化學電源：電池原理及製造技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭炳焜 等 著

圖書標籤:

• 化學電源
• 電池
• 電化學
• 儲能
• 製造技術
• 材料科學
• 能源
• 可充電電池
• 電池原理
• 新能源

齣版社： 中南大學齣版社

ISBN：9787811059885

版次：1

商品編碼：10115634

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2009-12-01

頁數：742

正文語種：中文

內容簡介

　　《化學電源：電池原理及製造技術》在闡明化學電源基本理論和基本概念的基礎上，全麵係統地敘述瞭鋅-錳電池、鉛酸蓄電池的原理和製造技術，全麵地敘述瞭各類新型化學電源的結構、性能和製造工藝，是一本理論性較強，又密切結閤電池生産實踐的專著，既適閤作高等學校教材，又是一本從事電池研究開發和生産的工程技術人員使用的參考書。
　　全書共分14章，內容包括概論、化學電源的理論基礎、一次電池、鉛酸蓄電池、鎘-鎳電池、氫-鎳電池、鋰電池、鋰離子電池、激活電池、固體電解質電池、燃料電池、氧化還原液流電池、電化學電容器、電池檢測技術和電池設計。
　　《化學電源：電池原理及製造技術》可作為高等學校“電化學工程”專業本科生教材，也可作為化工、有色冶金、應用化學、材料化學專業的參考書。同時，可供從事化學電源的工程技術人員和科研人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章 化學電源概論
1.1 化學電源的組成
1.1.1 電極類型及結構
1.1.2 電極粘結劑
1.1.3 化學電源用隔膜
1.1.4 封口劑
1.1.5 電池組
1.2 化學電源的分類
1.3 化學電源的工作原理
1.3.1 一次電池工作原理
1.3.2 高能電池原理
1.4 化學電源的性能
1.4.1 原電池電動勢
1.4.2 電池內阻
1.4.3 開路電壓和工作電壓
1.4.4 電池的容量與比容量
1.4.5 電池的能量和比能量
1.4.6 電池的功率和比功率
1.4.7 貯存性能和自放電
1.4.8 電池壽命
1.5 化學電源的應用

第2章 化學電源的理論基礎
2.1 電池電動勢
2.2 丁逆電池和可逆電極
2.2.1 可逆電池
2.2.2 可逆電極
2.2.3 可逆電池熱力學
2.3 濃差電池
2.3.1 離子濃差電池
2.3.2 電極濃差電池
2.4 電極過程
2.4.1 極化作用
2.4.2 過電位
2.4.3 電化學步驟的基本動力學方程式
2.5 氣體電極過程
2.5.1 氫電極過程
2.5.2 氧電極過程
2.5.3 電催化作用
2.5.4 氣體擴散電極
2.6 半導體電化學
2.6.1 半導體-溶液界麵反應
2.6.2 半導體空間電荷層
2.6.3 光電化學電池

第3章 一次化學電源
3.1 概述
3.2 鋅-錳電池
3.2.1 鋅-錳電池的分類
3.2.2 鋅-錳電池的工作原理
3.2.3 鋅-錳電池材料
3.2.4 鋅-錳電池製造工藝
3.2.5 鋅-錳電池的主要性能
3.2.6 可充堿性鋅-錳電池的充電製度
3.3 鋅-氧化汞電池
3.3.1 鋅-氧化汞電池的工作原理
3.3.2 鋅-氧化汞電池結構和製造工藝
3.3.3 鋅-氧化汞電池的性能
3.4 鋅-銀電池
3.4.1 概述
3.4.2 鋅-銀電池的工作原理
3.4.3 鋅-銀電池製造工藝
3.4.4 鋅-銀扣式電池的製造
3.4.5 鋅-銀電池的性能
3.5 鋅-空氣電池
3.5.1 概述
3.5.2 鋅-空氣電池的工作原理
3.5.3 鋅-空氣電池的結構及製造工藝
3.5.4 鋅-空氣電池的性能

第4章 鉛酸蓄電池
4.1 概述
4.1.1 鉛酸蓄電池分類及型號
4.1.2 鉛酸蓄電池的結構
4.2 鉛酸蓄電池的化學原理
4.2.1 電池反應
4.2.2 Pb-H2S04-H20係電位9-pH圖
4.3 二氧化鉛電極
4.3.1 Pb0，的物理化學性質
4.3.2 正極充放電反應機理
4.4 負極活性物質
4.4.1 鉛負極的充放電機理
4.4.2 鉛負極添加劑及其作用機理
4.4.3 鉛負極的不可逆硫酸鹽化及消除方
4.4.4 鉛負極自放電
4.5 闆柵閤金
4.5.1 闆柵的作用及性能
4.5.2 闆柵腐蝕
4.5.3 闆柵閤金分類及特性
4.6 隔闆
4.6.1 微孔硬橡膠隔闆
4.6.2 聚氯乙烯(PVC)塑料隔闆
4.6.3 聚烯烴樹脂微孔隔闆
4.6.4 玻璃棉紙漿復閤隔闆
4.6.5 玻璃絲隔闆及套管
4.7 電解液
4.8 鉛酸蓄電池的製造工藝
4.8.1 闆柵製造
4.8.2 生極闆製造
4.8.3 極闆化成
4.8.4 電池化成
4.8.5 鉛酸蓄電池裝配
4.9 鉛酸蓄電池的性能
4.9.1 電性能
4.9.2 充放電特性
……

第5章 鎘-鎳電池
第6章 氫-鎳電池
第7章 鋰電池
第8章 鋰電子電池
第9章 激活電池
第10章 固體電解質電池
第11章 燃料電池
第12章 氧化還原液流電池
第13章 電化學電容器EC
第14章 電池設計與電池檢測技術
附錶
參考文獻

精彩書摘

　　通常把對平衡現象的偏離稱為極化現象或極化作用。熱力學平衡過程與可逆現象緊密相連。可逆過程或平衡過程的變化率是很小的，但實際過程必須有一定的速率，有時還要求有很高的速率。例如現代對電動汽車的要求之一是必須有大電流放電，即要求反應速率很大，這樣必然産生偏離平衡值的現象，即極化現象。如電阻極化就是由於電池或電解池有電阻，因而使電位齣現偏離平衡值的現象。電池或電解池的電阻有電解質的電阻、電極材料的電阻，甚至還有由於反應産物的附著（如氫氧化物沉澱在電極上）造成的電阻等。濃差極化是電化學反應進行時作用物濃度的變化造成電極電位對平衡值的偏差。例如ZN的電沉積，電極附近的濃度顯然低於平衡時的濃度，由於擴散與遷移較緩慢，必然低於溶液本體的濃度，這也會反映到電極電位的變化，稱為濃差極化。電荷的積纍也可能是由於放電步驟本身遲緩造成的，魯姆金稱為遲緩放電。後期的研究又錶明，緊挨著放電步驟的（除擴散步驟以外）前置步驟（如配閤物離解）及後續步驟（如放電以後形成的金屬原子進入晶格）也可能很慢。這些緩慢步驟造成電極電位對平衡現象的偏差，往往稱為電化學極化。

前言/序言

　　化學電源，是一種將化學能轉化為電能的裝置。自1859年普蘭特（R.G.Plante）試製成功鉛酸電池、1868年法國勒剋朗謝（C.Leclanee）製成鋅錳乾電池以來，化學電源經曆瞭100多年的發展曆史，現已形成獨立完整的科技與工業體係。全世界已有1000多種不同係列和型號規格的電池産品。化學電源已成為人們生活中應用極為廣泛的方便能源。今天，人造衛星、宇宙飛船、火車、汽車、潛艇、魚雷、軍用導彈、火箭、飛機，哪一樣都離不開電源技術的發展。電源技術的進步，大大加速瞭現代移動通訊、傢用電器乃至兒童玩具的發展速度。隨著高新技術的發展和為瞭保護人類生存的環境，對新型化學電源又提齣瞭更高的要求。可以預言，産量大、價格低、應用範圍廣的鋅-錳電池、鉛酸蓄電池仍將占有世界上電池的大部分市場，而性能優越的鋰離子電池、金屬氫化物-鎳電池、可充無汞堿性鋅-錳電池、燃料電池將是21世紀最受歡迎的綠色電池並擠占電池市場。隨著人們生活水平的提高和電池技術的發展，以電池為能源的電動汽車將逐步取代部分燃油汽車，新型化學電源的時代已經到來。
　　本書在闡明化學電源的基本理論和基本概念的基礎上，係統地敘述瞭鋅-錳電池、鉛酸蓄電池、鎘-鎳電池、氫-鎳電池、鋰電池、固體電解質電池、燃料電池的電化學原理和製造技術，反映瞭新型高能金屬氫化物-鎳電池、鋰離子電池、可充無汞堿性鋅-錳電池、燃料電池的最新技術成果。

材料科學前沿：先進儲能材料與器件設計 本書聚焦於現代能源存儲領域最前沿的研究方嚮，深入探討瞭從基礎材料科學到高性能電池器件設計的完整鏈條。全書以嚴謹的學術態度和前瞻性的研究視角，旨在為化學電源、電化學工程、材料科學及相關領域的研究人員、工程師和高年級學生提供一份全麵、深入且極具參考價值的技術手冊和理論指南。 --- 第一部分：新能源與儲能技術的基礎與挑戰 第一章：全球能源轉型與儲能技術戰略地位 本章首先宏觀概述瞭當前世界能源結構麵臨的挑戰，包括化石燃料依賴性、氣候變化壓力以及對可持續發展目標的追求。在此背景下，電化學儲能技術被確立為實現能源係統靈活化、清潔化的核心支柱。章節詳細分析瞭電網級儲能、分布式儲能以及便攜式儲能對不同技術路綫的需求差異。重點闡述瞭當前主要的挑戰，例如能量密度、功率密度、循環壽命、安全性和全生命周期成本之間的復雜權衡關係。通過對現有技術路綫（如鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、超級電容器等）的比較分析，為後續深入探討特定材料體係奠定基礎。 第二章：電化學儲能機理與性能錶徵 本章是理解和優化儲能器件性能的理論基石。內容涵蓋瞭電化學反應動力學、電荷/離子傳輸理論以及界麵現象的微觀機理。詳細介紹瞭法拉第過程（如鋰離子嵌入/脫齣、氧化還原反應）和非法拉第過程（如雙電層電容形成）的數學模型和物理圖像。在性能錶徵方麵，本書超越瞭傳統的充放電測試，重點介紹瞭先進的電化學譜學技術，如電化學阻抗譜（EIS）、在位拉曼光譜（in-situ Raman）、X射綫吸收精細結構（XAFS）以及原位/非原位透射電子顯微鏡（TEM）等，用以解析材料在工作狀態下的結構演變、相變行為和界麵副反應，從而指導材料的理性設計。 --- 第二部分：下一代高能量密度正極材料的創新 第三章：富鋰錳基高電壓正極材料的挑戰與機遇 本章聚焦於當前鋰離子電池能量密度瓶頸的關鍵——富鋰錳基氧化物（如Li[Ni$_{x}$Mn$_{y}$Co$_{z}$]O$_{2}$，LMR-NMC）的深入研究。詳細解析瞭其高容量來源（混閤價態氧參與的氧化還原機製），並係統梳理瞭導緻性能衰減的核心問題，包括電壓衰減（Voltage Fade）、氧析齣、結構坍塌以及界麵副反應。本章提齣瞭一係列先進的材料改性策略，如錶麵包覆（如氧化鋁、氮化硼）、核心-殼結構構建以及通過摻雜調控晶格穩定性，旨在實現高電壓（>4.5 V）下的長循環壽命。 第四章：全固態電池（ASSB）的關鍵正極體係 轉嚮固態電解質體係，本章專門探討瞭與固態電解質兼容的高電壓正極材料。重點分析瞭硫化物（如LGPS、argyrodites）和氧化物（如LLZO、NASICON型）固態電解質的離子電導率機製。針對固態電池特有的界麵阻抗問題，詳細討論瞭如何通過優化正極顆粒形貌（如納米化、導電網絡構建）和界麵工程來降低固-固界麵接觸電阻。此外，對高電壓操作下正極材料與氧化物固態電解質之間的化學兼容性及腐蝕機理進行瞭深入剖析。 第五章：無鈷及高鎳正極材料的結構工程 本章聚焦於降低成本和提高能量密度的迫切需求，詳細闡述瞭高鎳（>80% Ni）NMC材料的閤成控製與結構穩定性研究。通過晶體學分析，解釋瞭高鎳材料在脫嵌鋰過程中易發生的層狀-尖晶石相變。針對鎳含量提高帶來的熱穩定性下降問題，本章係統比較瞭錶麵梯度摻雜、單晶化技術以及三元固溶體設計對抑製晶界重構和熱失控風險的有效性。此外，還對鈉離子電池中性能優異的普魯士藍類似物（PBA）和層狀氧化物（如Na$_{x}$TMO$_{2}$）的結構穩定性進行瞭專題討論。 --- 第三部分：新型負極與界麵化學的突破 第六章：矽基負極材料的體積膨脹管理 矽作為下一代高容量負極（理論容量超過3500 mAh/g）的主流候選者，其十倍以上的體積膨脹是實際應用的最大障礙。本章從材料科學角度剖析瞭體積變化導緻的電極粉化、固體電解質界麵（SEI）膜的持續破裂與再生過程。重點介紹瞭解決策略，包括：多孔矽結構設計（如核殼結構、氣凝膠）、碳材料復閤（如導電聚閤物塗層、碳納米管網絡）以及新型粘結劑（如彈性聚閤物）的應用，旨在實現穩定、可逆的離子傳輸通道。 第七章：金屬鋰負極與界麵穩定性控製 金屬鋰負極是實現超高能量密度（>500 Wh/kg）的終極目標，但其枝晶生長導緻的內部短路是安全性的主要威脅。本章詳盡分析瞭枝晶形成的熱力學和動力學驅動因素，並重點介紹瞭界麵工程的多種先進方法。詳細闡述瞭人工界麵層（Artificial SEI, ASEI）的構建技術，如原子層沉積（ALD）製備的無機薄膜和原位形成的有機/無機復閤層，如何有效抑製鋰枝晶的形成、均勻化鋰沉積形貌，並提高鋰金屬電池的界麵相容性。 第八章：新型電解液與固體電解質的分子設計 本章探討瞭電解液和固態電解質作為離子傳輸介質的設計原理。在液態電解液方麵，分析瞭氟代碳酸酯、離子液體以及高濃度電解液（HCE）對SEI膜形成的影響機製，以及如何通過添加功能性添加劑（如FEC、VC）來穩定界麵，抑製電解液的氧化分解。在固態電解質部分，深入講解瞭離子遷移路徑（如晶格跳躍、格點間隙擴散）的理論基礎，並對不同類型固態電解質（聚閤物、氧化物、硫化物）的離子傳輸機製、化學兼容性和機械穩定性進行瞭對比評估。 --- 第四部分：先進電化學儲能器件的應用與集成 第九章：超級電容器與混閤儲能係統的耦閤 本書不僅關注電池體係，也全麵覆蓋瞭超級電容器（SC）的最新進展。係統介紹瞭雙電層電容（EDLC）和法拉第贋電容材料（如金屬氧化物、導電聚閤物）的結構特點和性能優勢。重點闡述瞭混閤離子電容器（LIC）的設計理念，即如何通過優化正負極的充放電機製和速率匹配，實現高功率密度與高能量密度的摺衷。討論瞭這些器件在瞬態功率需求、快速充放電應用中的集成方案。 第十章：電池熱管理、安全評估與壽命預測 電池安全是所有儲能技術商業化的生命綫。本章詳細介紹瞭熱失控的物理化學過程，包括熱失控的觸發機製（如SEI分解、電解液分解、正極相變）。內容涵蓋瞭先進的熱管理技術，如相變材料（PCM）輔助散熱和主動冷卻係統的集成設計。在壽命預測方麵，介紹瞭基於數據驅動的機器學習模型與電化學老化機理模型的結閤方法，用於實時監控電池健康狀態（SOH）和剩餘可用壽命（RUL），以優化電池管理係統（BMS）的控製策略。 第十一章：可持續性與電池迴收技術 鑒於關鍵金屬資源（如鋰、鈷、鎳）的供應風險，本章對化學電源的可持續性發展進行瞭探討。詳細評估瞭不同迴收工藝的優缺點，包括：濕法冶金（酸浸、溶劑萃取）、火法冶金以及直接迴收法（Direct Recycling）。重點分析瞭如何通過優化預處理和分選工藝，提高迴收材料的純度和電化學性能，最終實現從“搖籃到搖籃”的閉環供應鏈管理，為未來大規模儲能係統的部署奠定環境和經濟基礎。 --- 本書結構清晰，理論深度與工程實踐緊密結閤，是理解和推動下一代先進儲能技術發展的不可多得的參考資料。

評分☆☆☆☆☆

從實際應用的角度來看，這本書的實用價值同樣不可小覷。它沒有將理論與實踐割裂開來，而是非常巧妙地將原理知識轉化為瞭具體的製造工藝流程分析。例如，在介紹正極材料的製備方法時，書中不僅詳細描述瞭共沉澱法、固相反應法等主流工藝的化學計量關係，還細緻探討瞭煆燒溫度、氣氛控製對最終顆粒形貌和電化學性能的影響。此外，對於電池組裝過程中的關鍵技術，如極耳焊接、電解液注液和封裝密封等環節的質量控製要點，也進行瞭詳盡的論述。這種從原子層麵的理解到宏觀生産環節的把控，構建瞭一個完整的知識鏈條，使得讀者能夠更好地理解工藝參數調整背後的科學依據，對於提升生産綫的良品率和電池的長期循環壽命具有直接的指導意義。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵采用瞭啞光處理，手感細膩沉穩，主色調的深藍與金色的字體搭配，散發齣一種專業又不失典雅的氣質。拿到手裏時，能感覺到紙張的剋重和質感都非常上乘，這在技術類書籍中實屬難得。內頁的排版布局也相當考究，圖文並茂的呈現方式極大地提升瞭閱讀體驗。特彆是那些復雜的化學結構圖和電池工作原理示意圖，綫條清晰，標注詳盡，即便是初次接觸這個領域的讀者，也能迅速抓住重點。作者顯然在書籍的美學設計上也投入瞭大量心力，使得原本枯燥的理論知識在視覺上變得更為友好和易於消化。裝訂工藝牢固可靠，可以放心長期翻閱，不會齣現散頁的情況。這種對細節的把控，體現齣齣版方對技術內容傳播質量的重視，讓人在開始閱讀之前，就對書中的內容充滿瞭期待和敬意。

評分☆☆☆☆☆

這本書的參考價值和廣度也超齣瞭我的預期。在每一章節的末尾，作者都附帶瞭一份精心挑選的參考文獻列錶，這些引用不僅涵蓋瞭經典的奠基性論文，更包含瞭近幾年內發錶在高影響力期刊上的突破性研究成果。這使得這本書成為瞭一個絕佳的“信息導航儀”。對於我這樣需要追蹤行業最新動態的研究人員來說，它提供瞭一個極佳的起點，指明瞭深入研究的方嚮和最新的技術熱點，比如固態電解質的界麵兼容性問題，或者新型添加劑對SEI膜的調控作用。這種緊跟時代脈搏的學術嚴謹性，確保瞭書中知識的時效性，使其不僅僅是一本關於“原理”的書，更是一本關於“當前前沿”的實戰指南，極大地提高瞭其在專業領域內的地位。

評分☆☆☆☆☆

作者在文字錶達上展現齣一種罕見的、清晰而又不失個性的敘述風格。它不同於傳統教材那種刻闆、晦澀的“教科書腔調”，而是帶著一種引導和啓發讀者的熱情。在闡述一些復雜的、容易混淆的概念時，作者經常會使用形象的比喻或者設置一些“思考題”式的引導句，仿佛一位經驗豐富的導師在耳邊進行一對一的講解。這種親切而不失嚴謹的文風，極大地減輕瞭閱讀過程中的認知負擔。我可以感受到作者對這個領域的深厚情感和希望後輩能夠少走彎路的良苦用心。閱讀體驗非常流暢，即便是遇到需要反復研讀的段落，其邏輯脈絡也清晰可見，讓人願意沉浸其中，而不是産生畏難情緒而選擇性跳過。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度讓人印象深刻，它絕非泛泛而談的入門科普讀物，而是直擊核心的專業教材。書中對電化學反應動力學和熱力學基礎的闡述極其紮實和係統，每一個公式的推導都邏輯嚴密，層層遞進，沒有絲毫的跳躍感。尤其是在討論電極/電解質界麵的雙電層結構和電荷轉移機製時，作者引用瞭大量前沿的研究成果和經典的理論模型，並用清晰的語言對其進行瞭深入淺齣的解讀。這對於那些希望深入理解電池“為什麼能工作”的工程師或研究生來說，無疑是一座寶庫。我特彆欣賞作者在解釋前沿概念時所采取的謹慎態度，總是先建立起堅實的經典理論基礎，再逐步引入新概念，確保讀者理解的連貫性和深刻性。讀完某些章節後，那種豁然開朗的感覺，是很多同類書籍難以給予的。

評分☆☆☆☆☆

是經典的電池專業書籍，有深度有廣度，值得一看

評分☆☆☆☆☆

京東上的書還是不錯的，這本書正好是我想要的

評分☆☆☆☆☆

書質量不錯，現正在使用中。

評分☆☆☆☆☆

書內容還是偏理論,對行業發展的導論介紹太少,還是文獻整理

評分☆☆☆☆☆

書質量不錯，現正在使用中。

評分☆☆☆☆☆

挺好。。。。。。。。。。。。。。。。

評分☆☆☆☆☆

挺好。。。。。。。。。。。。。。。。

評分☆☆☆☆☆

介紹各類電源的，寫的還行，比較係統

評分☆☆☆☆☆

關於化學電源的，挺全麵