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高能化学电源 - 管从胜、杜爱玲、杨玉国
出版日期:2005年3月
化学电源是将化学能直接转变为电能的装置，从电极反应过程机理、电极材料制备和电池组装到电池性能检测等涉及化学、材料和机械等多个学科，属于典型的交叉学科。自从1859年普兰特研制成功铅-酸电池和1868年勒克朗谢发明锌-锰干电池至今，化学电源经历了100多年的发展历史，形成了比较独立完整的科技体系，目前各种系列和型号的化学电源已经超过1000种，应用范围遍及国民生产各个领域和人们的日常生活中。
化学电源的理论研究成果，为研究开发高性能和新型化学电源以及改善和提高传统电池的性能提供了理论依据；材料科学的发展、各种新材料的研究成功和制造技术水平的提高，为高能和新型化学电源的研究开发提供了技术保障；尖端技术的发展，不仅拓宽了化学电源的应用领域，而且为化学电源的发展提出了更高要求；随着人们对环境保护意识的增强，污染严重的传统化学电源将逐步被淘汰，而各种绿色环保型化学电源将受到重视；电动汽车的发展为高能化学电源提供了广阔的市场。总之，高能化学电源的大发展时代已经到来，锂离子电池、金属氢化物-镍电池、可充电无汞碱性锌-锰电池、质子交换膜燃料电池和中高温燃料电池等高能和绿色环保化学电源将是本世纪的主流。
目前，有关化学电源的书籍很多，主要分为化学电源和燃料电池两大类，虽然各有特色，但是读者在选择时很茫然。总的来看，专业性太强的书籍，缺乏基础理论知识的叙述，通用性欠缺，只适合于从事相关研究人员参考；科普性的书籍，虽然面面俱到，但是又太简单，读者群体有限；大多数化学电源书籍，虽然对化学电源理论知识进行了介绍，但是缺乏系统性，而且燃料电池内容偏少，尚缺少一本满足大多数从事化学电源研究和生产人员的书籍。
作者查阅和参考了大量有关电化学理论和化学电源的科技文献资料，特别是《电极过程动力学导论》（查全性）、《电化学原理》（李荻等）、《金属腐蚀原理及应用》（魏宝明等）、《化学电源》 (吕鸣祥等）、《化学电源--电池原理及制造技术》（郭炳焜等）、《锂离子二次电池》 (吴宇平等）、《Fuel Cell System Explained 》 (James Larminie, ［英］) 、《燃料电池系统》（林维明等）、《燃料电池--原理·技术·应用》（衣宝廉）和《质子交换膜燃料电池的研究开发与应用》（黄倬等），结合作者多年从事腐蚀电化学和耐蚀材料教学以及化学电源科研工作的经验，考虑到目前读者的需求，编写了本书。在编写过程中引用了参考文献中的部分内容、图表和数据，在此特向参考文献的作者们表示衷心的感谢。
根据化学电源所需理论知识和各种化学电源的特点、共性、应用现状与研究开发动向，本书将内容分为6篇和13章。本书突出了化学电源的“高性能”，强调了化学电源的理论知识，特别是电解质溶液理论、电极过程动力学和金属的腐蚀与防护等。
第1篇为化学电源基础，包括化学电源概述和化学电源理论基础两章，在编写中力求基本概念清晰，理论知识系统、完整和通俗易懂。
第2篇为常用化学电源，包括铅-酸电池和锌-锰电池两章，虽然这两种电池不属于高能量电池，但是从技术水平和应用角度看，在今后很长一段时间内仍具有不可替代的作用，产量最大和应用最广，本书仍将其作为主要内容之一加以介绍，重点介绍可充电无汞碱性锌-锰电池和全密封铅-酸电池的发展方向。
第3篇为镍系化学电源，包括镉-镍电池和氢-镍电池两章，根据这两种电池正极和电解质溶液相同的特点而作为一篇内容介绍。
第4篇为锂系电池，包括锂电池和锂离子电池两章，在本篇中重点介绍了锂离子电池。
第5篇为燃料电池，包括燃料电池基本知识、质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池和中高温燃料电池四章。虽然燃料电池是化学电源的一种，但是与普通一次和二次电源有所不同，因此在化学电源的基础上，重点介绍了催化电极、燃料的催化氧化、氧化剂的催化还原、燃料与重整等。质子交换膜燃料电池是近年来发展最快的一种燃料电池，因此用一章篇幅作了重点介绍。磷酸型、熔融碳酸盐和固体电解质燃料电池可以实现热电联供，具有一定的共性，在中高温燃料电池一章中作了详细介绍。碱性燃料电池虽然最早被应用，但是近年来没有大的发展，所以仅作了简单介绍。
第6篇为安全、环保与综合利用。在化学电源制造、应用和回收过程中，会遇到具有腐蚀性和污染性的物质。随着人们对环境保护意识的加强，化学电源的污染越来越受到重视，在本篇中介绍了化学电源生产过程中的防护措施和废旧电池回收利用现状和经济价值。
本书第1章和第2章由山东大学管从胜和杜爱玲撰写，第5章和第6章由管从胜和北京交通大学杨玉国撰写，其余由管从胜撰写。管从胜负责全书统稿。
化学工业出版社对本书的出版给予了大力支持和帮助，在此对他们的工作表示深深的谢意。
由于作者水平有限，书中缺点和错误在所难免，敬请广大读者和同仁批评指正。高能化学电源目录
第1篇 化学电源基础
第1章 化学电源概述3
11 化学电源的发展历史3
12 化学电源的组成4
121 电极5
122 电解质9
123 隔膜14
124 电池壳体16
125 电池组装16
13 化学电源的工作原理17
131 一次电池17
132 二次电池18
133 燃料电池19
14 化学电源的分类19
15 化学电源的主要参数20
151 原电池电动势20
152 电池内阻21
153 开路电压和工作电压22
154 容量和比容量24
155 能量和比能量26
156 功率和比功率32
157 电池的储存性能34
158 电池寿命35
16 化学电源设计与检测简介36
161 化学电源设计36
162 化学电源检测38
163 电极活性物质性能检测45
17 化学电源的应用与研究开发46
171 化学电源的应用46
172 高能化学电源的研究开发47
参考文献50
第2章 化学电源理论基础51
21 电极/溶液界面双电层和电位差51
211 界面与相际51
212 最简单的双电层和电位差52
213 电极/溶液界面双电层的形成与电位差54
214 零电荷电位56
215 电极/溶液界面的等效电路57
216 电极/溶液界面双电层结构模型58
217 电极电位60
22 电池的电动势60
221 电化学体系的分类60
222 电池的可逆性61
223 电池的电动势62
224 电池电动势的测量63
225 电池电动势的热力学计算65
23 平衡电极电位65
231 电极的可逆性65
232 可逆电极的电位66
233 可逆电极的类型67
234 标准电极电位和电位序70
24 电极过程动力学73
241 电极的极化现象73
242 极化的原因和类型74
243 电化学极化76
244 浓差极化84
245 电阻极化93
246 阴极极化与阳极极化93
25 多孔电极过程94
251 两相多孔电极过程95
252 三相多孔电极过程99
253 气体扩散电极中的物质传递106
254 气体扩散电极中的电流分布107
26 析氢电极过程动力学109
261 氢离子的阴极还原过程109
262 析氢反应的电极过程机理113
263 不同电极上析氢反应本质119
27 析氧电极过程121
271 研究氧电极过程的意义和存在的困难121
272 氧电极的阳极过程123
参考文献126
第2篇 常用化学电源
第3章 锌-锰电池129
31 概述129
311 勒克朗谢电池130
312 纸板电池131
313 碱性锌-锰电池131
314 无汞碱性锌-锰电池131
32 锌电极132
321 锌电极的类型132
322 锌电极的析氢腐蚀与抑制措施134
323 锌电极的制备141
33 二氧化锰电极142
331 二氧化锰电极的阴极还原142
332 二氧化锰的物理化学性能144
333 二氧化锰电极的放电性能147
334 可充碱性锌二氧化锰电池149
335 二氧化锰正极的组成152
336 二氧化锰电极的制备153
34 其他电池材料153
341 电解质溶液153
342 隔膜155
343 电池壳体156
344 石墨（炭黑）156
345 密封剂156
346 集流体157
35 锌-锰电池制备及性能157
351 电池的制备工艺和结构157
352 锌-锰电池的性能160
参考文献164
第4章 铅-酸电池166
41 概述166
411 铅-酸电池的分类166
412 铅-酸电池的产品规格型号168
413 铅-酸电池的结构169
42 铅-酸电池的工作原理170
421 电池反应170
422 铅-酸电池体系电位-pH图171
43 二氧化铅电极172
431 二氧化铅的物理性质172
432 二氧化铅电极的放电机理与影响因素174
433 二氧化铅的充电机理178
434 二氧化铅电极的自放电179
435 二氧化铅电极的添加剂179
44 铅电极182
441 铅电极的充放电机理182
442 铅电极的钝化182
443 铅电极添加剂183
444 铅电极的硫酸盐化及消除185
445 铅电极的自放电187
446 极板厚度对铅电极活性材料利用率的影响188
447 铅电极的组成188
45 合金板栅189
451 板栅的作用189
452 板栅材料的性能要求190
453 合金板栅的分类190
454 铅锑合金板栅191
455 铅钙合金板栅194
456 其他板栅 197
457 板栅的腐蚀198
46 电解质溶液199
461 添加剂及作用199
462 胶体电解质200
47 隔板202
471 微孔硬橡胶隔板202
472 聚氯乙烯塑料隔板203
473 聚烯烃树脂微孔隔板203
474 玻璃纸浆复合隔板203
475 玻璃丝隔板及套管203
48 铅-酸电池的制造工艺204
481 板栅205
482 生极板制造205
483 极板的化成207
484 铅-酸电池的组装210
49 铅-酸电池的性能211
491 电池内阻211
492 充放电特性211
493 电池容量212
494 电池储存性能212
410 电池的使用与维护213
4101 初充电213
4102 使用过程中的充电方法213
4103 铅-酸电池的维护214
411 密封式免维护铅-酸电池214
4111 电池工作原理214
4112 电池制造215
4113 密封铅-酸蓄电池的性能215
4114 密封式铅-酸电池的发展方向216
参考文献218
第3篇 镍系电池
第5章 镉-镍电池223
51 概述223
511 镉-镍电池特点223
512 镉-镍电池反应224
513 镉-镍电池分类224
514 镉-镍电池型号和标志225
515 密封镉-镍电池225
516 镉-镍电池的发展226
52 氧化镍正极228
521 氧化镍正极的电极过程228
522 氧化镍正极材料的制备230
523 氧化镍正极添加剂及作用231
524 氧化镍正极活性物质的组成232
53 镉负极233
531 镉负极的电极过程机理233
532 镉负极添加剂及作用233
533 镉负极活性物质234
54 镉-镍电池电极制造234
541 袋式电极235
542 烧结式电极236
543 黏结式电极239
544 泡沫镍电极240
545 电沉积式电极242
546 纤维式电极244
55 镉-镍电池245
551 有极板盒式镉-镍电池245
552 烧结式镉-镍电池246
553 密封式镉-镍电池247
554 快充式镉-镍电池249
56 镉-镍电池的性能251
561 镉-镍电池的充放电性能253
562 活性物质的利用率253
563 自放电性能254
564 电池寿命254
565 耐过充和过放电能力255
566 电池内阻255
567 温度特性255
568 记忆效应255
57 镉-镍电池的使用与维护256
571 充放电制度256
572 电池活化257
573 电解液更换257
参考文献257
第6章 氢-镍电池259
61 概述259
611 高压氢-镍电池259
612 低压氢-镍电池260
62 高压氢-镍电池261
621 高压氢-镍电池的工作原理261
622 高压氢-镍电池的结构263
623 高压氢-镍电池的性能268
63 金属氢化物-镍电池270
631 金属氢化物-镍电池的工作原理270
632 金属氢化物-镍电池的结构和制备273
633 金属氢化物-镍电池的性能276
64 储氢合金279
641 储氢合金分类280
642 负极用储氢合金281
643 典型储氢合金281
644 金属氢化物的储氢与放氢原理285
645 储氢合金的结构和性能287
646 储氢合金制备290
647 储氢合金的表面改性293
648 储氢合金的研究现状及方向294
65 金属氢化物-镍电池的研究现状与开发方向297
651 研究现状297
652 开发方向298
653 MH-Ni电池技术299
参考文献300
第4篇 锂系电池
第7章 锂电池303
71 概述303
711 锂电池的分类和特点303
712 锂电池的命名方法305
713 锂电池的电极反应306
714 锂电池的组成306
72 有机电解质锂电池307
721 锂-二氧化锰电池308
722 锂-二氧化硫电池311
723 锂-聚氟化碳电池313
73 无机电解质锂电池314
731 Li-SOCl2电池组成和电池反应315
732 Li-SOCl2电池的特性316
74 熔盐锂电池317
741 负极材料317
742 正极材料319
743 电解质323
744 电池辅助材料324
745 熔盐锂电池的结构和特性325
75 热电池328
751 热电池的特点328
752 负极材料329
753 正极材料329
754 电解质330
755 热电池的性能330
参考文献331
第8章 锂离子电池332
81 概述332
811 锂离子电池332
812 锂离子电池的特点333
813 锂离子电池的工作原理334
814 锂离子电池的发展历史335
82 正极材料336
821 正极材料的性能336
822 氧化钴锂340
823 氧化镍锂342
824 氧化锰锂344
825 氧化钒锂347
826 影响正极活性物质电化学性能的因素348
83 负极材料349
831 碳素材料350
832 石墨化碳素材料352
833 无定形碳354
834 碳素材料的改性355
835 插锂机理简介357
836 其他负极材料简介358
84 电解质360
841 有机电解质溶液360
842 聚合物电解质364
843 无机电解质369
85 其他材料370
851 隔膜材料370
852 胶黏剂371
853 集流体371
854 导电剂371
855 正温度系数端子371
86 锂离子电池的组装372
861 正极活性物质制备372
862 负极活性物质制备374
863 正、负极制备374
864 电池组装374
87 锂离子电池的性能374
88 锂离子电池的开发与应用376
881 在电子产品方面的应用376
882 在交通工具方面的应用377
883 在军事上的应用378
884 在储能方面的应用378
参考文献379
第5篇 燃料电池
第9章 燃料电池基本知识383
91 燃料电池的发展历史383
92 燃料电池的工作原 本书不仅可作为从事化学电源研究、生产、应用和废旧化学电源回收工作者的参考书，也可作为高等学校电化学工程、应用电化学、金属腐蚀与防护等专业师生的参考书。高能化学电源内容介绍:
本书在介绍化学电源基本理论知识之上，重点叙及各种化学电源的特点、共性、应用现状与研究开发动向，共分6篇13章。主要内容包括：化学电源基础、常用化学电源(含锌-锰电池和铅-酸电池)、镍系电池(含镉-镍电池和氢-镉电池)、锂系电池(含锂电池和锂离子电池)、燃料电池(含质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池和中高温燃料电池)及安全、环保与综合利用等。书中对各种电池的原理、材料选择与制备、电池组装与应用、电池性能等进行了阐述。
本书不仅可作为从事化学电源研究、生产、应用和废旧化学电源回收工作者的参考书，也可作为高等学校电化学工程、应用电化学、金属腐蚀与防护等专业师生的参考书。
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