电池手册（原著第五版）

1 国际视野，权威汇聚。

2 专业译审，精准呈现。

3 体系完整，实用为先。

《电池手册》是由美国数十位知名电池专家撰写的综合性工具书，先后出版了第一版至第四版，以及目前的第五版。第五版《电池手册》为了适应电池技术的快速发展，满足电动汽车、大规模储能、信息技术应用、医疗健康等领域的新型应用需求，在全面修订和更新经典电池体系部分的基础上，新增了关于新兴电池技术、电池制造、电池测试以及电池安全等方面的大量内容，并介绍了各类电池新产品、相关性能参数及应用实例。
第五版《电池手册》共分六个部分，特别强化了对当前电池技术进展的介绍。全书内容翔实、技术信息新颖、实用性强。对于从事电池研究、生产及应用的科技人员和工程技术人员来说，既是一本极具价值的技术参考书，也是一本不可或缺的实用工具手册；同时，本书也可作为高校电化学、新能源材料、新能源技术等专业师生的重要参考书。

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第一部分 纵览与综述 1
第1章　序言与概述： 电、电化学与电池 2
1.0　概述 2
1.1　手册内容和结构 2
1.2　电化学时代 3
1.3　电池工作原理 5
1.4　电池术语 5
1.5　电池组件 5
1.6　电池的分类 6
1.6.1　原电池 6
1.6.2　蓄电池或可充电电池 7
1.6.3　储备电池 7
1.6.4　燃料电池 7
1.7　电池的工作原理 8
1.7.1　放电 8
1.7.2　充电 8
1.7.3　实例（镍镉电池） 8
1.7.4　燃料电池 9
1.8　电化学理论基础 9
1.8.1　自由能 9
1.8.2　理论电压 9
1.8.3　理论容量 11
1.8.4　理论能量 11
1.9　电池的实际比能量和能量密度 14
1.10　比能量和能量密度的限制 15
1.11　市场趋势 16
1.12　案例研究： 用于运煤的电池驱动驳船 17
1.13　电池系统体系 18
参考文献 18

第2章　原材料 19
2.0　概述 19
参考文献 19
2A　活性材料 20
2A.1　引言 20
2A.1.1　电池活性材料性能 20
2A.1.2　电池的能量特性 20
2A.2　锂离子电池活性材料 20
2A.2.1　锂离子电池正极材料 21
2A.2.2　锂化、层状过渡金属氧化物材料 21
2A.2.3　过渡金属磷酸锂和其他锂电池正极材料 26
2A.2.4　锂离子电池负极 27
2A.3　铅酸电池活性材料 28
2A.4　镍-金属氢化物电池活性材料 29
2A.5　原电池活性材料 29
2A.6　“超越锂离子”的蓄电池材料 29
2A.6.1　单质硫正极材料 29
2A.6.2　钠硫电池 30
2A.6.3　镁基电池 30
2A.6.4　钒液流电池 30
参考文献 30
2B　金属和矿物 31
2B.1　引言 31
2B.2　分类 31
2B.2.1　纯金属（和合金） 31
2B.2.2　矿物/化合物 34
2B.2.3　战略性矿产和贵金属 35
2B.3　总结 35
参考文献 35
2C　聚合物和有机材料 36
2C.1　引言 36
2C.2　主要分类 36
2C.2.1　聚合物 36
2C.2.2　电解质 38
2C.2.3　工艺溶剂 38
2C.2.4　纤维素 38
2C.3　属性 39
参考文献 39
2D　陶瓷和无机材料 40
2D.1　引言 40
2D.2　综述 40
2D.2.1　陶瓷和玻璃 40
2D.2.2　无机化合物 40
2D.2.3　物理形态 40
2D.2.4　氧化物和硅酸盐 41
2D.2.5　碳酸盐和氢氧化物 41
2D.2.6　其他 41
2D.3　总结 42
参考文献 42
2E　碳和石墨 43
2E.1　引言 43
2E.2　石墨的供应 43
2E.3　结论 44
参考文献 44

第3章　电池组件 45
3.0　概述 45
参考文献 45
3A　电极 46
3A.1　引言 46
3A.2　通用电极类型 46
3A.3　典型电极种类 47
3A.3.1　片/箔/网状金属活性材料电极 47
3A.3.2　粉末或固态无机物活性材料电极 48
3A.3.3　聚合物活性材料电极 48
3A.3.4　聚合物复合材料电极 48
3A.3.5　液态和气态电极 49
3A.4　新型电极创新 49
3A.4.1　指导原则 49
3A.4.2　当前电极生产流程的局限 50
3A.5　范例研究：新型相转变方案 50
参考文献 51
3B　电解质 52
3B.1　引言 52
3B.2　电解质的基本功能 52
3B.3　水系电解液 53
3B.3.1　碱性电解液 54
3B.3.2　中性电解液 55
3B.3.3　酸性电解液 56
3B.4　非水系电解液 56
3B.4.1　有机电解液 56
3B.4.2　无机电解液 58
3B.4.3　离子液体 58
3B.5　固态电解质 58
3B.5.1　固态聚合物电解质 59
3B.5.2　无机固态电解质 59
参考文献 59
3C　隔膜 61
3C.1　引言 61
3C.2　隔膜技术概述 61
3C.3　锂电池隔膜测试方法 62
3C.3.1　物理性质 62
3C.3.2　机械性质 63
3C.3.3　热稳定性测试 64
3C.3.4　化学浸润作用对隔膜的影响 64
3C.3.5　隔膜电性能测试 65
3C.3.6　隔膜测试总结 65
3C.4　新型隔膜技术 67
参考文献 67
3D　从电池到终端用户的电气连接 68
3D.1　引言 68
3D.2　电气连接的设计因素 68
3D.3　电池电气连接的设计特点 69
3D.4　电池连接架构与要求 70
3D.4.1　单体电池和电池模组内部的连接 70
3D.4.2　电池和电池之间在外部环境中的连接 71
3D.4.3　电池包和电池组间的连接 71
3D.4.4　电池组与设备间的连接 72
3D.5　总结 73
3E　电池封装技术 75
3E.1　引言 75
3E.2　原始电池容器 76
3E.3　全密封封装 76
3E.3.1　玻璃容器与玻璃金属密封（GTM） 77
3E.3.2　金属容器 77
3E.3.3　聚合物罐/套管/托盘 78
3E.3.4　层压箔袋 78
3E.4　总结 79
参考文献 79


第二部分 电化学电池工作原理 80
第4章　电化学原理和反应 81
4.1　概述 81
4.2　热力学基础 83
4.3　电极过程 83
4.4　双电层电容和离子吸附 87
4.5　电极表面的物质传输 89
4.5.1　浓差极化 90
4.5.2　多孔电极 91
4.6　电化学分析技术 91
4.6.1　循环伏安法和线性扫描伏安法 91
4.6.2　计时电位法 94
4.6.3　间歇滴定技术 96
4.6.4　电化学阻抗谱法 99
4.6.5　离子迁移数 102
4.6.6　参比电极 102
参考文献 103

第5章　电池性能的影响因素 105
5.1　基本特征 105
5.2　概述 105
5.3　单体电池设计的影响因素 106
5.3.1　电极设计 106
5.3.2　多样化电池结构设计 106
5.3.3　复合系统 107
5.3.4　电池形状 108
5.3.5　内部组件装配比 108
5.3.6　电流密度的影响 108
5.4　电池组设计的影响因素 108
5.5　电压响应 109
5.6　放电电流 110
5.6.1　C 倍率 110
5.7　放电曲线/模式 111
5.7.1　平衡电压控制 111
5.7.2　放电模式 112
5.7.3　电池性能实例研究 113
5.7.4　间歇放电 115
5.7.5　变负载循环 115
5.8　温度影响 117
5.9　工作寿命 117
5.10　电池充电 118
5.11　电池储存 118
参考文献 119

第6章　电池数学模型 120
6.1　概述 120
6.1.1　电池模型的发展 120
6.2　数学模型 122
6.2.1　经验模型 123
6.2.2　机制模型 125
6.3　多孔电极模型 129
6.4　电池模型应用实例研究 131
6.4.1　银钒氧化物电池的动力学模型 131
6.4.2　铅酸电池模型 133
6.5　电池热效应模型 134
6.6　衰减模型 136
6.7　确定正确模型 139
参考文献 141


第三部分 电池产品概述 143
第7章　电池系统设计 144
7.1　概述 144
7.2　电池系统组成 144
7.2.1　单体-单体连接 145
7.2.2　单体电池的物理结构和封装 145
7.2.3　电池外壳设计和材料 146
7.2.4　极柱和连接材料 146
7.3　充电、监测、控制 147
7.3.1　特色和优势 148
7.3.2　电池电子电路的功能要求 149
7.3.3　智能电池系统（SBS） 152
7.4　电气故障及安全性 152
7.4.1　电池组短路 153
7.4.2　高倍率放电或充电 153
7.4.3　超过推荐电压范围的过充或者过放 153
7.4.4　串联电池间的不均衡性 154
7.4.5　不正确的充电控制 154
7.5　机械故障及安全性 155
7.5.1　单体电池包装要求 155
7.5.2　防止电池组插入错误的设计 155
7.6　电池组设计实例 155
7.6.1　电池均衡 155
7.6.2　简单保护装置 156
7.6.3　放电和充电控制实例 156
7.7　总结 158
参考文献 158

第8章　电池标准 159
8.1　概述 159
8.2　国际标准 159
8.3　通用电池标准 160
8.3.1　ANSI 和IEC 电池标准对照 162
8.3.2　圆柱形电池IEC 标准 163
8.3.3　标准SLI 和其他铅酸蓄电池 164
8.4　IEC 和ANSI 命名法 168
8.4.1　原电池 168
8.4.2　蓄电池 169
8.5　各种标准类别 170
8.5.1　电池端子 170
8.5.2　电性能 171
8.5.3　标识 172
8.6　法规与安全性标准 172
参考文献 173

第9章　原电池导论 175
9.1　原电池基本特征和应用 175
9.2　原电池的种类和特性 176
9.2.1　原电池的特性 176
9.3　原电池性能对比 179
9.3.1　概述 179
9.3.2　电压和放电曲线 182
9.3.3　功率和能量指标 182
9.3.4　典型原电池性能对比 183
9.3.5　放电负载及循环制度的影响 185
9.3.6　温度影响 185
9.3.7　原电池的储存特性 185
9.3.8　成本 187
9.4　原电池再充电 187
参考文献 188

第10章　蓄电池导论 189
10.1　蓄电池应用 189
10.2　分类 189
10.3　市场趋势 190
10.4　蓄电池常规特性 191
10.5　蓄电池的种类和特点 192
10.5.1　铅酸电池 193
10.5.2　碱性蓄电池 193
10.5.3　锂蓄电池 194
10.6　蓄电池体系性能对比 195
10.6.1　概述 195
10.6.2　电压和放电曲线 198
10.6.3　放电速率对性能的影响 198
10.6.4　温度影响 200
10.6.5　荷电保持 200
10.6.6　寿命 201
10.6.7　充电特性 202
10.6.8　成本 203
参考文献 204


第四部分 电化学电池设计和平台技术 205
第四部分A　原电池 206
第11章　水系原电池 207
11.0　概述 207
参考文献 209
11A　锌碳电池： 勒克朗谢电池和氯化锌电池 210
11A.1　锌碳电池概述 210
11A.2　化学原理 210
11A.3　电池类型及结构 211
11A.3.1　电池和电池组类型 211
11A.3.2　结构 212
11A.3.3　电池组成 214
11A.4　性能 218
11A.4.1　电压 218
11A.4.2　放电特性 219
11A.4.3　内阻 223
11A.4.4　温度的影响 226
11A.4.5　使用寿命 226
11A.4.6　扁平式锌-二氧化锰P-80 电池 228
11A.4.7　单体及组合电池的型号及尺寸 230
参考文献 234
11B　水系镁和铝原电池 235
11B.1　概述 235
11B.2　化学原理 235
11B.2.1　电化学：镁负极 235
11B.2.2　电化学：铝负极 236
11B.3　镁-二氧化锰电池结构 236
11B.3.1　标准结构 237
11B.3.2　内-外“反极”式结构 237
11B.4　镁-二氧化锰电池的工作特性 237
11B.4.1　放电性能 237
11B.4.2　储存寿命 239
11B.4.3　Mg-MnO2 电池类型和尺寸 239
11B.4.4　其他类型镁电池 241
参考文献 241

第12章　碱性原电池 243
12.0　概述 243
12.0.1　锌-二氧化锰 243
12.0.2　锌-氧化汞 244
12.0.3　锌-氧化银 244
参考文献 245
12A　碱性二氧化锰电池 246
12A.1　概述 246
12A.2　电池电化学 247
12A.3　电池设计与结构 250
12A.3.1　组成和材料 250
12A.3.2　电池类型 253
12A.4　性能特点 255
12A.4.1　电池的型号和尺寸 255
12A.4.2　测试标准 256
12A.4.3　电池漏液 257
12A.4.4　EvoltaTM 和OxyrideTM 电池 257
参考文献 258
12B　碱性氧化汞电池 259
12B.1　概述 259
12B.2　化学原理 259
12B.3　电池设计与组成 259
12B.3.1　成分 259
12B.3.2　电池结构 261
12B.4　电池的工作特性 262
12B.4.1　锌-氧化汞电池 262
12B.4.2　镉-氧化汞电池 264
参考文献 265
12C　碱性氧化银电池 266
12C.1　概述 266
12C.2　化学原理与组成 266
12C.3　电池设计和构造 266
12C.3.1　组件 266
12C.3.2　电池结构 272
12C.4　工作特性 272
12C.4.1　开路电压 272
12C.4.2　放电特性 273
12C.4.3　储存寿命 273
12C.4.4　工作寿命 275
12C.4.5　电池尺寸和型号 276
参考文献 277

第13章　锂原电池 278
13.0　锂原电池的一般特性 278
13.0.1　锂原电池的优点 278
13.0.2　锂原电池的分类 279
13.0.3　常规电化学性能 280
13.0.4　锂原电池的设计和特性 284
13.0.5　锂电池的安全和操作 289
13A　锂-二氧化硫电池 292
13A.1　概述 292
13A.2　化学原理 292
13A.3　结构 293
13A.4　性能和应用 294
13A.4.1　电池输出 294
13A.4.2　影响性能的因素 295
13A.4.3　电池型号和尺寸 298
13A.4.4　L-i SO2 电池和电池组的使用及操作安全注意事项 299
13A.4.5　应用 299
13B　锂-亚硫酰氯电池 301
13B.1　概述 301
13B.2　化学原理 301
13B.3　电池的设计和组成 302
13B.4　性能和应用 302
13B.4.1　碳包式圆柱形电池 302
13B.4.2　螺旋卷绕式圆柱形电池 306
13B.4.3　扁形或盘形电池 308
13B.4.4　大型方形电池 310
13B.4.5　应用 311
13C　锂-氯氧化物电池 314
13C.1　概述 314
13C.2　锂-硫酰氯电池化学性能 314
13C.3　电池类型 314
13C.3.1　基本设计 314
13C.3.2　含卤素添加剂的锂-氯氧化物电池 315
13C.4　电池性能和应用 316
13C.4.1　添加BrCl 的L-i SOCl2 电池（BCX） 316
13C.4.2　添加Cl2 的L-i SO2Cl2 电池（CSC） 317
13D　锂-二氧化锰电池 318
13D.1　概述 318
13D.2　化学原理 318
13D.3　结构 318
13D.3.1　纽扣式电池 318
13D.3.2　碳包式L-i MnO2 圆柱形电池 319
13D.3.3　卷绕式L-i MnO2 圆柱形电池 319
13D.3.4 9V 电池组 319
13D.3.5　袋式电池 320
13D.4　性能和应用 321
13D.4.1　电池性能 321
13D.4.2　性能影响因素 329
13D.4.3　单体单池和电池组的尺寸 330
13D.4.4　应用和操作 331
13E　锂-氟化碳电池 333
13E.1　概述 333
13E.2　化学原理 333
13E.3　结构 333
13E.4　性能和应用 334
13E.4.1　性能 334
13E.4.2　单体和组合电池型号 337
13E.4.3　应用和操作 339
13E.4.4　锂-氟化碳电池技术的研究进展 339
13F　锂-二硫化铁电池 342
13F.1　概述 342
13F.2　化学原理 342
13F.3　结构 343
13F.4　性能和应用 343
13F.4.1　电池性能 343
13F.4.2　性能影响因素 346
13F.4.3　电池型号与应用 347
13G　锂-氧化铜电池 348
13G.1　概述 348
13G.2　化学原理 348
13G.3　结构 349
13G.4　性能特点与应用 349
13G.4.1　性能 349
13G.4.2　电池型号与应用 351
13H　锂-钒酸银电池 353
13I　锂-水蓄电池和锂-空气蓄电池 354
参考文献 354

第四部分B　蓄电池 356
第14章　铅酸电池 357
14.1　概述 357
14.1.1　历史 358
14.1.2　生产统计和铅酸电池的使用 360
14.2　化学原理 360
14.2.1　一般特征 360
14.2.2　开路电压特征 362
14.2.3　极化和阻抗损失 363
14.2.4　自放电 363
14.2.5　硫酸的特征和性质 364
14.2.6　VRLA 氧气复合循环 365
14.3　富液式铅酸电池——结构特征、材料和制造方法 366
14.3.1　合金制备 369
14.3.2　板栅制造 369
14.3.3　铅粉（氧化铅）生产 374
14.3.4　铅膏生产 374
14.3.5　涂膏 375
14.3.6　固化 376
14.3.7　组装和隔膜材料 377
14.3.8　壳盖密封 379
14.3.9　槽式化成 379
14.3.10　电池化成 380
14.3.11　干荷电 381
14.3.12　测试和结束 381
14.3.13　运输 381
14.3.14　干荷电电池的激活 382
14.4　阀控式铅酸电池一般特征 382
14.4.1　VRLA 电池结构——圆柱形电池 383
14.4.2　VRLA 电池结构——方形电池 383
14.4.3　性能特征 384
14.4.4　电池种类和尺寸 389
14.5　铅碳电池和其他先进设计 390
14.5.1　碳强化设计 390
14.5.2　碳负极集流体 391
14.5.3　碳负极 391
14.5.4　超级电容器-电池混合电池 391
14.5.5　双极性铅酸电池 392
14.6　充电和充电设备 392
14.6.1　概述 392
14.6.2　VRLA 电池的充电 394
14.6.3　铅酸电池的充电方法 394
14.6.4　充电效率 401
14.7　维护、安全和操作特性 402
14.7.1　维护 402
14.7.2　安全 404
14.7.3　操作参数对电池寿命的影响 405
14.7.4　失效模式 406
14.8　SLI（汽车用） 电池： 结构和性能 407
14.8.1　 一般特征 407
14.8.2　汽车应用 407
14.8.3　结构 408
14.8.4　性能特征 410
14.8.5　单电池和电池组型号、尺寸 414
14.8.6　增强型富液式电池 414
14.9　深循环电池、牵引电池和动力电池：结构和性能 415
14.9.1　船艇电池 415
14.9.2　结构 415
14.9.3　性能特征 417
14.9.4　电池、种类和尺寸 420
14.10　固定应用和储能电池 422
14.10.1　总则 422
14.10.2　富液式固定应用电池 423
14.10.3　VRLA 电池 432
14.11　电网储能应用 437
14.11.1　总则 437
14.11.2　储能服务中的铅酸电池 438
14.11.3　铅酸电池与锂离子电池的竞争态势 439
参考文献 440

第15章　镍基蓄电池 442
15.0　镍基正极材料综述 442
15.0.1　引言 442
15.0.2　镍基正极电极化学原理 442
15.0.3　组分和电极设计 443
15A　铁镍电池 444
15A.1　引言 444
15A.2　电池化学原理 445
15A.2.1　电化学反应 445
15A.2.2　添加剂与性能提升 445
15A.3　电池组成和结构 446
15A.3.1　常规方形电池结构 446
15A.3.2　袋式负极 446
15A.3.3　管状正极 447
15A.3.4　常规袋式电池组装 447
15A.3.5　高级金属板式电池 447
15A.3.6　电解液 448
15A.4　产品性能和应用 448
15A.4.1　性能 448
15A.4.2　应用和总结 452
参考文献 455
15B　开口式镍镉电池 456
15B.1　开口式电池简介 456
15B.1.1　袋式电极 456
15B.1.2　烧结极板 456
15B.1.3　先进极板设计 457
15B.2　化学原理 458
15B.3　电池组件和构造 459
15B.3.1　袋式电池 459
15B.3.2　烧结极板电池 460
15B.3.3　先进板式开口式电池 462
15B.3.4　电池模块 462
15B.4　性能与应用 464
15B.4.1　一般性能特征 464
15B.4.2　产品和应用 480
参考文献 484
15C　密封镍镉电池 485
15C.1　密封电池概述 485
15C.1.1　密封电池技术的发展 485
15C.1.2　专用设计特点 485
15C.2　化学原理 486
15C.2.1　基本反应 486
15C.2.2　密封与开口设计对比 487
15C.3　组件、设计、构造 487
15C.3.1　一般电池类型 487
15C.3.2　FNC 电极技术 489
15C.3.3　密封FNC 电池工作特性 490
15C.3.4　制造灵活性 491
15C.4　性能和应用 491
15C.4.1　FNC 密封式飞机电池的性能 491
15C.4.2　典型密封圆柱形和纽扣式电池的一般性能特征 493
15C.4.3　一般充电特性 501
15C.4.4　特殊用途电池 505
15C.4.5　电池类型和尺寸 508
15C.4.6　电池尺寸和可用性 510
参考文献 510
15D　镍-金属氢化物电池 511
15D.1　简介 511
15D.1.1　概述 511
15D.1.2　一般特性 511
15D.2　电池化学原理 512
15D.3　电池组件和结构 513
15D.3.1　金属氢化物合金 513
15D.3.2　氢氧化镍 515
15D.3.3　电解质 518
15D.3.4　隔膜 518
15D.3.5　电池结构类型 519
15D.4　电池应用和性能 522
15D.4.1　电池和电池设计 522
15D.4.2　消费类电池——预充电N-i MH电池 524
15D.4.3　放电性能 525
15D.4.4　循环/寿命性能 530
15D.4.5　电性能分析 534
15D.4.6　充电特性 536
15D.4.7　具体应用 542
15D.4.8　下一代N-i MH 电池 544
参考文献 544
15E　锌镍电池 546
15E.1　概述 546
15E.1.1　一般特性 546
15E.1.2　背景 546
15E.2　化学原理 546
15E.3　电池设计和构造 547
15E.3.1　电池组成 547
15E.3.2　单体电池和电池结构 548
15E.3.3　设计注意事项 550
15E.4　性能特点与应用 550
15E.4.1　失效机制 550
15E.4.2　性能和寿命 551
15E.4.3　应用工程 555
参考文献 559
15F　氢镍电池 560
15F.1　一般特性 560
15F.2　化学原理 560
15F.2.1　一般操作 561
15F.2.2　过充电 561
15F.2.3　反极 561
15F.2.4　自放电 561
15F.3　电池组件和设计 561
15F.3.1　电池组件 561
15F.3.2　氢镍电池结构 563
15F.3.3　氢镍电池的理论质量比能量与体积比能量 566
15F.3.4　氢镍电池组的设计 566
15F.4　应用和性能 569
15F.4.1　一般应用 569
15F.4.2　一般性能特点 570
15F.4.3　GEO 应用性能 573
15F.4.4　LEO 应用性能 575
15F.4.5　先进电池 575
参考文献 578

第16章　金属氧化物正极碱性蓄电池 580
16.0　概述 580
16A　氧化银电池 581
16A.1　概述 581
16A.2　化学原理 582
16A.2.1　正极反应 582
16A.2.2　总电池反应 583
16A.3　电池构造和组成 583
16A.3.1　氧化银正极 583
16A.3.2　负极 584
16A.3.3　隔膜 585
16A.3.4　电池壳 586
16A.3.5　电解液和其他组件 587
16A.4　性能特征和电池应用 588
16A.4.1　性能和设计权衡 588
16A.4.2　锌-氧化银电池的放电特性 588
16A.4.3　镉-氧化银电池的放电特性 592
16A.4.4　铁-氧化银电池的充放电特性 593
16A.4.5　阻抗 595
16A.4.6　荷电保持能力 595
16A.4.7　循环寿命和湿寿命 596
16A.4.8　充电特性 598
16A.4.9　电池类型和尺寸 599
16A.4.10　需要特别注意的问题和处理方法 601
16A.4.11　应用 601
16A.4.12　总结 605
参考文献 605
16B　氧化锰正极 607
16B.1　概述 607
16B.2　化学原理 607
16B.3　电池设计和组成 608
16B.4　电池性能和应用 609
16B.4.1　首次循环放电特性 609
16B.4.2　循环性能 609
16B.4.3　温度影响 609
16B.4.4　储存寿命 611
16B.4.5　充电方法 612
16B.4.6　单体电池和电池组型号 613
16B.4.7　应用 614
参考文献 614
16C　氧化铁正极 615
16C.1　概述 615
16C.2　电化学原理 615
16C.3　电池设计和组成 615
16C.4　电池性能及应用 615
参考文献 617

第17章　锂蓄电池 618
17.0　锂基电池概述 618
17.0.1　简介 618
17.0.2　历史和背景 618
17.0.3　展望 619
17A　锂离子电池 620
17A.1　概述 620
17A.1.1　优点和缺点 621
17A.1.2　命名与标识 622
17A.2　化学原理 623
17A.2.1　嵌入反应过程 623
17A.2.2　正极材料 625
17A.2.3　负极材料 633
17A.2.4　非水溶液电解质 644
17A.2.5　电解液添加剂 650
17A.2.6　隔膜材料 651
17A.3　结构 654
17A.3.1　卷绕式锂离子电池结构 654
17A.3.2　卷绕式方形锂离子电池结构 656
17A.3.3　叠片式方形锂离子电池结构 656
17A.3.4　“聚合物”锂离子电池结构 657
17A.4　特点与性能 658
17A.4.1　锂离子电池的特点 659
17A.4.2　商用锂离子电池的性能 660
17A.5　安全特性 670
17A.5.1　充电电极材料与电解液之间反应对温度的依赖性 670
17A.5.2　锂离子电池安全与设计的监管标准 672
17A.6　结论与未来发展趋势 675
参考文献 676
17B　锂金属负极电池 681
17B.1　概述 681
17B.1.1　综合特性 681
17B.1.2　发展历史 681
17B.2　化学原理 683
17B.2.1　负极 683
17B.2.2　正极 687
17B.2.3　电解质 689
17B.3　电池设计和比较 692
17B.3.1　液体电解质电池 692
17B.3.2　固体聚合物电解质电池 695
17B.3.3　无机固态电解质电池 698
17B.3.4　混合电解质电池 700
17B.4　应用和性能 700
17B.5　结论 702
参考文献 702

第四部分C　其他电池和特种电池 708
第18章　金属-空气电池 709
18.0　基本特性 709
18.0.1　化学原理 710
18.0.2　空气电极 712
参考文献 712
18A　碱性锌-空气电池 713
18A.1　概述 713
18A.2　化学特性 713
18A.3　电池设计和构造 714
18A.3.1　纽扣式锌-空气原电池 714
18A.3.2　便携式锌-空气原电池 717
18A.3.3　工业锌-空气原电池 717
18A.3.4　混合型锌-空气-氧化锰原电池 717
18A.3.5　可充电式锌-空气电池 717
18A.3.6　机械式充电锌-空气电池 718
18A.4　性能和应用 718
18A.4.1　纽扣式和硬币形原电池性能 718
18A.4.2　便携式锌-空气电池 729
18A.4.3　工业锌-空气原电池 733
18A.4.4　锌-空气/氧化锰混合原电池 733
18A.4.5　锌-空气蓄电池 734
18A.4.6　机械式充电体系（替换负极） 736
参考文献 739
18B　水溶液电解质体系金属-空气电池 740
18B.1　概述 740
18B.1.1　铝-空气电池 740
18B.1.2　镁-空气电池 740
18B.1.3　铁-空气电池 740
18B.2　化学原理 740
18B.2.1　铝-空气电池 740
18B.2.2　镁-空气电池 741
18B.2.3　铁-空气电池 742
18B.3　设计和结构 742
18B.3.1　铝-空气电池 742
18B.3.2　镁-空气电池 743
18B.3.3　铁-空气电池 743
18B.4　性能与应用 743
18B.4.1　铝-空气电池 743
18B.4.2　镁-空气电池 751
18B.4.3　铁-空气电池 751
参考文献 753
18C　锂金属负极体系 754
18C.1　背景 754
18C.2　电化学原理 754
18C.3　电池设计和组成 754
18C.3.1　负极 754
18C.3.2　电解质和隔膜 755
18C.3.3　正极 756
18C.4　应用和性能 756
18C.4.1　初步电池测试 756
18C.4.2　软包电池测试 758
18C.4.3　可充电性 759
参考文献 759

第19章　燃料电池 760
19.1　概述 760
19.1.1　背景与简介 760
19.1.2　分类 761
19.2　不同种类燃料电池电化学特性 762
19.2.1　燃料电池类型 762
19.2.2　电化学特性 763
19.3　燃料电池设计和结构 765
19.3.1　电堆设计 765
19.3.2　燃料电池系统整体设计 766
19.3.3　燃料供给体系 767
19.4　燃料电池产品、应用和性能 771
19.4.1　概述 771
19.4.2　燃料电池使用要求 774
19.4.3　燃料电池系统原型和商品 776
19.4.4　商业化系统总结 778
19.4.5　发展趋势和市场因素 779
参考文献 782

第20章　电化学电容器 783
20.1　引言 783
20.1.1　电化学电容器与电池的比较 783
20.1.2　电化学电容器的能量储存 785
20.2　化学反应 789
20.3　材料特性和电容器设计 789
20.3.1　活性炭电极 789
20.3.2　新型碳材料电极 790
20.3.3　新型复合材料电极 791
20.3.4　使用锂化法拉第电极的混合电容器 791
20.3.5　集流体材料 791
20.3.6　电解质 792
20.4　电容器性能特征 793
20.4.1　小型碳-碳电容器 793
20.4.2　大型碳-碳电容器 793
20.4.3　采用新型材料的单体电容器性能 794
20.4.4　电化学电容器模型 795
20.4.5　电化学电容器设计分析 798
20.4.6　电化学电容器测试 800
20.4.7　电容器和电池的成本及系统 809
参考文献 814

第21章　热电池 818
21.1　概述 818
21.2 热电池电化学体系 819
21.2.1　锂-二硫化铁体系 820
21.2.2　锂-二硫化钴体系 821
21.2.3　钙-铬酸钙体系 821
21.3　体系设计与构建 822
21.3.1　电池组成 823
21.3.2　单体电池结构 824
21.3.3　电池设计 827
21.4　性能特点和应用技术规格 830
21.4.1　激活时间 830
21.4.2　电压调节 830
21.4.3　激活寿命 830
21.4.4　接合系统注意事项 831
21.4.5　热电池检测和监测 831
21.4.6　热电池的新发展 832
参考文献 833

第22章　新兴技术 834
22.1　概述 834
22.2　各部分主题 834
22.3　警示性建议 834
22A　混合电解质 836
22A.1　概述 836
22A.2　固态和混合正极 836
22A.3　锂金属负极的多层界面 837
22A.4　用于固态电解质隔膜的陶瓷聚合物复合材料 838
22A.5　展望 839
参考文献 840
22B　氧化还原液流电池 843
22B.1　概述 843
22B.1.1　简介和背景 843
22B.1.2　特性和优点 844
22B.2　氧化还原液流电池的类型 844
22B.2.1　铁-铬液流电池 844
22B.2.2　全钒液流电池 845
22B.2.3　钒-溴液流电池 846
22B.3　氧化还原液流电池候选体系 847
22B.3.1　过去的工作 847
22B.3.2　未来的工作 847
参考文献 848
22C　固态电解质（陶瓷、玻璃、聚合物） 849
22C.1　引言 849
22C.1.1　优势 849
22C.1.2　挑战 849
22C.1.3　技术方案 850
22C.2　固态离子在刚性晶体和玻璃态固体中的传输机制 850
22C.3　锂离子固态电解质——陶瓷和硬质玻璃 852
22C.3.1　类LISICON 固态电解质 853
22C.3.2　硫银锗矿结构固态电解质 853
22C.3.3　石榴石型结构固态电解质 853
22C.3.4　其他结晶或玻璃态固态电解质材料 855
22C.4　锂离子固态电解质——聚合物材料 855
22C.5　商业化和工程解决方案 856
22C.5.1　复合固态电解质材料 856
22C.5.2　界面问题 856
22C.5.3　固态电解质材料合成过程 857
参考文献 857


第五部分 电池应用 859
第23章　消费电子产品的电池选择 860
23.1　概述 860
23.1.1　典型的便携式应用 861
23.2　原电池 862
23.2.1　原电池性能的对比 863
23.3　蓄电池 864
23.3.1　蓄电池性能的对比 865
23.4　电池选择的性能标准 867
23.4.1　原电池和蓄电池的对比 867
23.4.2　电压 867
23.4.3　物理尺寸 867
23.4.4　容量 869
23.4.5　负载电流和负载曲线 870
23.4.6　温度要求 870
23.4.7　搁置寿命 871
23.4.8　充电 871
23.5　安全与监管问题 873
23.6　经济/生产标准 873
23.7　总体选择标准 875
23.7.1　减少可能的选项 875
23.7.2　性能标准的权衡 876
23.8　风险规避标准 877
参考文献 878

第24章　个人动力设备 879
24.0　概述 879
24A　电动工具 880
24A.1　引言 880
24A.2　动力电池设计 881
24A.3　包装、系统设计与安全 882
24A.3.1　包装 882
24A.3.2　工具 882
24A.3.3　充电器 882
24A.4　应用 882
24A.4.1　钻孔和紧固工具 883
24A.4.2　切割和磨削工具 884
24A.4.3　园艺设备 885
24A.4.4　吸尘器 885
24B　可充电手电筒 886
24B.1　引言 886
24B.2　Gates 能源产品公司——西尔斯可充电手电筒 887
24B.3　总结 888
参考文献 889

第25章　先进电池系统 890
25.0　概述 890
25A　轻型电动车（驾驶技术浪潮） 891
25A.1　引言：可以供人骑行的电动车 891
25A.2　轻型电动车：区别与联系 892
25A.3　骑行的要求：功率、能量和效率 894
25A.3.1　非流线体 895
25A.3.2　峰值和谷值 896
25A.3.3　实际骑行测试 896
25A.3.4　续航里程 897
25A.3.5　快速、简便地支付： 按需求灵活出行 898
25A.4　它让车轮转动起来 900
25A.4.1　良性循环 900
25A.4.2　没有两块电池是完全相同的 901
25A.5　戴上头盔： 轻型电动车电池管理和安全 902
25A.5.1　电池故障和蔓延 903
25A.5.2　肘部擦伤、膝盖划伤 903
25A.5.3　车库安全 904
25A.5.4　高电压 904
25A.5.5　电池管理系统 904
25A.6　骑入未来 905
参考文献 905
25B　航空航天电池应用 907
25B.1　简介 907
25B.2　军用飞机电池 908
25B.2.1　第一款军用飞机铅酸电池：F/A-18A 908
25B.2.2　全电动军用飞机 908
25B.3　深空任务（木星的伽利略号宇宙飞船探测器） 909
25B.4　陆地卫星应用： LEO 和GEO 911
25B.4.1　概述 911
25B.4.2　GEO 电池 911
25B.4.3　LEO 电池 911
25B.4.4　GEO 性能数据 911
25B.4.5　LEO 性能数据 913
25B.5　总结 913
参考文献 913

第26章　电驱动交通工具 914
26.0　概述 914
26.0.1　电动汽车和混合动力汽车 914
26.0.2　牵引和动力汽车 915
26.0.3　电动飞机 915
26.0.4　总结 915
26A　电动汽车和混合动力汽车用电池 916
26A.0　引言 916
26A.0.1　概述 916
26A.0.2　电动汽车的发展史 916
26A.0.3　混合动力汽车的发展史 920
26A.1　电动和混合动力汽车工程 922
26A.1.1　车辆推进基础 922
26A.1.2　混合动力汽车和电动汽车动力驱动系统 925
26A.1.3　电动车辆的特点 925
26A.1.4　电动和混合动力汽车的种类 926
26A.1.5　电池组系统 927
26A.1.6　电子控制 928
26A.1.7　热管理 928
26A.1.8　车辆集成 929
26A.1.9　电池组安全要求 930
26A.1.10　电池标准化 930
26A.2　插电式电动汽车 931
26A.2.1　PEV 应用：电池电动汽车 931
26A.2.2　插电式混合动力汽车的应用 933
26A.2.3　PEV 电池 936
26A.3　混合动力汽车 941
26A.3.1　启停式混合动力汽车 941
26A.3.2　HEV 应用： 助力式混合动力汽车 943
26A.3.3　HEV 应用： 重型混合动力汽车 945
26A.3.4　HEV 应用： 轻型混合动力汽车 946
26A.3.5　HEV 电池性能需求比较 947
26A.3.6　混合动力汽车电池 948
26A.4　电池技术的未来趋势 951
参考文献 952
26B　牵引和动力车辆 955
26B.0　概述 955
26B.1　用于动力车辆的电池选择 956
26B.1.1　应用Ⅰ：可更换电池 956
26B.1.2　应用Ⅱ：不必更换/随时充电 957
26B.1.3　应用Ⅲ：快速充电 957
26B.1.4　各种操作模式的比较 958
26B.2　动力应用的新型电池技术 959
26B.2.1　薄板纯铅酸电池模块和2V 纯铅酸电池 959
26B.2.2　燃料电池 960
26B.2.3　锂离子电池 960
26B.3　总结 961
26C　电动飞机 962
26C.0　概述 962
26C.1　技术方法 963
26C.2　申请要求 963
26C.3　应用工程展望 964
参考文献 965

第27章　固定储能用电池 966
27.0　电网概述 966
27.1　电网中的储能 968
27.2　用于电网的电池储能技术类型 971
27.2.1　锂离子电池 972
27.2.2　先进铅酸电池 972
27.2.3　氧化还原液流电池 974
27.2.4　钠硫电池 975
27.2.5　其他电池技术 976
27.3　电网储能电池在电力基础设施中的应用 977
27.3.1　储能在输电系统中的作用 977
27.3.2　用于可再生能源并网和稳定化的储能 982
27.3.3　微电网 983
27.4　储能集成及发展 985
27.5　电网电池储能的系统工程 985
27.5.1　电池和电池管理系统 986
27.5.2　电力调节系统 987
27.5.3　电厂辅助系统 989
27.5.4　能源管理系统 990
27.6　设计电池储能系统 990
27.7　安装 992
27.8　公用事业互联 992
27.9　系统调试 994
27.10　大型电池储能系统的安全性和可靠性 994
27.11　未来电网中的储能系统 996
参考文献 997

第28章　可植入医用电池 1001
28.1　可植入医用电池的应用及要求 1001
28.1.1　可植入医用电池 1001
28.1.2　外部供电医疗设备电池 1006
28.2　植入式医疗设备电池的安全性和可靠性问题 1006
28.2.1　安全标准 1007
28.2.2　可靠性系统 1008
28.2.3　设计验证和确认 1008
28.3　植入式生物医疗设备电池特点 1009
28.3.1　输出功率 1009
28.3.2　电池化学体系 1010
参考文献 1016

第29章　储备电池 1019
29.0　引言 1019
29.1　典型储备电池概述 1019
29.1.1　水激活储备电池 1019
29.1.2　非水系室温锂储备电池 1021
29.1.3　自旋储备电池 1022
29.1.4　热储备电池 1023
29.2　储备电池系统/类型 1023
29.2.1　水激活电池 1023
29.2.2　锂储备电池 1024
29.2.3　自旋储备电池 1025
29.3　水激活电池的构造和性能 1028
29.3.1　镁负极电池 1028
29.3.2　锌-氧化银电池 1040
29.3.3　铝-氧化银电池 1047
29.4　室温锂储备电池 1052
29.4.1　结构 1052
29.4.2　锂储备电池的类型 1052
29.4.3　性能与特点 1058
29.5　自旋储备电池设计 1062
29.5.1　比能量和比功率 1062
29.5.2　工作温度范围 1062
29.5.3　电压调节 1062
29.5.4　搁置寿命 1063
29.5.5　线加速度和角加速度限制 1063
29.5.6　激活时间 1063
29.6　各种类型储备电池的总结与应用示例 1064
29.6.1　水激活电池应用 1064
29.6.2　自旋储备电池系统 1068
参考文献 1070


第六部分 电池工业基础设施 1072
第30章　单体电池和电池组制造概述 1073
30.1　引言 1073
30.2　整体工艺 1073
30.3　电池制造步骤 1073
30.3.1　电极浆料的混合 1073
30.3.2　电解质和其他 1074
30.3.3　电极 1075
30.3.4　电池组装 1077
30.3.5　完成电池制造 1081
30.4　总结 1082

第31章　电池充电器、控制和安全电子设备 1083
31.0　引言 1083
31.1　电池组和充电器的要求 1083
31.1.1　充电和放电控制 1083
31.1.2　电池均衡 1084
31.1.3　通信 1084
31.1.4　诊断信息 1085
31.1.5　荷电状态监测 1086
31.1.6　原电池的特殊安全要求 1086
31.2　电池电子设计方法 1086
31.2.1　电池组电子架构 1087
31.2.2　监控和测量 1087
31.2.3　安全装置 1089
31.2.4　单体电池均衡 1089
31.2.5　电量计量 1089
31.3　微控制器硬件和软件注意事项 1090
31.3.1　SMBus 的实现 1090
31.3.2　充电器的特定要求 1091
31.3.3　充电器部署 1091
31.3.4　充电器电子设备 1092
31.3.5　充电器故障和故障安全问题 1092
31.4　电子设计的主要考虑因素 1093
31.4.1　策略 1093
31.4.2　总结 1093
参考文献 1093

第32章　电池行业中的辅助服务 1094
32.0　概述 1094
参考文献 1094
32A　先进电池行业的知识产权战略 1095
32A.0　引言 1095
32A.1　概述 1095
32A.2　专利战略趋势 1096
32A.3　专利诉讼 1097
32A.4　知识产权战略 1098
32A.5　总结 1099
32B　故障分析： 电池质量、设计评估及发生故障根本原因分析 1100
32B.1　引言： 电池市场趋势和现场故障风险 1100
32B.2　电池故障 1101
32B.3　电池故障的表征与根本原因分析技术 1102
32B.3.1　计算机断层扫描 1102
32B.3.2　电池拆解 1103
32B.4　样品制备和表征技术 1104
32B.4.1　肉眼检查 1105
32B.4.2　扫描电子显微镜与能量色散X 射线谱 1105
32B.4.3　横截面分析 1105
32B.4.4　X 射线荧光光谱法 1105
32B.4.5　傅里叶变换红外光谱 1106
32B.4.6　粒径测量技术 1106
32B.5　根本原因分析技术的应用 1107
32B.5.1　实例研究：假冒电池 1107
32B.5.2　实例研究： 锂离子电池质量评估 1108
32B.5.3　实例研究： 供应商设计比较评估 1109
32B.5.4　实例研究： 锂离子电池深度放电后的膨胀 1111
32B.5.5　实例研究： 电池泄漏和电池封装设计 1111
32B.5.6　实例研究： 电池保护电路故障 1113
32B.6　总结 1114
参考文献 1115
32C　电池测试设备 1116
32C.0　概述 1116
32C.1　测试设备硬件 1116
32C.2　测试设备软件 1117
32C.3　测试设备选择指南 1119
32D　电池安全及性能测试 1120
32D.0　概述 1120
32D.1　安全性测试 1120
32D.1.1　标准 1120
32D.1.2　法规 1120
32D.2　性能测试 1121
32D.3　总结 1122
32E　商业与融资策略 1123
32E.1　引言 1123
32E.2　实施新型电池技术的商业模式 1123
32E.3　最近研究 1125
32E.4　总结 1125
参考文献 1125
32F　案例研究： 电池如何实现第三次能源革命的商业计划与战略分析 1126
32F.0　概述 1126
32F.1　能源革命的历史 1126
32F.2　当前能源趋势： 第三次能源革命的曙光？ 1127
32F.3　从趋势到革命：电池技术创新 1127
32F.4　第三次伟大能源革命： 时机和影响 1129
参考文献 1129

附录 1131
附录A　术语定义（英汉对照） 1131
附录B　标准还原电位 1141
附录C　电池材料的电化学当量 1142
附录D　标准符号和常数 1144
附录E　换算系数 1148