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书籍描述

作者简介
作者:(美)托马斯B.雷迪 译者:汪继强、刘兴江

目录
第1部分工作原理
第1章基本概念2
1.1电池和电池组的组成2
1.2电池和电池组的分类3
121原电池和原电池组3
122蓄电池和蓄电池组3
123贮备电池4
124燃料电池4
1.3电池工作5
1 3 1放电5
1 3 2充电5
1 3 3具体实例:镉/镍电池6
1 3 4燃料电池6
1.4电池的理论电压、容量和能量7
1 4 1自由能7
1 4 2理论电压7
1 4 3理论容量7
1 4 4理论能量11
1.5实际电池组的比能量和体积比能量11
1.6质量比能量和体积比能量上限13
参考文献14
第2章电化学原理和反应15
2.1引言15
2.2热力学基础17
2.3电极过程18
2.4双电层电容和离子吸附22
2.5电极表面的物质传输25
2 5 1浓差极化26
2 5 2多孔电极27
2.6电分析技术27
2 6 1循环伏安法27
2 6 2计时电位法30
2 6 3电化学阻抗谱法32
2 6 4间歇滴定技术34
2 6 5相图的热力学分析37
2 6 6电极38
参考文献39
第3章影响电池性能的因素41
3.1概述41
3.2影响电池性能的因素41
3 2 1电压水准41
3 2 2放电电流42
3 2 3放电模式44
3 2 4不同放电模式下电池性能评估实例46
3 2 5放电期间电池的温度46
3 2 6使用寿命48
3 2 7放电类型49
3 2 8电池循环工作制度49
3 2 9电压稳定性51
3 2 10充电电压52
3 2 11电池和电池组设计52
3 2 12电池老化与贮存条件55
3 2 13电池设计的影响56
参考文献56
第4章电池标准57
4.1概述57
4.2国际标准59
4.3标准概念60
4.4IEC和ANSI命名法60
4 4 1原电池60
4 4 2蓄电池62
4.5极端62
4.6电性能63
4.7标识64
4.8ANSI和IEC标准的对照表64
4.9IEC标准圆形原电池65
4.10标准SLI和其他铅酸蓄电池66
4.11法规与安全性标准74
参考文献75
第5章电池组设计76
5.1概述76
5.2消除潜在安全问题的设计76
5 2 1对原电池充电77
5 2 2防止电池组短路78
5 2 3反极78
5 2 4单体电池和电池组外部充电保护79
5 2 5设计锂原电池组需要考虑的特殊事项80
5.3分立电池组的安全措施81
5 3 1防止电池组插入错误的设计81
5 3 2电池尺寸82
5.4电池组构造83
5 4 1单体电池间的连接83
5 4 2电池封装84
5 4 3壳体设计84
5 4 4极柱和触点材料86
5.5可充电电池组设计86
5 5 1充电控制87
5 5 2放电/充电控制事例88
5 5 3锂离子电池88
5.6电能管理和控制系统89
参考文献92
第6章电池数学模型94
6.1概述94
6.2电池数学模型的建立96
6.3经验模型97
6.4机理模型100
6 4 1电子电荷传递101
6 4 2离子电荷传递101
6 4 3界面上电荷转移的驱动力102
6 4 4电荷传递速率102
6 4 5离子分布103
6.5钒酸银电池的动力学模型104
6.6多孔电极模型105
6.7铅酸电池模型106
6.8多孔电极的嵌入反应108
6.9能量平衡109
6.10电池容量衰减111
6.11确定正确模型114
参考文献114
第7章电解质116
7.1概述116
7.2水溶液电解质116
7 2 1碱性电解质117
7 2 2中性电解质119
7 2 3酸性电解质119
7.3非水电解质120
7 3 1有机溶剂电解质120
7 3 2无机溶剂电解质122
7.4离子液体122
7.5固体聚合物电解质123
7.6陶瓷/玻璃电解质123
参考文献124
第2部分原电池
第8章原电池概论128
8.1原电池的共性和应用128
8.2原电池的种类和特性129
8.3原电池系列的工作特性比较132
8 3 1概述132
8 3 2电压和放电曲线135
8 3 3比能量和比功率136
8 3 4有代表性的原电池的性能比较137
8 3 5放电负载及循环制度的影响138
8 3 6温度的影响138
8 3 7原电池的贮存寿命139
8 3 8成本140
8.4原电池的再充电141
第9章锌/碳电池142
9.1概述142
9.2化学原理144
9.3电池和电池组类型145
9 3 1勒克郎谢电池146
9 3 2氯化锌电池146
9.4结构146
9 4 1圆柱形电池结构147
9 4 2反极式圆柱形电池148
9 4 3叠层电池和电池组148
9 4 4特殊设计149
9.5电池组成149
9 5 1锌149
9 5 2碳包150
9 5 3二氧化锰150
9 5 4炭黑150
9 5 5电解质151
9 5 6缓蚀剂151
9 5 7碳棒152
9 5 8隔膜152
9 5 9密封153
9 5 10外套153
9 5 11端子153
9.6性能153
9 6 1电压153
9 6 2放电特性155
9 6 3间歇放电的影响155
9 6 4放电曲线比较——高负载下尺寸对氯化锌电池的影响157
9 6 5不同电池等级放电曲线比较158
9 6 6内阻161
9 6 7温度的影响163
9 6 8使用寿命164
9 6 9贮存寿命164
9.7特殊设计166
9.8单体及组合电池的型号及尺寸167
参考文献171
第10章镁电池和铝电池172
10.1概述172
10.2化学原理173
10.3镁/二氧化锰电池结构174
10 3 1标准结构174
10 3 2内外“反极”式结构175
10.4镁/二氧化锰电池的工作特性175
10 4 1放电性能175
10 4 2贮存寿命177
10 4 3内外“反极”式电池178
10 4 4电池设计179
10.5镁/二氧化锰电池的尺寸和类型179
10.6其他类型镁电池179
10.7铝原电池180
参考文献180
第11章碱性二氧化锰电池182
11.1概述182
11.2化学原理184
11.3电池组成和材料187
11 3 1正极的组成187
11 3 2负极的组成188
11.4结构190
11 4 1圆柱结构190
11 4 2小型电池结构191
11 4 3电池的型号和尺寸192
11 4 4测试标准192
11 4 5电池漏液193
11.5EVOLTATM和OXYRIDETM电池194
参考文献194
第12章氧化汞电池196
12.1概述196
12.2化学原理197
12.3电池组成197
12 3 1电解质197
12 3 2锌负极198
12 3 3镉负极198
12 3 4氧化汞正极198
12 3 5结构材料199
12.4结构199
12 4 1扣式电池结构199
12 4 2平板式电池结构200
12 4 3圆柱形电池结构200
12 4 4卷绕式负极电池结构200
12 4 5低电流放电电池结构200
12.5锌/氧化汞电池的工作特性201
12 5 1电压201
12 5 2放电性能201
12 5 3温度的影响202
12 5 4内阻202
12 5 5贮存202
12 5 6使用寿命203
12.6镉/氧化汞电池的工作特性203
12 6 1放电203
12 6 2贮存204
参考文献204
第13章锌/氧化银电池和锌/空气电池206
13.1锌/氧化银电池206
13 1 1概述206
13 1 2化学原理与组成206
13 1 3电池结构213
13 1 4工作特性213
13 1 5电池尺寸和型号216
13.2锌/空气电池217
13 2 1概述217
13 2 2化学原理218
13 2 3结构219
13 2 4工作特性221
参考文献233
参考书目234
第14章锂原电池235
14 1概述235
14 1 1锂电池的优点235
14 1 2锂原电池的分类236
14 2化学原理237
14 2 1锂237
14 2 2正极活性物质238
14 2 3电解质240
14 2 4电池电极对和反应机理241
14 3锂原电池的特性241
14 3 1设计和工作特性概述241
14 3 2可溶性正极的锂原电池241
14 3 3固体正极锂原电池245
14 4锂电池的安全和操作247
14 4 1影响到安全和操作的因素247
14 4 2需要考虑的安全事项247
14 5锂/二氧化硫电池248
14 5 1化学原理248
14 5 2结构250
14 5 3性能250
14 5 4电池型号和尺寸254
14 5 5Li/SO2电池和电池组的安全使用及操作事项254
14 5 6应用255
14 6锂/亚硫酰氯电池256
14 6 1化学原理256
14 6 2碳包式圆柱形电池257
14 6 3螺旋卷绕式圆柱形电池261
14 6 4扁形或盘形Li/SOCl2电池262
14 6 5大型方形Li/SOCl2电池264
14 6 6应用266
14 7锂/氯氧化物电池268
14 7 1锂/硫酰氯电池268
14 7 2卤素添加剂锂/氯氧化物电池268
14 8锂/二氧化锰电池271
14 8 1化学原理271
14 8 2结构271
14 8 3性能273
14 8 4单体电池和电池组的尺寸280
14 8 5应用和操作283
14 9锂/氟化碳电池284
14 9 1化学原理285
14 9 2结构285
14 9 3性能285
14 9 4单体和组合电池型号288
14 9 5应用和操作291
14 9 6锂/氟化碳电池技术的研究进展291
14 10锂/二硫化铁电池293
14 10 1化学原理293
14 10 2结构294
14 10 3性能295
14 10 4电池型号与应用298
14 11锂/氧化铜电池298
14 11 1化学原理299
14 11 2结构299
14 11 3性能300
14 11 4电池型号与应用302
14 12锂/银钒氧电池303
14 13锂/水电池和锂/空气电池303
参考文献303
第3部分蓄电池
第15章蓄电池导论308
15 1蓄电池的应用与特点308
15 2蓄电池的种类和特点310
15 2 1铅酸蓄电池310
15 2 2碱性蓄电池311
15 3各种蓄电池体系的性能比较312
15 3 1概述312
15 3 2电压和放电曲线316
15 3 3放电速率对电性能的影响317
15 3 4温度的影响318
15 3 5荷电保持319
15 3 6寿命320
15 3 7充电特性320
15 3 8成本322
参考文献323
第16章铅酸电池324
16 1一般特征324
16 1 1历史327
16 1 2生产统计和铅酸电池的使用328
16 2化学原理330
16 2 1一般特征330
16 2 2开路电压特征333
16 2 3极化和欧姆损耗333
16 2 4自放电334
16 2 5硫酸的特点和性质334
16 3结构特征、材料和生产方法337
16 3 1合金生产337
16 3 2板栅生产339
16 3 3铅粉生产344
16 3 4和膏345
16 3 5涂膏345
16 3 6固化347
16 3 7组装和隔板材料347
16 3 8壳盖密封350
16 3 9槽化成350
16 3 10电池化成351
16 3 11干荷电351
16 3 12测试和完成352
16 3 13运输352
16 3 14干荷电电池的激活352
16 4SLI(汽车)电池:结构和特征352
16 4 1一般特征352
16 4 2结构353
16 4 3性能特征354
16 4 4单电池和电池组型号、尺寸359
16 5深循环和牵引电池:结构和性能359
16 5 1结构359
16 5 2性能特征360
16 5 3电池型号和尺寸363
16 6备用电池:结构和特征365
16 6 1结构365
16 6 2性能特征367
16 6 3单电池及电池组型号和尺寸372
16 7充电和充电设备373
16 7 1通常考虑的因素373
16 7 2铅酸电池充电方法375
16 8维护、安全和运行特征378
16 8 1维护378
16 8 2安全380
16 8 3工作参数对电池寿命的影响381
16 8 4失效模式382
16 9应用和市场383
16 9 1汽车电池383
16 9 2小型密封铅酸蓄电池384
16 9 3工业电池385
16 9 4电动汽车385
16 9 5储能系统385
16 9 6功率调节和不间断电源系统386
16 9 7船艇电池387
参考文献387
第17章阀控铅酸电池390
17 1概述390
17 2化学原理392
17 3电池结构392
17 3 1VRLA圆柱形电池结构392
17 3 2VRLA方形电池结构393
17 3 3高功率电池设计395
17 4性能特征396
17 4 1VRLA圆柱形电池特征396
17 4 2VRLA方形电池特征403
17 4 3高倍率部分荷电状态下循环使用的新型电池设计405
17 5充电特征406
17 5 1一般考虑406
17 5 2恒压充电406
17 5 3快速充电407
17 5 4浮充电409
17 5 5恒电流充电410
17 5 6渐减电流充电411
17 5 7并联/串联充电412
17 5 8充电电流效率412
17 6安全与操作413
17 6 1析气413
17 6 2短路413
17 7电池型号和尺寸414
17 8VRLA电池应用于不间断供电电源416
17 9阀控铅酸蓄电池目前的研究进展和未来机遇418
参考文献418
第18章铁电极电池419
18.1概述419
18.2铁/氧化镍电池的化学原理420
18.3传统铁/氧化镍电池421
18 3 1结构421
18 3 2铁/氧化镍电池的特性423
18 3 3铁/氧化镍电池的规格426
18 3 4铁/氧化镍电池的操作和使用427
18.4先进铁/镍电池427
18.5铁/空气电池430
18.6铁/银电池432
18.7铁负极材料的新进展435
18.8铁正极材料435
参考文献437
第19章工业和空间用镉/镍电池439
19.1前言439
19.2化学原理441
19.3结构441
19.4特性443
19 4 1体积比能量和质量比能量443
19 4 2放电特性444
19 4 3内阻444
19 4 4荷电保持444
19 4 5寿命446
19 4 6机械强度和热稳定性446
19 4 7记忆效应447
19.5充电特性447
19.6密封镉/镍电池技术447
19.7纤维镉/镍电池技术448
19 7 1电极技术448
19 7 2生产灵活性449
19 7 3密封电池和开口电池449
19 7 4密封免维护FNC电池449
19 7 5性能451
19.8制造商和市场划分453
19.9应用454
参考文献455
第20章开口烧结式镉/镍电池456
20.1概述456
20.2化学原理457
20.3结构458
20 3 1极板及其制造工艺458
20 3 2隔膜459
20 3 3极组装配459
20 3 4电解质459
20 3 5电池壳460
20 3 6气塞和单向阀460
20.4特性460
20 4 1放电特性460
20 4 2影响容量的因素460
20 4 3变负载发动机启动应用中的功率462
20 4 4影响最大功率电流的因素462
20 4 5比能量与比功率463
20 4 6工作时间463
20 4 7荷电保持463
20 4 8贮存465
20 4 9寿命465
20.5充电特性465
20 5 1恒电位充电466
20 5 2恒电流控压充电466
20 5 3其他充电方法466
20 5 4充电电压的温度补偿467
20.6维护468
20 6 1电性能恢复468
20 6 2机械维护469
20 6 3系统检测标准469
20.7可靠性470
20 7 1失效模式470
20 7 2记忆效应470
20 7 3影响气体阻挡层失效的因素470
20 7 4热失控471
20 7 5潜在危险471
20.8电池和电池组设计472
20 8 1典型的开口烧结式镉/镍单体电池472
20 8 2典型的电池组设计473
20 8 3空冷/加热474
20 8 4温度传感器474
20 8 5电池壳475
20 8 6电池极柱475
20 8 7电池加热器475
20 8 8开口烧结式镉/镍电池的发展475
参考文献475
第21章便携式密封镉/镍电池477
21.1概述477
21.2化学原理478
21.3结构479
21 3 1圆柱形电池479
21 3 2扣式电池479
21 3 3小矩形电池480
21 3 4矩形电池480
21.4特性480
21 4 1概述480
21 4 2放电特性480
21 4 3温度的影响481
21 4 4内阻482
21 4 5工作时间483
21 4 6反极484
21 4 7放电模式484
21 4 8恒功率放电485
21 4 9贮存寿命(容量或荷电保持)485
21 4 10循环寿命485
21 4 11寿命估算和失效机理486
21.5充电特性488
21 5 1概述488
21 5 2充电过程489
21 5 3电压、温度和压力的关系489
21 5 4充电期间的电压特性490
21 5 5充电方法491
21.6特殊用途电池492
21 6 1高能电池492
21 6 2快充电电池493
21 6 3高温电池493
21 6 4耐热电池494
21 6 5存储器备份电池494
21 6 6小矩形电池494
21.7电池类型和型号496
21.8电池尺寸及可能性498
参考文献498
参考书目498
第22章金属氢化物/镍电池499
22.1概述500
22.2Ni/MH电池化学体系500
22 2 1化学反应500
22 2 2金属氢化物合金501
22 2 3氢氧化镍503
22 2 4电解质506
22 2 5隔膜506
22.3电池结构类型507
22 3 1圆柱形结构507
22 3 2扣式结构507
22 3 3小方形结构507
22 3 49V多单体电池508
22 3 5大方形电池508
22 3 6整体结构508
22.4电池设计510
22 4 1圆柱形结构与方形结构510
22 4 2金属壳与塑料壳511
22 4 3能量与功率的平衡511
22 4 4单体电池、电池模块和电池组的设计512
22 4 5热管理水冷与风冷512
22.5EV电池组512
22.6HEV电池组514
22 6 1HEV种类514
22 6 2电损耗515
22 6 3荷电状态保持515
22.7燃料电池的启动和动力辅助515
22.8消费类电池——预充Ni/MH电池516
22.9放电特性517
22 9 1概述517
22 9 2放电特性518
22 9 3质量比能量519
22 9 4比功率519
22 9 5放电速率和温度对容量的影响520
22 9 6工作寿命(工作时间)522
22 9 7荷电保持能力523
22 9 8循环寿命524
22 9 9搁置寿命526
22 9 10库仑/能量效率和内阻526
22 9 11过放电过程中的反极527
22 9 12放电类型528
22 9 13恒功率放电特性528
22 9 14电压降(记忆效应)528
22.10充电方法530
22 10 1概述530
22 10 2充电控制技术532
22 10 3充电方法533
22 10 4再生制动能535
22 10 5充电算法535
22.11电绝缘536
22.12下一代Ni/MH电池536
22 12 1降低成本536
22 12 2超高功率设计537
22 12 3储能电池538
参考文献538
第23章锌/镍电池540
23.1概述540
23.2锌/镍电池化学原理541
23 2 1锌电极542
23 2 2配对镍电极的考虑543
23 2 3隔膜544
23 2 4正极545
23.3电池单体结构545
23 3 1方形结构545
23 3 2密封圆柱结构546
23 3 3镍电极547
23 3 4锌电极548
23 3 5隔膜与电解质设计548
23.4性能特征549
23 4 1贮存特性553
23 4 2安全性553
23 4 3锌/镍单体电池和电池组554
23 4 4失效机理556
23.5应用557
23 5 1电动工具557
23 5 2割草机和园艺工具557
23 5 3轻型电动车558
23 5 4混合电动车558
23 5 5消费电子用AA电池559
23.6锌/镍电池的环境问题559
参考文献560
第24章氢镍电池562
24.1概述562
24.2化学反应562
24 2 1正常工作563
24 2 2过充电563
24 2 3过放电563
24 2 4自放电563
24.3电池与极组组件564
24 3 1正极(烧结式)564
24 3 2氢电极565
24 3 3隔膜材料565
24 3 4气体扩散网565
24.4Ni/H2电池结构565
24 4 1COMSAT Ni/H2电池566
24 4 2空军Ni/H2电池566
24 4 3质量比能量与体积比能量568
24.5氢镍电池组的设计569
24.6应用571
24 6 1GEO应用571
24 6 2LEO应用572
24 6 3地面应用573
24.7性能特性574
24 7 1电压特性574
24 7 2Ni/H2电池的自放电性能575
24 7 3电解质浓度对容量的影响576
24 7 4GEO性能577
24 7 5LEO性能数据578
24.8先进设计578
24 8 1IPV Ni/H2电池的先进设计578
24 8 2先进电池组设计理念579
24 8 3双极性Ni/H2电池581
参考文献581
参考书目583
第25章氧化银电池584
25.1概述584
25.2化学原理586
25 2 1电池反应586
25 2 2正极反应586
25.3电池构造和组成586
25 3 1银电极587
25 3 2锌电极588
25 3 3镉电极588
25 3 4铁电极588
25 3 5隔膜588
25 3 6电池壳589
25 3 7电解质和其他组件590
25.4性能590
25 4 1性能和设计权衡590
25 4 2锌/氧化银电池的放电特性591
25 4 3镉/银电池的放电特性594
25 4 4阻抗594
25 4 5荷电保持能力595
25 4 6循环寿命和湿寿命595
25.5充电特性599
25 5 1效率599
25 5 2锌/氧化银电池599
25 5 3镉/氧化银电池600
25.6单体类型和尺寸601
25.7需要特别注意的方面和处理方法602
25.8应用603
25.9最新进展605
参考文献607
第26章锂离子电池609
26.1概述609
26.2化学原理611
26 2 1嵌入反应过程612
26 2 2正极材料612
26 2 3负极材料621
26 2 4非水溶液锂电解质633
26 2 5电解质添加剂639
26 2 6隔膜材料641
26.3电池结构642
26 3 1卷绕式锂离子电池的结构643
26 3 2叠层锂离子电池的结构644
26 3 3“聚合物”锂离子电池的结构645
26.4锂离子电池特点与性能647
26 4 1锂离子电池的特点648
26 4 2商品锂离子电池的性能652
26.5安全特性667
26 5 1充电电极材料与电解质之间的反应与温度的依赖关系667
26 5 2对锂离子电池安全与设计的监管标准669
26.6结论与未来发展趋势673
参考文献673
第27章常温锂金属二次电池678
27.1概述678
27.2化学原理680
27 2 1负极680
27 2 2正极682
27 2 3电解质684
27.3金属锂二次电池的性质689
27 3 1电化学体系689
27 3 2选用有机液态电解质的电池689
27 3 3聚合物电解质电池693
27 3 4无机电解质电池695
27.4结论699
参考文献699
第28章可充电碱性锌/二氧化锰电池703
28.1概述703
28.2化学原理704
28.3结构705
28.4性能706
28 4 1第一次循环放电706
28 4 2循环706
28 4 3不同型号电池的性能707
28 4 4多单体并联电池707
28 4 5温度影响709
28 4 6贮存寿命709
28.5充电方法710
28 5 1恒电压充电710
28 5 2恒电流充电711
28 5 3脉冲充电711
28 5 4溢流充电712
28.6单体电池和电池组型号713
参考文献714
第4部分特殊电池体系
第29章电动汽车和混合电动车用电池718
29.1绪论718
29 1 1电动汽车718
29 1 2电动汽车推进的动力和能源721
29 1 3电动汽车电池组系统724
29 1 4电动汽车电池组的电子控制器724
29 1 5电动汽车的热管理725
29 1 6电动汽车电池的汽车集成725
29.2电动汽车电池的性能目标726
29.3电动汽车电池728
29.4电动汽车的其他储能技术733
29.5混合电动车734
29.6混合电动车的种类739
29 6 1停车起步(微型)型混合电动车740
29 6 2助力混合电动车741
29 6 3重型混合电动车744
29 6 4轻型混合电动车744
29 6 5插电式混合电动车745
29.7HEV电池性能需求比较747
29.8HEV电池的车辆集成748
29.9其他HEV储能技术755
参考文献755
第30章储能电池758
30.1概述:电网储能758
30.2沿革760
30 2 1抽水储能760
30 2 2沿革、标准化电力设施761
30 2 3不受监管的市场环境761
30.3电池储能:储能系统如何创造价值762
30 3 1快速备电763
30 3 2区域控制与频率响应后备763
30 3 3商品电存储765
30 3 4变电系统稳定766
30 3 5变电电压调节766
30 3 6输电设施升级延迟767
30 3 7配电设施升级延迟768
30 3 8用户电能管理768
30 3 9可再生能源管理769
30 3 10电源质量和可靠性769
30.4电池储能系统里程碑772
30 4 1新月电联盟(现为美国能源联合会),BESS,北卡罗来纳州772
30 4 2南加利福尼亚爱迪生季诺电池存储工程772
30 4 3波多黎各电力权威(PREPA)电池系统773
30 4 4金谷电器协会(GVEA)Fairbanks 电池系统774
30.5固定式用途的先进电池技术774
30 5 1βAl2O3钠高温电池774
30 5 2电化学体系描述776
30 5 3钠/硫体系电化学776
30 5 4钠/金属氯化物体系电化学777
30 5 5钠/硫电池技术778
30 5 6钠/氯化镍电池技术779
30 5 7钠/硫电池设计思路779
30 5 8βAl2O3钠电池系统应用780
30.6液流电池784
30 6 1锌/溴液流电池784
30 6 2电化学体系描述785
30 6 3性能786
30 6 4采用锌/溴电池的储能装置787
30 6 5全钒液流电池789
30 6 6采用全钒液流电池的储能设备789
30 6 7太平洋电力,犹他州城堡谷全钒液流电池(VRB)系统791
30.7结论791
参考文献792
第31章生物医学用电池796
31.1植入装置用电池和需求796
31 1 1植入式心脏起搏器796
31 1 2植入式心脏复率除颤器797
31 1 3植入式心脏同步化治疗除颤器798
31 1 4植入式心脏监护器799
31 1 5心脏辅助和完全型人工心脏装置799
31 1 6神经刺激器800
31 1 7临床实验800
31.2外部供电医疗装置电池的应用和需求801
31 2 1外部给药泵801
31 2 2听觉辅助装置801
31 2 3自动外部除颤器802
31.3安全因素803
31 3 1一次电池的安全性803
31 3 2二次电池的安全性804
31 3 3运输规则805
31.4可靠性805
31 4 1失效模式和故障树分析805
31 4 2电池设计的质量鉴定806
31 4 3非破坏性测试806
31 4 4破坏性测试807
31.5生物医学装置用电池的特性808
31 5 1锂/碘电池808
31 5 2锂/亚硫酰氯电池810
31 5 3锂/氟化碳电池811
31 5 4锂/钒酸银电池813
31 5 5锂/二氧化锰电池815
31 5 6锂/钒酸银电池与锂/氟化碳电池817
31 5 7锂离子电池819
31 5 8锌/空气电池822
31 5 9生物燃料电池823
参考文献824
第32章消费电子产品的电池选择829
32.1概述829
32.2电池选择的要素829
32.3典型的便携式应用830
32.4一次电池的种类和应用831
32.5二次电池的种类和应用832
32.6电池选择的详细标准836
32 6 1一次电池和二次电池的对比836
32 6 2电压836
32 6 3物理尺寸836
32 6 4容量838
32 6 5负载电流和曲线839
32 6 6温度需求839
32 6 7搁置寿命840
32 6 8充电840
32 6 9安全和监管841
32 6 10成本842
32.7决定和权衡843
32 7 1减少可能的选项843
32 7 2性能标准的权衡845
32.8规避电池选择中的常见失策846
第33章金属/空气电池847
33.1概述847
33.2化学原理849
33 2 1原理简介849
33 2 2空气电极850
33.3锌/空气电池851
33 3 1简介851
33 3 2便携式锌/空气原电池851
33 3 3工业锌/空气电池856
33 3 4混合空气/二氧化锰原电池859
33 3 5锌/空气充电电池859
33 3 6机械式充电锌/空气电池864
33.4铝/空气电池867
33 4 1中性电解质铝/空气电池868
33 4 2碱性电解质中的铝/空气电池869
33.5镁/空气电池876
33.6锂/空气电池877
33 6 1背景877
33 6 2阳极878
33 6 3电解质和隔膜878
33 6 4阴极879
33 6 5电池设计及性能879
33 6 6电池组设计883
33 6 7锂/水电池883
参考文献886
第34章水激活镁电池及锌/银贮备电池890
34.1水激活镁电池890
34 1 1概述890
34 1 2化学原理891
34 1 3水激活电池类型892
34 1 4结构892
34 1 5工作特性897
34 1 6电池用途905
34 1 7电池型号和尺寸907
34.2锌/氧化银贮备电池908
34 2 1概述908
34 2 2化学原理908
34 2 3结构909
34 2 4工作特性912
34 2 5单体和电池组型号和尺寸915
34 2 6特殊性能及维护917
34 2 7成本917
参考文献917
第35章军用贮备电池919
35.1常温锂负极贮备电池919
35 1 1概述919
35 1 2化学原理919
35 1 3结构921
35 1 4工作特性928
35 1 5应用932
35.2旋转贮备电池932
35 2 1概述932
35 2 2化学原理932
35 2 3设计依据933
35 2 4工作特性936
参考文献939
参考书目940
第36章热电池941
36.1概述941
36.2热电池电化学体系942
36 2 1负极材料943
36 2 2电解质943
36 2 3正极材料944
36 2 4焰火加热材料944
36 2 5激活方法945
36 2 6绝缘、隔热材料945
36.3单体电池化学原理946
36 3 1锂/二硫化铁体系946
36 3 2锂/二硫化钴体系948
36 3 3钙/铬酸钙体系948
36.4单体电池结构949
36 4 1杯式单体电池949
36 4 2开放式单体电池949
36 4 3片式单体电池950
36.5电堆结构设计951
36.6热电池性能特征953
36 6 1电压变化范围953
36 6 2激活时间954
36 6 3激活寿命954
36 6 4涉及热电池应用应注意的问题954
36.7热电池检测和监督955
36.8热电池的新发展956
参考文献956
参考书目957
第5部分燃料电池与电化学电容器
第37章燃料电池导论960
37.1概述960
37.2燃料电池的工作962
37 2 1反应机理962
37 2 2燃料电池的主要组件963
37 2 3一般特性963
37.3千瓦以下燃料电池965
37 3 1氢和富氢燃料965
37 3 2电化学转换966
37 3 3工作温度966
37 3 4组件特性966
37 3 5空气自呼吸系统968
37 3 6环境友好968
37 3 7成本968
37.4千瓦以下燃料电池的创新设计:固体氧化物燃料电池968
参考文献969
第38章小型燃料电池970
38.1概述970
38.2燃料电池技术分类971
38.3燃料电池电化学行为972
38.4电池堆结构973
38.5燃料选择974
38.6燃料处理与贮存技术974
38 6 1压缩氢气贮存974
38 6 2间接贮氢技术974
38 6 3燃料处理975
38 6 4燃料处理技术976
38 6 5气体处理977
38.7系统集成要求977
38 7 1燃料供应977
38 7 2空气供应978
38 7 3水管理978
38 7 4热管理978
38 7 5控制979
38.8硬件及特性979
38 8 1PEM燃料电池979
38 8 2固体氧化物燃料电池983
38.9预测984
参考文献984
第39章电化学电容器985
39.1概述985
39 1 1电化学电容器与电池的比较985
39 1 2电化学电容器的能量贮存986
39.2化学与材料特性990
39 2 1活性炭990
39 2 2改良碳材料990
39 2 3金属氧化物991
39 2 4集流体材料991
39 2 5电解质991
39.3电容器行为特征992
39 3 1小型碳/碳电容器(容量小于10F)992
39 3 2大型碳/碳电容器(容量大于100F)993
39 3 3采用先进材料的电容器特性及装置设计994
39.4电化学电容器模型994
39 4 1交流阻抗的等效电路994
39 4 2数学模型997
39 4 3混合电容器设计分析1000
39.5电化学电容器测试1001
39 5 1测试过程概述1002
39 5 2碳/碳电容器的测试1002
39 5 3混合电容器和赝电容电容器的测试1007
39.6电容器和电池的成本及系统1010
39 6 1电化学电容器和电池的成本1010
39 6 2电容器与电池相结合1011
39 6 3模块和寿命1013
39 6 4单体平衡1014
参考文献1016
第6部分附录附录A术语定义(英汉对照)1022
附录B标准还原电位1032附录C电池材料的电化学当量1033
附录D标准符号和常数1035
附录E换算系数1039附录F文献1049
附录G电池失效分析方法学1052
参考文献1078

序言
在21世纪的最初十年,我们看到在全世界范围内,电池工业对社会经济和技术的重要性已经发生了巨大飞跃。这个变化使得《电池手册》需要有一个全新的版本——第4版,以便能涵盖不断涌现的电池体系及其应用等新信息。为了读者能更方便快捷地查找到相关技术及应用的内容,在新版中增加了许多新的章节,同时也对一些章节进行了合并。更新了燃料电池方面的内容,新增加了在混合动力系统中非常重要的电化学电容器章节,以及在电池技术中重要性不断提高的电池模型章节。本手册另一个新的特点是有一个专门的电池电解质章节,它对在单独的各类电池体系章节中出现的相关内容进行了总结和扩展。
在原电池领域,出现了如数码相机等需要高功率的应用场合,为了满足这一需求,推动了碱锰电池的发展。同样,为了满足这些高功率的需要,人们设计开发了阴极材料为MnO2和NiOOH复合物的羟基氧化镍电池。在过去的十年中,LiFeS2电池由于其容量得到提高,因此已成为高功率用锂原电池的领头羊,在某些场合取代Li MnO2电池。
锂离子电池能量密度和比能量的提高,极大地促进了笔记本电脑或计算机、智能手机和电子书刊等消费电子市场的爆炸性发展。典型的商品化18650电池,采用LiCoO2/石墨体系,目前容量已达到255A•h,能量密度为570W•h/L,比能量为200W•h/kg。新型18650电池则能达到640W•h/L和240W•h/kg,它的负极是以合金代替传统的石墨碳材料,它的性能还能进一步提高。在完全更新和极大扩展的第26章“锂离子蓄电池”中详细描述了以上这些进展。新增加的第32章“消费电子产品的电池选择”详细介绍电子产品制造商在其产品应用中如何选择电池体系的过程。
以上这些进展也为混合电动汽车(HEVs)、插电式混合动力车(PHEVs)和电动汽车(EVs)带来新的推进系统。自从20世纪90年代后期,NiMH电池就是HEVs选择的电池系统,并且性能也很好。锂离子电池由于功率特性的提高,因此在HEVs上对NiMH电池提出挑战。此外,锂离子电池还被选用在“Chevy Volt PHEV”和“Nissan Leaf EV”上,这两款电动车在不久的将来就会进入市场。锂离子电池还被选为其他新研制电动车电池体系。同时,在铅酸电池的新设计比如超级蓄电池(UltrabatteryTM)中,Pb负极中含有碳,它能提供电容效应,可以减小负极的硫酸盐化。这就允许在微混合电动车中使用这种蓄电池,当汽车在空挡期间使发动机熄灭,以便减少尾气排放,当需要时再由蓄电池重新启动。在新的第29章“电动车电池”中详细介绍了所有这些新进展。
在新的第30章中介绍了储能电池,它对第3版中相关几个章节的内容进行了合并和更新。美国能源部近期信息表明:锂离子电池可能是将来能源贮存和电源调节用蓄电池的选择。
同样,本手册增加了新的一章“生物医学用电池”,它对第3版中相关的内容进行了合并和更新;并且为了满足应用需求,本手册把更多的重点放在了终端应用和电池的选择上。
第4版的另一个特征是把第3版中两章或更多章的内容合并成了新的一章,这样能为读者在查阅近似用途的电池或其系统时提供更方便的途径。删减了原来的第4部分“贮备电池”,在新的第4部分“特殊电池体系”中包含了贮备系统。在合并的章节中有一个新的第13章“扣式电池”,它合并了AgZn和Zn空气扣式电池的内容,因为这些电池在尺寸和应用上都有相似性。原来有关NiMH蓄电池的两章现在合并成了新的第22章,因为在新的第29章中包含了这种蓄电池在车辆上的应用。这些合并的章节详细介绍了上述技术的进展情况,以及消费品用能量型电池和HEVs用功率型电池的进展情况;其中消费品用预充电电池的设计是主要的进步。
本手册还包含了关于军用和空间用电池新的两章。首先,原来关于水激活镁电池和ZnAgO贮备电池的两章现合并成新的第34章“水激活镁电池及锌银贮备电池”;其次,以前关于军事应用的两章——“常温锂贮备电池”和“旋转贮备电池”现也被合并成新的第35章“军用贮备电池”。
伴随着消费电子产品中高能电池大量应用,现场故障变得更为普遍。因此,本手册的另一个新特征就是在电池技术中新增加了附录H“电池失效分析方法”。
最后,我要感谢为完成本手册付出时间和精力的60多位合作者。如果没有他们,就不会有今天的这本手册。感谢Lois Kisch女士打字工作的帮助。我要对在本手册准备期间提供帮助的Drs Dan Doughty,H Frank Gibbard , Mark Salomon 和George Blomgren一并表示感激;我要衷心感谢McGrawHill Professional Book Group的执行编辑Stephen S Chapman先生在本手册策划和准备期间提供的建议;还要对Glyph International团队的David Fogarty先生和他的同事们在本手册编写期间所做的贡献表示感谢!
本手册的工作是由David Linden先生发起的,他是第1版和第2版的主编。应他的邀请,我担任了第3版的合著者。David先生去世后,我继续完成了第4版的工作,真心希望本手册能达到前面几个版本的水平。
托马斯 B雷登(Thomas BReddy)
译者前言
第四版《电池手册》(Handbook of Batteries)是由Thomas B Reddy主编,组织美国一批电池专家撰写的最新电池专著。新版《电池手册》适应电池技术发展和电动车及大规模储能等新的应用需求,在对传统电池体系部分全面进行修订的基础上,新增和补充锂离子电池、燃料电池和电化学电容器、动力电池、储能电池、消费电子产品的电池选择、生物医学用电池、军用贮备电池、数学模型、故障分析等内容,列举了各种电池新产品、相关性能及应用情况。本版手册同时也为纪念David Linden(1923~2008)对本书及电池技术的杰出贡献而再版发行。
第四版《电池手册》分为5个部分,共39章,不仅覆盖了前三版的内容,而且介绍最新电池技术,具有内容丰富、新颖性和实用强的特点。相信本书可以成为我国从事电池研究、生产和使用的各类科技与专业人员的一本极具价值的参考书和工具书。同时也可以作为各类中、高等院校及电化学和电池专业师生的有益参考书。
中国电子科技集团公司第十八研究所作为全国最大的电池专业研究所承担了本书的翻译工作。参加该书翻译和审校的专家与科技人员有:汪继强、刘兴江、胡树清、刘浩杰、王松蕊、余劲鹏、杨同欢、葛智元、任丽彬、吴彩霞、汪燕、种晋等。同时,中国电子科技集团公司第十八研究所的相关领导和部门对该书的编撰与出版提供了许多支持和帮助。
在此我们谨向参与本书翻译和相关工作的专家和科技人员表示衷心感谢;向支持本项工作的领导和同事表示衷心感谢。
由于译者水平与时间所限,此书难免有不当之处,欢迎读者批评指正。
刘兴江汪继强2013年2月

内容简介
《电池手册》是由美国一大批知名电池专家撰写的电池专著,先后已经出版了第一版至第三版和目前最新的第四版。第四版《电池手册》为适应电池技术发展和电动车及大规模储能等新的应用需求,在对传统电池体系部分全面进行修订的基础上,新增和补充了锂离子电池、燃料电池和电化学电容器、动力电池、储能电池、消费电子产品的电池选择、生物医学用电池、军用贮备电池、数学模型、故障分析等内容,列举了各种电池新产品、相关性能及应用情况。
第四版《电池手册》共分5个部分,共39章。全书不仅覆盖了前三版内容,而且介绍了最新电池技术。本手册具有内容丰富、新颖性和实用强的特点。本书可以作为我国从事电池研究、生产和使用的广大科技人员、工程技术人员极具价值的参考书和工具书,同时也可作为各类中、高等院校及电化学及新能源材料专业师生的有益参考书。

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电池手册

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