池的使用和维护 413

6.3.11 MH-Ni电池的发展前景 417

第7章 锂电池 418

7.1 概述 418

7.1.1 锂电池的特性 418

7.1.2 锂电池命名方法（GB10077标准） 421

7.1.3 锂电池分类 423

7.2 锂电池的工作原理 427

7.3 锂电池的组成 427

7.3.1 锂负极 427

7.3.2 正极物质 429

7.3.3 电解液 429

7.4 锂有机电解质电池 429

7.4.1 Li-MnO2电池 431

7.4.2 Li-SO2电池 436

7.4.3 Li-（CFx ）n电池 439

7.5 锂无机电解质电池 441

7.5.1 Li-SOCl2电池的组成和结构 442

7.5.2 Li-SOCl2电池的性能 442

第8章 锂离子电池 446

8.1 概述 446

8.2 锂离子电池的化学原理 448

8.2.1 锂离子电池的工作原理 448

8.2.2 锂离子电池电压 449

8.3 锂离子电池材料 453

8.3.1 正极材料 453

8.3.2 多元复合正极材料LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3O2 463

8.3.3 新型正极材料LiFePO4（磷酸亚铁锂） 474

8.3.4 碳负极材料 489

8.3.5 锂离子电池电解液 493

8.3.6 隔膜 502

8.4 锂离子电池的结构和制造工艺 504

8.4.1 正极活性物质制造 505

8.4.2 碳负极材料的制造 508

8.4.3 正、负极制造 508

8.4.4 组装 508

8.5 锂离子聚合物电池 509

8.5.1 锂离子聚合物电池特性 509

8.5.2 聚合物电解质 510

8.5.3 锂离子聚合物电池制造工艺 511

8.6 锂离子电池的性能 511

8.7 锂离子电池的应用前景 514

8.7.1 电池成本 514

8.7.2 电动汽车用锂离子电池 515

第9章 激活电池 517

9.1 热激活电池 517

9.1.1 热激活电池的特性和用途 517

9.1.2 热电池的工作原理 518

9.1.3 热电池的结构和激活方法 518

9.1.4 热电池的制造工艺 520

9.1.5 锂系热电池 523

9.2 水激活电池 525

9.2.1 概述 525

9.2.2 水激活电池的工作原理 526

9.2.3 水激活电池的制造 527

第10章 固体电解质电池 530

10.1 概述 530

10.2 固体电解质的导电机理与一般特征 531

10.3 生成型电池 540

10.4 浓差电池 543

10.4.1 测氧浓差电池 544

10.4.2 测氧浓差电池热力学和动力学 546

10.4.3 测氧浓差电池的电子导电与渗氧 551

10.4.4 电子导电对电动势测定的影响 553

10.4.5 氧化锆固体电解质的特性和电极结构 554

10.4.6 氧化锆固体电解质定氧技术在钢铁工业中的应用 555

10.5 锂-碘电池 558

10.5.1 电化学反应生成LiI层的固体电解质电池 558

10.5.2 改性β-A12 O3陶瓷隔膜的Li-I2电池 558

10.5.3 无机碘化物PbI2作正极活性物质的Li-I2电池 560

10.6 银-碘电池 560

10.7 钠-硫电池 563

第11章 燃料电池 570

11.1 概述 570

11.1.1 燃料电池的发展历史 570

11.1.2 燃料电池的特点 570

11.1.3 燃料电池的类型 572

11.2 燃料电池的工作原理 574

11.2.1 基本原理 574

11.2.2 燃料电池的效率 576

11.2.3 燃料电池的工作电压 578

11.3 燃料电池用气体扩散电极 580

11.4 燃料、水及热 580

11.4.1 燃料的生产和提纯 580

11.4.2 水的生成及排除 581

11.4.3 热的生成及排除 582

11.5 燃料电池系统 582

11.6 燃料电池的类型 585

11.6.1 碱性氢-氧燃料电池（AFC） 585

11.6.2 磷酸型燃料电池（PAFC） 590

11.6.3 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 592

11.6.4 固体氧化物燃料电池（SOFC） 594

11.6.5 质子交换膜型燃料电池（PEMFC） 595

第12章 氧化还原液流电池 598

12.1 概述 598

12.2 氧化还原液流电池的特性 603

12.3 氧化还原液流电池的工作原理 604

12.4 氧化还原液流电池结构 606

12.4.1 电极 609

12.4.2 隔膜 614

12.4.3 电解液 615

12.5 钒电池的充、放电特性 623

12.6 钒氧化还原液流电池组 626

12.7 氧化还原液流电池的发展前景 629

第13章 电化学电容器（EC） 630

13.1 概述 630

13.1.1 电化学电容器发展历史 630

13.1.2 电化学电容器的特性 631

13.2 电化学电容器（EC）的工作原理 633

13.2.1 贮能机理 633

13.2.2 EC的工作原理 636

13.3 EC的分类 638

13.3.1 双电层电容器（EDLC） 639

13.3.2 法拉第准电容器（Faradicpseundo Capacitance） 640

13.3.3 混合电化学电容器（Hybrid Capacitor） 642

13.4 电化学电容器的组成和结构 643

13.4.1 电极 644

13.4.2 电化学电容器用电解质 644

13.4.3 隔膜 645

13.4.4 电化学电容器结构 645

13.5 电化学电容器制造工艺 649

13.5.1 碳基电化学电容器 649

13.5.2 金属氧化物电化学电容器 653

13.5.3 导电聚合物电化学电容器 669

13.6 电化学电容器的性能 670

13.6.1 电容量 671

13.6.2 功率 671

13.6.3 最大贮能 671

13.6.4 电压 671

13.6.5 电流 672

13.6.6 自放电 672

13.6.7 内阻 673

13.6.8 循环寿命 675

13.6.9 EC的工作温度范围 675

13.7 电化学电容器的应用 676

13.7.1 EC和高比能量电池组成混合电源 676

13.7.2 电容公交车和无轨电车上用作动力电源 677

17.7.3 电化学电容器在UPS中的应用 678

第14章 电池设计与电池检测技术 679

14.1 电池设计 679

14.1.1 电池设计基础 679

14.1.2 电池设计的基本步骤 682

14.2 电池检测技术 691

14.2.1 充放电性能测试 691

14.2.2 电池容量的测定 698

14.2.3 电池寿命及检测技术 701

14.2.4 电池内阻、内压的测定 702

14.2.5 高低温性能的测定 705

14.2.6 自放电及贮存性能的测试 707

14.2.7 安全性能测试 709

14.2.8 二次电池电极活性物质性能的测定 714

附表1 标准氧化-还原电位？？ （25℃） 718

附表2 参比电极 721

附表3 一些活性物质的电化当量 722

附表4 不同温度下H2 SO4溶液的密度与质量分数对照表 724

附表5 氢氧化钾水溶液的密度和浓度（20℃ ） 726

附表6 氢氧化钠水溶液的密度和浓度（20℃ ） 729

附表7 符号表 730

参考文献 732