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1、1 电池（Cell）与电池组（Battery）电池是一种基本的电化学装置，能使化学能直接转化变为电能电池组是由一个或多个电化学电池所构成，通过串并联排列，以提供所需的工作电压和电流。有的出版物将电池组认为是两个或多个电池组成。2 电池的属性电池是一种既古老又不断创新发展的产品。电池是一种附属性产品电池是一种常青藤式的产品电池是一种既简单又复杂的专业，理论既明了，技术又复杂的多学科的交叉电池概观第1页/共41页 图1 可提携应用的电池性能的进展。第2页/共41页3 电池的要素和组成电极 阳极：电池内发生还原反应的电极称为阳极，即还原电极，向外路释出电子 阴极：电池内发生氧化应的电极称为阴极，即氧
2、化电极，自外电路接受电子 负极：放电时电池负极是阳极；充电时负极是阴极 正极：放电时电池正极是阴极；充电时正极是阳极 隔膜：在同一电池中，防止不同极性的两个电极间电子接 触而又能让离子渗透（离子传导）的隔离层或材料。第3页/共41页电解质溶液（电液）：在电池内正负极间提供离子传输作用 的介质。电解质溶液电解质溶液溶质溶质 溶剂溶剂 酸酸盐盐水水有机溶剂有机溶剂碱碱第4页/共41页其他构件：图2电池的组分第5页/共41页4 电池的分类：成流机理 化学能 电能原电池：当电池或电池组放出它全部电能后不得再充电并且 废弃的电池。二次电池（蓄电池）：电池或电池组在放电后，与放电相反的 方向通过电流能使之
3、恢复其荷电态的电池。储备电池：电池或电池组贮存时处于非活性态，使用时加入预 先准备好的电液，其他的电池组分，或者在热电池中 加热使凝固态电解质熔融的电池。放电充电第6页/共41页燃料电池：活性物质不断自外部供给，而反应产物不断地自 电池内移除的使化学能转变为电能的装置。5 5 电池的设计与构造(1)(1)据的电极的构型 图3 电池设计的典型构型(2)根据电池和电池组的形状（）扣式电池（Button Cell）微型：公称容量1Ah (a)直径（d）大，高度（h）小 dh (b)币式电池（coin cell）dh 第7页/共41页图3 电池设计的典型构型第8页/共41页图4 微型碱锰平板扣式电池第
4、9页/共41页图5 卷绕阳极式Zn/HgO电池第10页/共41页图6 Zn/空 扣式电池(a)(b)第11页/共41页（）圆柱型电池 (a)芯型（bobbin）(a)图7 leclanche干电池，负极Zn筒在外，正极芯在内第12页/共41页图7（b）第13页/共41页图8 碱锰电池，正极环在外，负极锌膏在内第14页/共41页图9 (a)leclanche反极式（inside out）电池第15页/共41页图9（b）反极式镁电池第16页/共41页图10 钟型铅酸电池剖视与部件分解图第17页/共41页(b)卷绕式图11 密封 Ni/MH 电池第18页/共41页图12 Li/MoS2 电池第19页
5、/共41页（）方型电池 （a）薄片式（Slim）图13 薄平板密封铅酸电池部件分解图第20页/共41页图14 密封薄片式Ni/Cd 电池第21页/共41页(b)(b)卷绕式矩形 (a)图15 卷绕式矩形锂离子电池示意图第22页/共41页(b)第23页/共41页(C)第24页/共41页图16 典型矩形铅酸电池和单元电池组（a）剖示图第25页/共41页（b）分解图第26页/共41页图 17开孔式烧结板Ni/Cd电池第27页/共41页图 18密封矩形Ni/MH电池第28页/共41页（）双极式结构（bipolaz-plate）6 电池的基本参数（1）电压是电池体系的一种表征重要的参数理论电压：是指定电
6、池的标准电位，即电动势。是由组成电池活性物质类型决定的。当电池发生反应时，自由能减小（-G0）做了电功，即在标准态时 -G0=NFE0 E0=-G0/NFE0即标准电位（V），F为法拉第常数（96485C，或26.8AH）n为电池反应涉及的电子转移数。第29页/共41页实际电压：通常与理论电压十分接近开路电压：（OCV Open circuit voltage）：开路时（无负载时）电池两极柱间的电压差。闭路电压：（CCVClosed circuit voltage）：放电时，在指定负 荷下电池的电位或电压。（与I，SOC，放电历程 有关）工作电压：放电是电池的实际（典型）电压或电压范围。公称电
7、压：电池的特征工作电压或额定（Rated）电压，与平衡 电位接近。平均电压：放电时电压的平均值。第30页/共41页中点电压：放电时电池的满充态与截止电压间的中间电压。截止电压：指定电池放电终止时的电压(2)容量理论容量：由电池中的活性物质量决定的，用化学反应涉及的总电量来表示（库仑 C，或Ah）如：Zn+2MnO2 ZnOMn2O3g/Ah 1.22 3.24 4.46g/Ah（0.224Ah/g 224Ah/kg）LiC6 +LiCOO2 LiCOO2 +C6g/Ah 2.68 7.29 9.97g/Ah （0.1Ah/g 100Ah/kg）第31页/共41页实际容量：电池在指定放电条件下自
8、满充电态下能放出的安时总量（AH）有效容量：（avaiable capacity）或可利用容量：电池在规定放电率和其他指定放电或工作条件下能得到的总容量（Ah）额定容量：（Rated Capacity）：在指定条件下（放电倍率、截止电压、温度）电池能放出的总安时数，通常由厂家额定。CAh=0 t I(t)dt/Ah 恒流 CAh=It/Ah(3)能量：电压与电量的乘积=VAh=Wh理论能量：某电池体系可释放出的最大能量（Wh）锂离子电池（C/LiCoO2）：理论能量=4.1100=410Wh/kg第32页/共41页实际能量：在指定条件下，一个电池能放出的测得的电能量。CWh=0t E（t）I（
9、t）dt比能量：单位质量的能量（Wh/kg），一个电池输出能量与其质量之比。能量密度：单位体积的能量（Wh/L）图19 各种电池体系贮能能力的比较表1 主体化学电源体系及其特性为什么实际能量、实际比能量比理论量少得多？第33页/共41页图19第34页/共41页图20 理论与实际比能量的比较第35页/共41页比能量的上限(4)(4)比功率比功率：电池释放的功率与其质量之比（W/kg）图21 原电池（a）与二次电池的功率曲线 功率密度功率密度：电池释放的功率与其体积之比（W/L）比能量与比功率的关系：比能量与比功率的关系：图22在不同连续放电负荷下，不同电池的性能比较 图23 主要二次电池的比能量与比功率关系比较第36页/共41页图21(a)原电池（a）与二次电池的功率曲线第37页/共41页(b)第38页/共41页图22在不同连续放电负荷下，不同电池的性能比较第39页/共41页图23主要二次电池的比能量与比功率关系比较第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页