第一章-先进电池材料

1、授课班级：无机授课班级：无机12011201授课人：周授课人：周 伟伟Telmail： 先进电池材料先进电池材料课程要求课程要求 不迟到，不早退 保持安静（回答问题除外），不影响他人u 课堂要求课堂要求u 考核要求考核要求 期末总成绩60分及以上为合格 总成绩按期末考试成绩占70%，平时成绩占30%计算（考试成绩不足50分，平时成绩不计入总成绩） 平时成绩不及格或作业缺交达三分之一及以上，平时成绩记零分 缺课课时累计达教学总课时三分之一及以上，总成绩记零分 考核方式：闭卷教材及参考书目教材及参考书目u 教材目录教材目录第一章 新能源汽车与绿色环境第二章 新能源汽车的心

2、脏动力电池第三章 动力电池的类型第四章 动力锂离子电池的材料第五章 动力金属氢化物-镍电池材料第六章 超级电池和铅碳电池材料第七章 燃料电池材料教材及参考书目教材及参考书目第1章 概述第2章 化学电源的基本原理第3章 金属负极材料第4章 氧化锰电极材料第5章 镍电极材料第6章 金属氢化物电极第7章 铅氧化物第8章 碳材料第9章 隔膜材料第10章 锂电池和锂离子电池负极材料第11章 锂离子电池正极材料第12章 锂离子电池的电解液第13章 聚合物电解质第14章 高温电池材料教材及参考书目教材及参考书目u 参考书目参考书目课程主要内容课程主要内容l 第1章 概论l 第2章 铅酸电池和超级电池l 第3

3、章 金属氢化物-镍电池l 第4章 锂离子电池材料l 第5章 燃料电池材料l 第6章 太阳能电池材料第第1 1章章 概论概论1.1 前言前言没有电池，社会将无法发展！没有电池，社会将无法发展！l 电池对社会发展的重要作用电池对社会发展的重要作用1.1 前言前言p 历史历史 自自1859年年普朗特普朗特（R.G. Plante）试制成功）试制成功铅酸电池铅酸电池、1868年法国勒克朗谢（年法国勒克朗谢（G. Leclance）制成锌锰干电）制成锌锰干电池以来，化学电源经历了池以来，化学电源经历了100多年的发展历史，逐步多年的发展历史，逐步形成了独立完整的科技与工业体系。形成了独立完整的科技与工业

4、体系。 当今，化学电源已经成为人民生活中极为广泛的方便当今，化学电源已经成为人民生活中极为广泛的方便能源，在国民经济中占有十分重要的地位。能源，在国民经济中占有十分重要的地位。1.1 前言前言p现状现状 随着现代高新技术的迅猛发展，促使电源技术进入了一个随着现代高新技术的迅猛发展，促使电源技术进入了一个新的快速发展时期。新的快速发展时期。 传统的化学电源传统的化学电源，如，如锌锰电池锌锰电池和和铅酸蓄电池铅酸蓄电池等不断的更新等不断的更新换代，性能得到长足的进步，使这些传统电池产业表现出换代，性能得到长足的进步，使这些传统电池产业表现出了长盛不衰的发展势头；了长盛不衰的发展势头； 新型化学电源

5、新型化学电源，如：，如：金属氢化物镍电池金属氢化物镍电池、锂离子电池锂离子电池、燃燃料电池料电池等绿色、高能电池相继问世，并以前所未有的速度等绿色、高能电池相继问世，并以前所未有的速度迅速发展起来。迅速发展起来。一个新型化学电源的时代已经到来一个新型化学电源的时代已经到来。1.1 前言前言p 未来未来21世纪，信息技术的不断发展，将推动电池技术铸造新世纪，信息技术的不断发展，将推动电池技术铸造新的辉煌；的辉煌；为了保护人类的生存环境，实现可持续发展，调整能源为了保护人类的生存环境，实现可持续发展，调整能源结构，结构，开发可再生能源技术开发可再生能源技术是是21世纪人类无法回避的重世纪人类无法回

6、避的重大课题，储能技术将在可再生能源技术的发展中发挥举大课题，储能技术将在可再生能源技术的发展中发挥举足轻重的作用。足轻重的作用。电池：亦称为化学电源，是一种将化学反应产生的电池：亦称为化学电源，是一种将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置。能量直接转换为电能的装置。l 什么是电池？什么是电池？空气电池空气电池锂锂电电池池1.1 前言前言l 生物电生物电1.2 电池的历史电池的历史意大利生物学家伽伐意大利生物学家伽伐尼肖像，请注意肖像尼肖像，请注意肖像下部的那半只青蛙。下部的那半只青蛙。 1791年，意大利生物学家伽伐尼(Galvani)发现解剖青蛙时出现青蛙腿肌肉的收缩现象，即“生物电”。

7、l 伏特电堆伏特电堆1.2 电池的历史电池的历史 1799年，意大利科学家伏特 (Volta)在伽伐尼(Galvani)实验基础上，用锌片和银片交替叠放，中间隔以吸有盐水的皮革，发现连接两块金属的导线中有电流通过，制成世界上第一个真正的电池，又称为伏特电堆。伏特电堆伏特电堆伏特伏特l 丹尼尔（丹尼尔（DanielDaniel）电池）电池1.2 电池的历史电池的历史结构图结构图 1836年，英国人丹尼尔(Daniel)对伏特电堆改进，设计出具有实用性的丹尼尔电池。1.2 电池的历史电池的历史实物图实物图l 铅酸蓄电池铅酸蓄电池1.2 电池的历史电池的历史 1859年，法国人普朗特(Plante)

8、发明铅酸蓄电池。l 锌锌- -二氧化锰电池二氧化锰电池1.2 电池的历史电池的历史 1866年，法国人勒克朗谢(Leclanche)发明了锌二氧化锰电池。湿电池湿电池l 锌锌锰干电池锰干电池1.2 电池的历史电池的历史 1881年，德国人盖思乐(Carl Gassner)发明了锌锰干电池。l 碱性干电池碱性干电池1.2 电池的历史电池的历史 1949年，加拿大科学家Lew Urry发明了碱性干电池。l 镉镍蓄电池镉镍蓄电池1.2 电池的历史电池的历史 1899年，瑞典化学家雍格纳(Jungner)发明镉镍蓄电池。l 铁镍蓄电池铁镍蓄电池1.2 电池的历史电池的历史 1901年，美国发明家爱迪生

9、(Edison)发明铁镍蓄电池。放电放电/ /充电充电负极负极 : Fe + H2O - e- Fe(OH)3正极正极 : NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2l 金属氢化物镍蓄电池金属氢化物镍蓄电池1.2 电池的历史电池的历史 1969年，飞利浦实验室发现了储氢性能很好的新型合金，并于1985年研制成功金属氢化物镍蓄电池，1990年日本和欧洲实现了这种电池的产业化。l 锂离子电池锂离子电池1.2 电池的历史电池的历史 1991年，索尼公司率先研制成功锂离子电池。l 燃料电池燃料电池1.2 电池的历史电池的历史 1839年，英国的格罗夫(Grove)通过将水的电解程逆转发现了燃料电

10、池的工作原理。1.2 电池的历史电池的历史 20世纪60年代，美国NASA成功研制出第一个实用性的1.5kW碱性燃料电池，用于航天飞行器； 20世纪90年代，新型质子交换膜燃料电池技术取得了一系列突破性发展。l 太阳能电池太阳能电池1.2 电池的历史电池的历史 1954年，美国贝尔实验室的Calvin Fuller, Gerald Pearson和Daryl Chaplin发明了硅基半导体太阳能电池，效率为6%，这是人类历史上首次利用太阳能转化为电能，从此开创了太阳能电池的新篇章。1.2 电池的历史电池的历史1.3 电池的分类电池的分类l 按电解液的类型按电解液的类型酸性电池：酸性电池：电解液

11、为酸性水溶液的电池电解液为酸性水溶液的电池碱性电池：碱性电池：电解液为碱性水溶液的电池电解液为碱性水溶液的电池中性电池：中性电池：电解液为中性水溶液的电池电解液为中性水溶液的电池有机电解质溶液电池：有机电解质溶液电池：电解液为有机电解质溶电解液为有机电解质溶 液的电池液的电池固体电解质电池：固体电解质电池：采用固体电解质的电池采用固体电解质的电池熔融盐电解质电池：熔融盐电解质电池：采用熔融盐电解质的电池采用熔融盐电解质的电池电池电池1.3 电池的分类电池的分类l 按工作性质按工作性质一次电池（原电池）一次电池（原电池）（放电后不能用充电方法使它恢复到放电前状态的一类电池）锌锰电池锌锰电池锌银电

12、池锌银电池锂二氧化锰电池锂二氧化锰电池二次电池（蓄电池）二次电池（蓄电池）（放电后能用充电方法使活性物质恢复到放电前状态，从而能再次放电的一类电池）镉镍电池镉镍电池铅酸电池铅酸电池金属氢化物镍电池金属氢化物镍电池锂离子电池锂离子电池燃料电池（连续电池）燃料电池（连续电池）（放电后不能用充电方法使它恢复到放电前状态的一类电池）质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池碱性燃料电池碱性燃料电池电池电池1.4 电池的工作原理电池的工作原理 两个必要条件：两个必要条件：（1 1）化学反应中失去电子的过程（即氧化过程）和得到电子）化学反应中失去电子的过程（即氧化过程）和得到电子的过程（即还原过程）必须的过程（

13、即还原过程）必须分隔在两个区域（负极和正极）分隔在两个区域（负极和正极）中进行；中进行；（2 2）物质在进行转变的过程中）物质在进行转变的过程中电子必须通过外电路电子必须通过外电路。 充放电反应的不同：充放电反应的不同： 放电时，电池放电时，电池负极负极发生发生氧化反应氧化反应，此时是，此时是阳极阳极，正极正极发生发生还原反应还原反应，此时是，此时是阴极阴极；而充电时进行的反应正好与；而充电时进行的反应正好与此相反，负极进行还原反应，正极发生氧化反应。此相反，负极进行还原反应，正极发生氧化反应。1.4 电池的工作原理电池的工作原理电池在实现能量转换过程中，两个电极上进行的氧化还原电池在实现能量

14、转换过程中，两个电极上进行的氧化还原反应必须分别在两个分开的区域进行，这一点区别于反应必须分别在两个分开的区域进行，这一点区别于一般一般的氧化还原反应的氧化还原反应；两电极的活性物质进行氧化还原反应两电极的活性物质进行氧化还原反应所需的电子必需由外所需的电子必需由外线路传递线路传递，这一点区别于金属电化学腐蚀过程的微电池反，这一点区别于金属电化学腐蚀过程的微电池反应；应；电池内部两电极间不是通过自由电子而是通过电解质中电池内部两电极间不是通过自由电子而是通过电解质中离离子的迁移导电的子的迁移导电的。 电池具有以下三个显著特征：电池具有以下三个显著特征：1.5 电池的组成电池的组成l 四个组成部

15、分：电极、电解质、隔离物和外壳四个组成部分：电极、电解质、隔离物和外壳 电极电极：包括：包括活性物质活性物质和和导电骨架导电骨架活性物质活性物质导电骨架导电骨架正极活性物质正极活性物质：金属氧化物(PbO2, MnO2, NiO)负极活性物质负极活性物质：较活泼金属(Zn, Pb, Li, Fe等)导电剂导电剂粘结剂粘结剂缓蚀剂缓蚀剂（具有导电和支撑活性物质作用）1.5 电池的组成电池的组成 作用：作用：保证正负极间的保证正负极间的离子离子导电作用导电作用 要求：要求：高导电率、化学稳定性好、不易挥发、易于长期高导电率、化学稳定性好、不易挥发、易于长期贮存。贮存。 分类：分类：可分为水溶液电解

16、质、非水液体电解质、固体电可分为水溶液电解质、非水液体电解质、固体电解质、熔融盐电解质。解质、熔融盐电解质。 电解质电解质1.5 电池的组成电池的组成（1 1）水溶液电解质）水溶液电解质水的介电常数大，溶解和离解电解质的能力强，黏度小，对水的介电常数大，溶解和离解电解质的能力强，黏度小，对离子移动的阻力小；离子电导率高，一般为离子移动的阻力小；离子电导率高，一般为0.110 -1 cm-1。熔点熔点0 C，沸点，沸点100 C，所以不能在极地和宇宙空间等低温，所以不能在极地和宇宙空间等低温条件下使用，高温储存性能亦差。条件下使用，高温储存性能亦差。水的分解电压为水的分解电压为1.23 V左右。

17、左右。水溶液电解质电池主要有：锌锰、锌镍、锌银、锌汞、锌空水溶液电解质电池主要有：锌锰、锌镍、锌银、锌汞、锌空气、铁镍、氢镍、镉镍、气、铁镍、氢镍、镉镍、铅酸电池铅酸电池等等。1.5 电池的组成电池的组成（2 2）非水有机液体电解质）非水有机液体电解质在比在比水更宽的温度范围和电位范围内水更宽的温度范围和电位范围内是稳定的。但溶解电解是稳定的。但溶解电解质的能力小，电导率一般比水溶液低质的能力小，电导率一般比水溶液低12个数量级，通常为个数量级，通常为10-110-2 -1 cm-1。 。常用的非水有机溶剂有：碳酸丙烯酯（常用的非水有机溶剂有：碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯）、碳酸乙烯酯（EC

18、）、碳酸二乙酯（）、碳酸二乙酯（DEC）、四氢呋喃（）、四氢呋喃（THF）等；）等；电解质有：电解质有：LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF6等。等。非水有机液体电解质电池主要有：锂电池（非水有机液体电解质电池主要有：锂电池（Li/MnO2、 Li/SO2 、Li/(CFx)n等，镁电池，锂离子电池。等，镁电池，锂离子电池。1.5 电池的组成电池的组成（3 3）非水无机液体电解质）非水无机液体电解质主要应用于主要应用于锂电池锂电池，非水无机溶剂有：，非水无机溶剂有：POCl3(磷酰氯）磷酰氯）POFCl2（磷酰氟二氯）、（磷酰氟二氯）、SOCl2（亚硫酰氯）、（亚硫酰氯）、SO2C

19、l2（硫酰氯），兼作正极活性物质。电解质是（硫酰氯），兼作正极活性物质。电解质是LiAlCl4、AlCl3(用于激活式用于激活式Li/SOCl2电池）。电池）。（4 4）固体电解质）固体电解质包括包括无机无机固体电解质和固体电解质和聚合物聚合物固体电解质；固体电解质；固体电解质主要问题是固体电解质主要问题是离子电导率较低离子电导率较低，无机固体电解质电，无机固体电解质电导率为导率为10-110-3 -1 cm-1 ，通常要在高温下工作；聚合物固，通常要在高温下工作；聚合物固体电解质的电导率目前只能达到体电解质的电导率目前只能达到10-410-5 -1 cm-1 。聚合物固体电解质电池主要是：聚

20、合物锂离子电池。聚合物固体电解质电池主要是：聚合物锂离子电池。1.5 电池的组成电池的组成 隔离物或隔膜隔离物或隔膜 作用：置于电池两极之间，主要作用是防止电池正负作用：置于电池两极之间，主要作用是防止电池正负极接触而短路。极接触而短路。 要求：较高离子传输能力，较低电子导电能力，好的要求：较高离子传输能力，较低电子导电能力，好的化学稳定性和一定的机械强度，材料来源丰富，价格化学稳定性和一定的机械强度，材料来源丰富，价格低廉。低廉。 可分为微孔膜和半透膜两种，隔膜材料包括有机材料可分为微孔膜和半透膜两种，隔膜材料包括有机材料和无机材料。和无机材料。1.5 电池的组成电池的组成 外壳外壳 也就是

21、电池容器也就是电池容器 要求：良好的机械强度、耐震动和冲击、耐高低温环要求：良好的机械强度、耐震动和冲击、耐高低温环境变化和电解液的腐蚀等。境变化和电解液的腐蚀等。1.6 电池的性能指标电池的性能指标l 电池的电动势电池的电动势概念：在外电路开路时，即没有电流流过电池时，正负概念：在外电路开路时，即没有电流流过电池时，正负电极之间的电极之间的平衡平衡电极电势之差称为电池的电动势电极电势之差称为电池的电动势。 反映：电动势的大小是标志电池体系反映：电动势的大小是标志电池体系可输出电能可输出电能多少的多少的指标之一。指标之一。影响因素：电池的电动势只和参与化学反应的物质本性、影响因素：电池的电动势

22、只和参与化学反应的物质本性、电池的反应条件（即温度）及反应物与产物的活度有关，电池的反应条件（即温度）及反应物与产物的活度有关，而而与电池的几何结构、尺寸大小无关与电池的几何结构、尺寸大小无关。1.6 电池的性能指标电池的性能指标l 电池的开路电压电池的开路电压概念：电池的开路电压是指电池两级间所连接的外线路概念：电池的开路电压是指电池两级间所连接的外线路处于断路时电极间的电势差。正、负极在电解液中不一处于断路时电极间的电势差。正、负极在电解液中不一定处于热力学平衡状态，因此定处于热力学平衡状态，因此电池的开路电压总是小于电池的开路电压总是小于电动势电动势。测量方式：电池的电动势是从测量方式：

23、电池的电动势是从热力学函数热力学函数计算得出，而计算得出，而开路电压是用开路电压是用高阻电压表高阻电压表实际测量出来的，两者数值接实际测量出来的，两者数值接近。近。1.6 电池的性能指标电池的性能指标l 电池的内阻电池的内阻 概念：电池的内阻概念：电池的内阻R内内是指电流流过电池时所受到的阻力，是指电流流过电池时所受到的阻力，它包括它包括欧姆内阻欧姆内阻和电化学反应中电极极化所产生的和电化学反应中电极极化所产生的极化极化内阻内阻。 电池的电池的欧姆电阻欧姆电阻R的大小不仅与电解液、电极材料、隔的大小不仅与电解液、电极材料、隔膜的性质有关，还与电池的尺寸、装配、结构等因素有膜的性质有关，还与电池

24、的尺寸、装配、结构等因素有关。关。 极化电阻极化电阻Rf是指化学电源的正极与负极在进行电化学反是指化学电源的正极与负极在进行电化学反应时因极化所引起的内阻，包括应时因极化所引起的内阻，包括电化学极化电化学极化和和浓差极化浓差极化所引起的电阻之和。极化电阻与活性物质的本性、电极所引起的电阻之和。极化电阻与活性物质的本性、电极的结构、电池的制造工艺有关，特别是与电池的工作条的结构、电池的制造工艺有关，特别是与电池的工作条件密切相关，随放电制度和放电时间的改变而变化。件密切相关，随放电制度和放电时间的改变而变化。1.6 电池的性能指标电池的性能指标l 电池的工作电压电池的工作电压概念：电池的工作电压

25、又称负载电压、概念：电池的工作电压又称负载电压、放电电压放电电压，是指，是指有有电流流过外电路电流流过外电路时电池两级之间的电势差。时电池两级之间的电势差。 工作电压总是小于开路电压，当工作电压总是小于开路电压，当E = U开开时，有：时，有： U = E I R内内 = E I ( R + Rf )可见，可见，R内内 ，则，则U。电池放电三种方式：电池放电三种方式：恒电流放电、恒电阻放电和恒功率恒电流放电、恒电阻放电和恒功率放电放电。1.6 电池的性能指标电池的性能指标 恒电阻放电恒电阻放电时，电压和电流随时间逐渐降低。时，电压和电流随时间逐渐降低。 恒电流放电恒电流放电时，电压随时间逐渐降

26、低。时，电压随时间逐渐降低。 恒功率放电恒功率放电时，由时，由P = IV可知，电压随时间逐渐降低，而电流可知，电压随时间逐渐降低，而电流则逐渐增加。则逐渐增加。l 放电电流与放电时间的关系放电电流与放电时间的关系l 电压与放电时间的关系电压与放电时间的关系l 功率与放电时间的关系功率与放电时间的关系1.6 电池的性能指标电池的性能指标 放电电流放电电流，就是电池工作时的输出电流，通常也称为放，就是电池工作时的输出电流，通常也称为放电率，经常用电率，经常用时率时率（又称小时率）和（又称小时率）和倍率倍率表示。表示。时率：时率：以放电时间表示的放电速率，即以放电时间表示的放电速率，即以一定的放电

27、电流放以一定的放电电流放完全部容量所需的时间完全部容量所需的时间(h)(h)。如：额定容量为。如：额定容量为10A10Ah h的电池，的电池，以以2A2A的电流放电时，时率为的电流放电时，时率为10A10Ah/2A=5 hh/2A=5 h，即电池是以，即电池是以5 5小时率放电。小时率放电。倍率：倍率：电池在规定时间内放完全部容量时，电池在规定时间内放完全部容量时，用电池容量数值用电池容量数值的倍数表示的电流值的倍数表示的电流值。如：一只。如：一只1010Ah的电池，的电池，2C放电放电（C表示电池的容量）是指放电电流为表示电池的容量）是指放电电流为2 210=20(A)10=20(A)，对，

28、对应时率为应时率为10Ah/20A=0.5h10Ah/20A=0.5h，即电池以，即电池以0.50.5小时率放电。小时率放电。一般规定，一般规定，放电率在放电率在0.5C0.5C以下称为低倍率；以下称为低倍率；0.53.5C0.53.5C称为中称为中倍率；倍率；3.57C3.57C则为高倍率；大于则为高倍率；大于7C7C为超高倍率。为超高倍率。1.6 电池的性能指标电池的性能指标题目：题目： 已知：电池额定容量已知：电池额定容量15 Ah15 Ah，若放电时率为，若放电时率为2 2，则对应的放电电流密度则对应的放电电流密度I Id d是多少是多少A A？放电倍？放电倍率为多少率为多少? ? 若

29、放电电流若放电电流 I Id d= 5A= 5A，则放电时率，则放电时率和放电倍率和放电倍率x x分别为多少？若放电倍率为分别为多少？若放电倍率为0.2C0.2C，则放电时率和放电电流，则放电时率和放电电流 I Id d 又分别是又分别是多少？多少？1.6 电池的性能指标电池的性能指标l 初始工作电压和终止电压初始工作电压和终止电压 初始工作电压初始工作电压：电池放电刚开始的电压。：电池放电刚开始的电压。 终止电压：终止电压：电池电压下降到不宜再继续放电的最低工作电池电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压。终止电压跟电池放电条件、电池容量和寿命要求电压。终止电压跟电池放电条件、电池容量和寿命要

30、求相关。相关。电池电池1010小时率小时率5 5小时率小时率1 1小时率小时率镉镍1.10 V1.10 V1.00 V铅酸1.75 V1.75 V1.80 V碱性锌锰1.20 V锌银1.2-1.30 V1.2-1.30 V0.9-1.0 V 1.6 电池的性能指标电池的性能指标l 温度与放电曲线的关系温度与放电曲线的关系 放电温度较高时，放电曲线变化比较平缓，放电温度较高时，放电曲线变化比较平缓，温度越低，温度越低，曲线变化越大曲线变化越大。这是因为温度越低，离子运动速度减慢，。这是因为温度越低，离子运动速度减慢，欧姆电阻越大，温度过低时，电解液甚至会结冰而放不欧姆电阻越大，温度过低时，电解液

31、甚至会结冰而放不出电来。同时，温度降低电化学极化和浓差极化也将增出电来。同时，温度降低电化学极化和浓差极化也将增大，所以放电曲线下降变化较快。大，所以放电曲线下降变化较快。铅酸蓄电池在不同温度下的放电曲线铅酸蓄电池在不同温度下的放电曲线1.6 电池的性能指标电池的性能指标l 电池的容量与比容量电池的容量与比容量 概念：概念：电池的容量是指在一定的放电条件下可以从电池电池的容量是指在一定的放电条件下可以从电池获得的电量，单位常用获得的电量，单位常用安培小时安培小时(Ah)表示，可分为表示，可分为理论理论容量、额定容量和实际容量容量、额定容量和实际容量。 理论容量理论容量(C0)：假设活性物质全部

32、参加电池的成流反应假设活性物质全部参加电池的成流反应时所给出的电量，可按照法拉第定律计算获得。时所给出的电量，可按照法拉第定律计算获得。 法拉第定律法拉第定律电极上参加反应的物质的质量与通过的电电极上参加反应的物质的质量与通过的电量成正比，即：量成正比，即：1 mol活性物质参加电池的成流反应，释活性物质参加电池的成流反应，释放电量为放电量为1 F = 96500 C = 26.8 Ah。 理论容量计算公式：理论容量计算公式：C0 = 26.8 n m/M (Ah) 式中，式中，m为活性物质完全反应时的质量；为活性物质完全反应时的质量；n为成流反应时为成流反应时的得失电子数；的得失电子数；M为

33、活性物质的摩尔质量。为活性物质的摩尔质量。1.6 电池的性能指标电池的性能指标hAhACCF8 .26)36001(9650096500)106022. 1 ()10022. 6(11923法拉第常数（法拉第常数（Faraday constant; faraday constant）是近）是近代科学研究中重要的代科学研究中重要的物理常数物理常数，代表，代表每摩尔电子所携带的电每摩尔电子所携带的电荷荷，单位，单位C/mol，它是，它是阿伏伽德罗数阿伏伽德罗数NA=6.02214x1023 mol-1与与元电荷元电荷e=1.602176x10-19 C的积。尤其在确定一个物质带的积。尤其在确定一个

34、物质带有多少离子或者电子时这个常数非常重要。有多少离子或者电子时这个常数非常重要。法拉第常数法拉第常数以麦以麦可可法拉第命名，法拉第的研究工作对这个常数的确定有决定法拉第命名，法拉第的研究工作对这个常数的确定有决定性的意义。性的意义。 一般认为此值是一般认为此值是96485.33830.0083C/mol，此值是由，此值是由美国国家标准局美国国家标准局所依据的电解实验得到的，也被认为最具有所依据的电解实验得到的，也被认为最具有权威性。法拉第常数的符号为权威性。法拉第常数的符号为F。1.6 电池的性能指标电池的性能指标 额定容量额定容量(C额定额定)：称为标称容量，指设计和制造电池时，称为标称容

35、量，指设计和制造电池时，规定电池在一定的放电条件下应该放出的规定电池在一定的放电条件下应该放出的最低容量最低容量。 实际容量实际容量(C实际实际)：在一定放电条件下，电池实际能输出的在一定放电条件下，电池实际能输出的电量。电池实际容量不仅受理论容量制约，还与电池放电量。电池实际容量不仅受理论容量制约，还与电池放电条件密切相关。电条件密切相关。恒电流放电时：恒电流放电时： C实际实际 = I t ； 恒电阻放电时：恒电阻放电时：C实际实际 = V平均平均t/R (I为放电电流，为放电电流，V平均平均为平均放电电压，为平均放电电压，R为放电电阻，为放电电阻，t为放为放电时间）电时间）电池的实际容量

36、总是低于理论容量。电池的实际容量总是低于理论容量。1.6 电池的性能指标电池的性能指标 电池容量的影响因素：活性物质的数量和利用率电池容量的影响因素：活性物质的数量和利用率(k)。 影响活性物质利用率的因素：影响活性物质利用率的因素：（1）活性物质的活性；）活性物质的活性；（2）电极和电池的结构；）电极和电池的结构；（3）电解液的数量、浓度和纯度；）电解液的数量、浓度和纯度；（4）电池的制造工艺；）电池的制造工艺；（5）电池的放电制度。）电池的放电制度。1.6 电池的性能指标电池的性能指标 电池比容量：电池比容量：单位质量或单位体积电池所给出的容量称单位质量或单位体积电池所给出的容量称为质量比

37、容量为质量比容量(Ah/kg)或体积比容量或体积比容量(Ah/L) 。 比容量可用于对不同类型、不同大小的电池进行比较，比容量可用于对不同类型、不同大小的电池进行比较，以区别电池性能的优劣。以区别电池性能的优劣。1.6 电池的性能指标电池的性能指标l 电池的能量与比能量电池的能量与比能量 电池的能量：电池的能量：电池在一定放电条件下对外做功所输出的电池在一定放电条件下对外做功所输出的电能电能(瓦时，瓦时，Wh)，有，有理论能量理论能量与与实际能量实际能量之分。之分。 理论能量理论能量(W0)就是电池在恒温、恒压、可逆放电条件下就是电池在恒温、恒压、可逆放电条件下所做的最大非体积功。所做的最大非

38、体积功。W0 = - G = nFE = C0E1.6 电池的性能指标电池的性能指标 实际能量实际能量(W)：是电池在一定放电条件下实际输出的能量，是电池在一定放电条件下实际输出的能量，在数值上等于实际容量和平均工作电压的乘积。在数值上等于实际容量和平均工作电压的乘积。W = CV平平 比能量：比能量：指单位质量或单位体积的电池所放出的能量，指单位质量或单位体积的电池所放出的能量，分别用分别用“瓦瓦时时/公斤公斤”(Wh/kg)和和“瓦瓦时时/升升”(Wh/L)。1.6 电池的性能指标电池的性能指标l 电池的储存性能与自放电电池的储存性能与自放电 电池储存性能：指电池电池储存性能：指电池开路开

39、路时，在一定的条件下（如温时，在一定的条件下（如温度、湿度等）储存一段时间后，容量自行降低的性能，度、湿度等）储存一段时间后，容量自行降低的性能，也称也称自放电自放电。 自放电产生原因：电极在电解液中处于热力学的不稳定自放电产生原因：电极在电解液中处于热力学的不稳定性，电池的性，电池的两电极自行发生了氧化还原反应两电极自行发生了氧化还原反应的结果。通的结果。通常常负极负极因为活性物质大多为活泼金属，其自放电比正极因为活性物质大多为活泼金属，其自放电比正极严重。严重。 影响自放电的因素：影响自放电的因素：储存温度，环境的相对湿度，以及储存温度，环境的相对湿度，以及活性物质、电解液、隔板和外壳等带入的有害杂质。活性物质、电解液、隔