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1、化学电源复习提纲DOC 化学电源复习提纲第二章 化学电源概论1、化学电源按电解液类型分类：酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质溶液电池、固体电解质电池、熔融盐电解质电池 按工作性质及储存方式：一次电池（锌锰电池、锌银电池、锂二氧化锰电池）、二次电池（镉镍电池、铅酸电池、金属氢化物镍电池、锂离子电池）、储备电池（锌银电池、热电池、镁氯化铜电池）、燃料电池（质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池） 物理电源？2、化学电源的工作原理： 放电时：负极氧化阳极 正极还原阴极（电流方向分外电路和内电路） 充电时：负极-还原阴极 正极-氧化阳极（充电电压高于电动势） 化学电源的组成：（1）电极：活性物质（决定

2、了电池的基本特性）：正极电极电势大于零，负极电极电势小于零；电化学活性高； 重量比容量和体积比容量大；于电解液中化学稳定性好；有高的电子导电性；丰富便宜导电骨架（能把活性物质与外线路接通并使电流分布均匀，且起支撑性物质的作用）：机械强度好；化学稳定性好；电阻率低；易于加工 （2）电解质（保证正负极间的离子导电作用，有的还参与成流反应）：化学稳定性好，减小电池自放电；电导率高 （3）隔离物（防止电池正极与负极接触而导致短路）：电子的良好绝缘体，防止电池内部短路；隔膜对电解质离子迁移的阻力小；有良好的化学稳定性；有一定机械强度及抗弯曲能力；丰富低廉 （4）外壳：良好的机械强度、耐震动、耐冲击、耐高

3、低温变化、耐电解液腐蚀 只有锌锰干电池是锌电极兼做外壳3、化学能转变成电能的实现条件：失e与得e必须分在两个区域中进行（与一般氧化还原反应不同） 物质在进行转变时电子必须通过外电路（与电化学腐蚀的微电池不同）4、电池反应的特点：反应在界面进行，有电荷和物质转移反应总是“共轭”，两个反应分隔电池极性反应（充放电时阳极阴极，同上2）电子必须经过外电路5、电池材料选择原则：电动势高；电化当量低；电化学活性高 提高比表面；电解质稳定性高；环境友好；活性物质导电性好；来源丰富 价格便宜6、电池的电动势和开路电压： 电动势开路电压开路电压:电池在断路时电池两极的电压差电动势:根据电池反应，应用热力学方法的

4、计算值（look P5） G= -nFE Red1+Ox2 Red2+Ox1G= G0+RTln( Red2Ox1 / Red1Ox2)E=E0-(RT/nF)ln( Red2 Ox1 / Red1Ox2)7、电池的内阻：电流通过电池内部受到的阻力（包括欧姆电阻 极化电阻）极化电阻包括电化学极化和浓差极化 VEI（R+Rp )V：工作电压 E：开路电压I：电流 R：欧姆电阻 Rp：极化电阻8、电池的放电电压和充电电压：放电电压：电池在放电时电池两端的电压（结冰）；放电初始电压：开始几秒种；放电平台电压；放电终止电压；过放电放电方式：恒阻放电、恒流放电、连续放电、间歇放电充电电压：电池在充电时电

5、池两端的电压（冰融化）；充电初始电压：开始几秒种；充电平台电压；充电终止电压；过充电；充电方式：恒压、恒流、脉冲充电9、电池的容量和比容量 电池的容量：在一定放电条件下可以从电池获得的电量。单位库仑（C） Ah理论容量：C0 （m为活性物质完全反应时的质量；n为成流反应时的得失电子数;M为活性物质的摩尔质量） 1A.h电量理论上所需活性物质质量，越小越好实际容量C：电池在一定放电制度下放出的容量 恒流放电：C实 =It 恒阻放电：C实 =（V平均*t）/R 额定容量：指电池在设计的放电条件下，电池保证给出的最低电量。电池容量=负极容量=正极容量 实际放出容量=容量较小的电极容量 比容量：单位质

6、量或单位体积电池所给出的容量称为质量比容量（A.h/kg）或体积比容量（A.h/L）10、放电时率与放电倍率 放电时率：以放电时间(h)的长短来表示电池放电的速率，在规定的时间内放出全部额定容量(A h) 几个小时放完就是几小时率 例：Cr10A h。1小时率放电 Id10A放电倍率（x): 放电电流(A)为电池额定容量(A h)的倍数 Id=x Cr 例：额定容量10 A h 1小时率放电t，Id 10A，放电倍率x为1， 1倍率放电，1C放电 5小时率放电t，Id 2A， 放电倍率x为0.2，0.2倍率放电，0.2C放电 10小时率放电t，Id 1A，放电倍率x为0.1，0.1倍率放电，0

7、.1C放电放电倍率越大，放电容量越小低倍率放电Id 7Cr11、电池的能量和比能量电池的能量：在一定放电条件下对外做功所输出的电能，用瓦时（Wh）表示电池的理论能量：W0= C0E = -G = nFE电池的实际能量：W= C V平均工作电压电池的比能量：单位质量或单位体积的电池所放出的能量、单位为（Wh/kg）或（Wh/L）（同一只电池的比能量大小与放电制度有关） 体积比能量W/V=C Ea/V 质量比能量W/m=C Ea/m 12、电池的功率和比功率电池的功率：一定条件下，单位时间内电池输出的能量，单位W或kW。电池的比功率：单位质量或单位体积电池输出的功率对外作功所输出的电能，单位W/m

8、3或W /kg, kW/m3或kW /kg 电池的理论功率：P0 = W0/t =IE 电池的实际功率：P = W/t =CV/t= IV= I(E-I R内) R内 =R外 是电池功率达到极大值的条件13、各种电池库伦效率和能量效率的比较库伦效率: 能量效率： UchargeUdischarge 能量效率(qwh)库仑效率(qAh) 镉镍电池qAh 0.65-0.7 qwh 0.55-0.65 锂离子电池qAh 1 qwh 114、电池寿命 一次电池（原电池）：用来衡量电池给出额定容量的工作时间 影响因素：放电倍率；自放电 二次电池（蓄电池）：一次充放电，一个周期。在一定条件下，电池容量降低

9、至某一较低水平（一般为理论容量的80），电池所经历的充放电循环次数 影响因素：1.电极材料的变化；2.内部短路 自放电；3.充放电制度各种电池的比较蓄电池性能比较比能量Wh/kg比功率W/kg深循环寿命（次）快速充电（h）电池价格（元/Wh)传统免维护铅酸蓄电池VRLA33150150-30040.8Cd/Ni镉镍电池50160200-4001.56MH/Ni镍氢电池75180200-7001.58Li-ion锂离子电池1001005001.515Zn/Ni锌空气电池20010020042第三章：锌锰电池1、锌锰电池的分类 中性电解液（微酸性）：糊式干电池（普通型）；铵型纸板干电池；薄膜电池（

10、高容量）；锌型纸板干电池（高功率）碱性电解液：一次碱性锌锰电池；二次碱性锌锰电池2、命名与型号R 圆柱形 Round F扁形flat S 方形square 数字大小：R20 大号电池 R14 二号电池 R06 AA 5号电池 R03 AAA 7号电池LR 碱性电池 C ：capacity高容量 P ：power 高功率 例如：R06P3、糊式锌锰电池（制备工艺简单，成本低廉，隔离层太厚，比容量降低）电池材料电池反应： （变成几价）负极：锌筒 正极：天然MnO2 或电解MnO2 隔膜：淀粉浆糊隔离层+电解质开路电压： 1.5-1.8V 通常 1.5VNH4Cl 导电能力强，缺点：冰点高；影响低温

11、性能；酸性强；电解液沿锌筒上爬；容易造成锌皮腐蚀ZnCl2 间接参加电池反应，可降低冰点，良好的吸湿性，可以保持电解液的水分，防止电液上爬4、纸板锌锰电池（电解液参与反应）电池反应：负极：锌筒 正极：天然MnO2 或电解MnO2隔膜：纸板浆层隔膜 电解质：氯化铵 氯化锌5、碱性锌锰电池（酸性电池，弱酸，导电性能不好。用锌皮，活性不高）负极：锌粉 正极：电解二氧化锰 电解液：KOH 开路电压：1.5-1.8V 通常1.5V比普通干电池略低6、二氧化锰分类 天然二氧化锰(NMD) 糊式锌锰电池 化学二氧化锰(CMD) 电解二氧化锰(EMD) 碱性锌锰电池 按来源分类硬锰矿(-MnO2 ) 软锰矿

12、(-MnO2) 斜方锰矿 (-MnO2) 水锰矿 (MnOOH) 菱锰矿(MnCO3)电解二氧化锰的晶型为型7、锌的腐蚀原理及防护酸性（中性）一次电池电池结构：外到内 锌皮 隔膜 MnO2 比表面小 导致放电电流小锌的腐蚀 漏液 He H2 腐蚀反应减小腐蚀：1、加入汞Hg形成汞齐增加析氢过电位 2加入Pb Cd In Tl Bi碱性一次电池电池结构：内到外 锌粉 隔膜 MnO2锌粉：提高比表面， 活性提高，提高大电流放电能力碱性Zn的电极电位更负，更易腐蚀减小腐蚀：1、加入更多汞Hg环境污染 2代汞缓蚀剂Al In Tl Cd 3有机缓蚀剂8、几种锌锰电池隔膜 糊式电池：电糊。【电解质(氯化

13、铵和氯化锌)、稠化剂（面粉、淀粉）缓蚀剂（HgCl2）】 锌型、铵型电池：浆层纸 碱性电池：复合膜第五章：镉镍电池1、镉镍电池优缺点优点：1. 循环寿命长 20004000次 2.结构紧凑、牢固 3. 自放电小 4. 大电流放电5.使用温度宽 4040度缺点：1. 电流效率，能量效率，活性物质利用率低 2.有记忆效应 3.环境污染2、正极负极电极反应 正极：NiOOH 负极：海绵状金属Cd 电解液KOH、NaOH 正极： 2NiOOH+2e+2H2O=2Ni(OH)2+2OH- 负极：Cd+2OH- =Cd(OH)2+2e（正向为放电 逆向为充电）3、镉电极的反应机理即为溶解沉积机理。放电时C

14、d阳极氧化后以Cd(OH)3-的形式进入溶液，再形成Cd(OH)2沉积在电极上。镉电极在放电过程中，其过电势逐渐增大，因此放电电势逐渐变正。极化的产生主要是由于中间产物的积累而造成的，也就是由于Cd2+2的迁移阻力造成的。4、密封原理镉镍电池中镉电极在碱液中不发生自溶解而析出氢气，同时由于氢气在镉上析出的过电势较高，在充电过程中，只要适当控制充电电流密度和温度等条件，镉电极上就不会析出氢气，充电效率高。另外，负极海绵状金属镉具有很强的氧化合能力，正极充电或自放电产生的氧气，只要扩散到负极，就很容易与镉进行化学反应或电化学反应而被吸收掉。化学反应：2Cd+O2+2H2O-2Cd(OH)2或电化学

15、反应：2Cd+4OH- -2Cd(OH)2+4e- O2+2H2O+4e- -4OH-5、密封措施1.负极容量过量 2.控制电解液量3.采用透气隔膜 便于氧气迁移 4.减小正负极间距 便于氧气迁移5. 反极保护 正极中加入反极物质Cd（OH）2 6. 安全阀 7. 正确使用与维护6、充电曲线先升后降的原因？7、记忆效应镉镍电池长期进行浅充放循环后再进行深放电时，表现出明显的容量损失和放电电压的下降，经数次全充放电循环后，电性能还可以得到恢复，这种现象称为记忆效应。有板极盒式电池很少发生记忆效应。可采用再调节法消除记忆效应。（如电池充电后，可以先用较大电流放电至电池电压1.0V，再用小电流使电池

16、完全放电，然后进行全充电，电池放电电压和放电容量可以提高）8、高密度球型Ni(OH)2的制备氨催化液相沉淀法 混合沉淀成化过滤洗涤烘干球形Ni(OH)2 反应：NiSO4、NaOH、氨水 一定PH和温度下 工艺过程影响因素：PH、镍盐和碱的浓度、温度、反应时间、加料方式、搅拌强度高压合成法9、镉镍蓄电池电极的制备有极板盒式电极的制造（不适合大电流放电）烧结式电极的制造（适合大电流放电）1.多孔镍基板的制造（1）极板成型模压成型辊压成型湿法成型：和浆（镍粉、CMC水溶液制成镍浆。消泡剂可除空气。草酸铵、碳酸镍等造孔剂可提高孔率）、刮浆、烘干（炉温逐渐升高，CMC才不会失去粘性。造成基板厚度不均，

17、烘干后的少量水分可使基板有一定柔软性经导向轮时不会产生裂纹）（）烧结（应在惰性气体或还原性气体中进行，防止镍氧化）用立式烧结炉。多孔镍基板的浸渍及碱化（以镍为例，镉类似）（1）化学浸渍（正极为Ni(NO3)2水溶液 负极为Cd(NO3)或CdCl2溶液）（2）电化学浸渍(镍作阳极，基板作阴极，在微酸性Ni(NO3)2溶液中电解)3.极板的化成：经几次充放电过程，使正负极上的物质转化为具有电化学活性的物质 化成时的电解液一般为KOH水溶液 黏结式电极的制造（大电流放电及快充性能差） 黏结镍电极：用高活性的Ni(OH)2，导电剂用镍粉、石墨、乙炔黑等，添加剂用Co Ba Zn等，黏结剂用PTFE、

18、PE、PVA、CMC等，黏结剂不同，有成膜法、热挤压法、刮浆法等添加剂的作用 1.提高镍电极活性物质利用率 2.提高镍电极放电电位3.抑制镍电极膨胀，提高使用寿命 4.改善镍电极在宽温度范围的性能添加方法：1.化学共沉淀 2.电化学共沉积 3.表面沉积法（化学镀）4.机械混合黏结镉电极：活性物质是CdO、海绵状Cd混合使用 有模压法和拉浆法 发泡式电极的制造（生产效率高，电极容量大）（1） 粗化 （2）敏化 （3）活化 （4）化学镀镍 （5） 热处理 纤维式电极的制造（容量高，体积小，质量轻，但易电极正负极微放电，导致自放电大） 电沉积镉电极的制造（采用网状基体，在金属盐溶液中进行恒电流沉积）

19、 电沉积镉电极用CdCl2溶液，镉球作阳极，冲孔镀镍钢带作阴极10、负极活性物质的制备（书里哪里？）升华法 电解法第六章 金属氢镍电池1、高压氢镍电池正极采用烧结式镍电极；负极以镍网为骨架；Pt、Pd等贵金属为催化剂；负极活性物质是电池内预先充入的高压氢气；电解液：KOH少量LiOH优点：较高的比能量，循环寿命长，耐过充、过放能力强，以及可以通过氢压来指示电池荷电状态等缺点：使用贵金属催化剂，电池成本高；电池内部氢压高，增加了电池密封的难度；壳体需要用较重的耐压容器，降低了电池的比能量；电池自放电大；可能因氢气泄漏而出现安全问题；目前仅应用于空间技术等特定的场合 2、高压氢-镍电池的工作原理负

20、极： 正极： 电池反应： 3、高压氢镍电池失效的主要因素1. 镍电极膨胀 2密封壳体泄漏 3电解液再分配 4、低压氢镍电池（金属氢化物镍电池，即MH-Ni电池）负极：金属氢化物 正极：氧化镍电极 电解液：氢氧化钾优点：能量密度高；与镉镍电池具有互换性；可大电流快速充放电；低温性能好；可做成密封电池；耐过充、过放电能力强；环境相容性好，无毒，无环境污染，是绿色环保电池；无记忆效应缺点：自放电较大，寿命也比镉镍电池稍差5、储氢合金分类 按储氢合金组分分类：稀土类（CaCu5型六方晶体）；鈦系类（正方晶系）；镁系类（四方晶系）；锆系类(Laves相晶体)（稀土类和鈦系类有实际应用） 按储氢合金中各组

21、分配比分类：AB5型；AB2型；A2B型；AB型6、 MH/Ni电池的储氢合金应当满足条件1 储氢量大2 对氢的阳极氧化有电催化作用3 抗氧化能力4 在碱性电解液中稳定5 温度宽的范围，电化学容量变化小6 来源丰富，价格低7、储氢合金的制备1.电弧炉熔炼法规模小(几克):样品配好放入水冷紫铜坩埚, W-1.5%Ce电极, 真空或氩气保护下熔炼优点:材料类型多样,熔炼期间反应活性低缺点: 效率低,制备环境有害,对多成分合金,为保证成分均匀,多次熔炼或延长熔炼时间2.中频感应炉熔炼法真空感应中频炉有电磁搅拌作用,有利于成分均匀.熔炼条件:压力小于0.1Pa, 温度1700度.温度太高:某些成分挥发

22、,成分偏离 温度太低:不利于成分均匀优点:成分易于控制,操作简单缺点:坩埚要求严格, Al2O3,MgO,ZrO2陶瓷坩埚3.快速冷凝气流雾化法冷凝速度越快,合金循环稳定越好 常规方法 10100K/s气体雾化法:高压Ar气将液态合金分散为细小颗粒冷凝速度:103104K/s 3040微米的球形合金粉末晶粒细化,消除的沸点元素偏析,稳定性提高.如MmNi3.5Co0.75Mn0.4Al0.3 普通方法: 300次循环 容量70%气流雾化法: 300次循环 容量90%单辊快淬法: 将气雾合金熔体在高速旋转的水冷铜辊上进行快速冷却 105106K/s 3050微米8、储氢合金电极的制备方法拉浆法：

23、储氢合金粉、导电剂（镍粉或石墨粉）、黏结剂（PTFF、CMC、PVA、SBR）、添加剂泡沫电极法：最近发展出新的 叫 干粉填充工艺烧结法：真空中烧结，冷却过程通入氢气，这种电极电导性好，内阻小，可大电流放电9、储氢合金表面改性法1.化学处理法酸 碱 氟化物处理HNO3 KOH 处理：表面富镍还原性羧酸：除去电极表面稀土浓缩层，表面多孔，增加活化中心，提高电极容量、循环寿命含还原剂（NaH2PO2、KBH4）热碱：表面氧化镍被还原，Mn、Al溶解，形成富镍层，提高电极催化性能，提高放电倍率，改善低温性能氟化物：表面富镍，容量增加，循环寿命延长,提高放电倍率，改善低温性能2.微包覆处理法化学镀、电

24、镀、化学置换沉积多种金属、机械合金化作用：1 作为表面保护层防止表面氧化及钝化，提高循环寿命2 作为集流体改善导电性，导热性，提高活性物质利用率3 有助于氢原子扩散，提高充电效率，降低内压4 减少合金粉末脱落，抑制析氢反应如包铜：甲醛水溶液作还原剂 包镍：次亚磷酸钠作还原剂3.表面活性剂处理法表面浸渍阴离子表面活性剂，增加表面OH，提高表面碱性，抑制氢气析出，改善自放电特性。10、 MH/Ni电池循环寿命终结原因储氢合金逐渐被氧化，从而丧失储氢能力；电池内压（尤其是氢分压）逐渐升高，气体泄漏，电解液减少，电池容量下降；正极活性物质反复膨胀、收缩造成软化脱落11、P-C-T曲线（P为压力 C为组

25、成 T为温度）Look P112-113第四章：铅酸蓄电池1、铅酸蓄电池主要构件正极：二氧化铅+板栅 负极：海绵状金属铅+板栅 电解液：稀硫酸水溶液 many隔板2、铅酸蓄电池按用途可分为哪几类起动用铅酸蓄电池固定型铅酸蓄电池电动车用电池便携设备及其他设备用铅酸蓄电池3、铅酸蓄电池优缺点优点：原料易得价格低廉；高倍率放电性能良好；高低温性能良好；适合于浮冲使用，使用寿命长无记忆效应；废旧电池容易回收缺点：比能量低；使用寿命没有镉镍电池和锂离子电池长；制造过程易污染环境4、铅酸蓄电池电池反应正极（+）：PbO2 + 2H+ + HSO4- + 2e-PbSO4 + 2H2O （1)负极（-）：P

26、b + HSO4-PbSO4 + H+ + e- （2）5、阀控密封铅酸蓄电池的工作原理通过内部氧循环的方式实现密封（look P6768）6、铅酸蓄电池板栅的作用是活性物质的载体是传导电流，使电流均匀分布在活性物质的每一部分，形成均匀内电路。7、铅酸蓄电池板栅目前最广泛使用的合金是板栅合金8、铅酸蓄电池制造工艺过程板栅制造：铸造板栅：合金配制模具加温喷脱模剂重力浇铸时效硬化拉网板栅 铝粉的制造：球磨法（岛津式铅粉机）；气相氧化法（巴顿式铅粉机）铅膏:正极板的铅膏是铅粉、硫酸、短纤维和水组成 负极板的铅膏多个添加剂和膏的顺序：加入铝粉和添加剂，开动搅拌后，再加短纤维和水，慢慢加入硫酸，最后继续

27、搅拌后将铅膏排出和膏机生极板的制造：（对于涂膏式极板）涂板淋酸压板表面干燥固化板极化成：用通入直流电的方法，使正极的活性物质发生电化学氧化，生成二氧化铅，同时在负极板上发生电化学还原，生成海绵状铅 化成分槽式化成和电池化成两种形式 电池装配：配组极板群焊极群装槽穿壁焊接热封盖焊端子灌注封口胶第九章 锂离子电池1、锂离子电池的优点高能量密度；高电压；无污染；不含金属锂；循环寿命高；无记忆效应2、锂离子电池的工作原理正极： 负极： 电池： 3、锂离子电池对正极材料的要求1 较高的氧化还原电势，电压高；在锂离子进行嵌脱时，电极反应的自由能变化应较小，以使电池有较平稳的充放电电压，以利于锂离子电池的广

28、泛应用;2 充放电过程中，应有尽可能多的锂离子嵌入和脱出，使电极具有较高的电化学容量;3 应有充分的离子通道，允许足够多的锂离子可逆的嵌入和脱嵌，从而保证电极过程的可逆性（层状结构化合物是最理想的正极材料）4 离子和电子的嵌入和脱嵌过程，对正极材料结构的影响尽可能小，以保证电池性能的稳定5 要有较高的电子导电率和离子导电率，减小极化和提高充放电电流6 化学性质稳定，不与电解液发生反应。4、常用的锂离子电池正极材料有哪几个 钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、菱酸亚铁锂5、氧化钴锂的稳定性主要包括 热稳定性、结构稳定性6、LiNiO2的优缺点优点：v 1.较高的可逆容量,可逆容量一般大于150 mAh/g。

29、v 2.较大的电解液包容度。v 3.较好的热稳定性。v 4.较低的自放电率。v 5.较低的价格。缺点:1.制备困难：锂盐在高温容易挥发,制备电化学性能良好且具有化学计量结构的LiNiO2条件非常苛刻2.制备的LiNiO2一般表示为Li2xNi2-2xO2，x在0.30.5范围内变化3.改性主要有掺杂和包覆处理,较为成功的是Co的掺杂7、尖晶石型LiMn2O4的优缺点优点：1 价格便宜，来源丰富2 合成方法简单3 Mn毒性较小，对环境污染小缺点：高温循环性能不好8、三种最常用锂离子正极活性材料性能比较材料名称理论比容量(mAh/g)实际比容量(mAh/g)密度(g/cm3)价格比特点LiCoO2275130-1405.003性能稳定，体积比能量高，放电平台平稳LiNiO2274170-1804.782高比容量，热稳定性较差，价格较低LiMn2O4148100-1204.281低成本，比容量较低，高温循环和存放性能较差，安全性好9、LiFePO4的优缺点优点：动力电池理想电极材料1 不含贵重元素，原料来源丰富2 超长寿命3 使用安全4 耐过充电,耐高温5 平台平缺点：）导电性能不好包覆导致价格贵）平台太平