鉛酸蓄電池科學(xué)與技術(shù)（原書第2版）

目錄
譯者序
原書第2版前言
原書第1版前言
致謝

第1部分鉛酸蓄電池基本原理
第1章鉛酸蓄電池的發(fā)明與發(fā)展
1.1前奏
1.2普朗特——鉛酸蓄電池的發(fā)明家
1.2.1科學(xué)家普朗特
1.2.2普朗特其人
1.3鉛酸蓄電池艱苦的發(fā)展歷程
1.3.1初期的普朗特技術(shù)
1.3.2鉛酸蓄電池生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展
1.3.3鉛酸蓄電池在人類生活中的首次應(yīng)用
1.420世紀(jì)的鉛酸蓄電池——發(fā)展的第二階段
1.4.1鉛粉的制備過程
1.4.2鉛酸蓄電池生產(chǎn)中的新材料與新工藝
1.4.3失水與免維護難題的解決方案
1.4.4早期容量損失與解決方案
1.4.5硫酸鉛鉛膏
1.4.6蓄電池活性物質(zhì)的骨架與結(jié)構(gòu)
1.4.7二氧化鉛活性物質(zhì)的凝膠-晶體結(jié)構(gòu)
1.4.8PbPbOPbSO4H2SO4電極
1.4.9負(fù)極活性物質(zhì)中膨脹劑的3種成分
1.5鉛酸蓄電池的應(yīng)用
1.5.1鉛酸蓄電池的類型
1.5.2鉛酸蓄電池在電化學(xué)二次電池中的位置
1.6鉛酸蓄電池發(fā)展新階段所面臨的挑戰(zhàn)
1.6.1混合動力汽車
1.6.2鉛酸蓄電池在混合動力汽車應(yīng)用的主要問題
參考文獻

第2章鉛酸蓄電池原理
2.1鉛酸蓄電池?zé)崃W(xué)
2.1.1概要
2.1.2硫酸鉛電極（PbPbSO4）電勢
2.1.3二氧化鉛電極（PbO2PbSO4）的電勢
2.1.4鉛酸蓄電池的電動勢ΔE
2.1.5鉛酸蓄電池在生產(chǎn)和使用期間所涉及鉛化合物的簡介
2.1.6PbH2SO4H2O體系
2.1.7PbH2SO4H2O體系的電勢/pH圖
2.1.8溫度對鉛酸蓄電池電動勢的影響
2.2鉛在硫酸溶液中的陽極極化期間所形成的電極體系
2.3PbPbSO4H2SO4電極
2.3.1鉛表面的電極過程
2.3.2鉛陽極氧化的基本過程和硫酸鉛晶體層的形成
2.3.3PbSO4層孔內(nèi)溶液的堿化過程
2.3.4作為選擇性滲透膜的PbSO4層——PbPbOPbSO4電極電勢
2.4鉛表面的H2H+電極
2.5PbPbOPbSO4電極體系
2.5.1PbO的形成機理
2.5.2鉛的中間氧化物
2.5.3PbPbOPbSO4體系轉(zhuǎn)化為PbPbOnPbSO4體系的光電化學(xué)氧化反應(yīng)
2.5.4PbPbOPbSO4電極轉(zhuǎn)化為PbPbO2電極的電化學(xué)氧化反應(yīng)
2.6PbPbO2PbSO4電極體系
2.6.1PbO2的物理-化學(xué)性質(zhì)
2.7MePbO2電極的電化學(xué)制備
2.7.1α-PbO2層的制備
2.7.2β-PbO2的制備
2.8PbPbO2H2SO4電極的電化學(xué)行為
2.8.1平衡電勢
2.8.2溫度相關(guān)性
2.8.3硫酸的吸附
2.9活性物質(zhì)PbO2顆粒的水化過程和無定形過程，及其對放電反應(yīng)的影響
2.9.1正極活性物質(zhì)的凝膠-晶體結(jié)構(gòu)
2.9.2PbO2顆粒晶體區(qū)、凝膠區(qū)、PAM凝聚體以及外部溶液離子之間的平衡
2.9.3PAM放電的質(zhì)子-電子機理
2.9.4PbPbO2PbSO4（O2H2O）電極陽極極化期間的反應(yīng)
2.10H2OO2電極體系
2.10.1二氧化鉛的氧過電壓
2.10.2氧在二氧化鉛層的覆蓋和擴散
2.10.3氧析出機理
2.11鉛酸蓄電池正極和負(fù)極在充電和放電期間的電化學(xué)反應(yīng)
2.11.1電池放電期間的基本反應(yīng)
2.11.2電池充電期間的基本反應(yīng)
2.11.3充電和放電期間兩個電極的反應(yīng)示意圖
2.11.4鉛酸蓄電池中的電流轉(zhuǎn)移
2.12鉛及鉛合金在二氧化鉛電勢區(qū)的陽極腐蝕
2.12.1腐蝕層的生長
2.12.2PbPbO2PbSO4H2SO4電極電勢對鉛氧化局部電流、氧析出局部電流以及其陽極層成分的依賴關(guān)系
2.12.3鉛在PbO2電勢區(qū)的陽極腐蝕機理
2.12.4α-PbO2和β-PbO2的穩(wěn)定性
2.13鉛酸蓄電池簡介
2.13.1鉛酸蓄電池的比能量
2.13.2有關(guān)鉛酸蓄電池設(shè)計的一般注意事項
2.13.3鉛酸蓄電池生產(chǎn)工藝
2.13.4鉛酸蓄電池的電極結(jié)構(gòu)
2.13.5二氧化鉛活性物質(zhì)制備正極板的主要技術(shù)要點
2.13.6鉛活性物質(zhì)制備負(fù)極板的主要技術(shù)要點
參考文獻

第2部分鉛酸蓄電池生產(chǎn)用原材料
第3章H2SO4電解液——鉛酸蓄電池的一種活性物質(zhì)
3.1電池行業(yè)中作為電解液使用的硫酸溶液
3.2鉛酸蓄電池所用H2SO4的純度
3.3硫酸的離解
3.4H2SO4溶液的電導(dǎo)率
3.5溫度對鉛酸蓄電池性能的影響
3.5.1溫度對鉛酸蓄電池水損耗的影響
3.5.2低溫條件下H2SO4溶液的特性
3.6電解液濃度對鉛酸蓄電池電動勢以及充電電壓的影響
3.7硫酸在電池極群中的分布情況
3.8鉛酸蓄電池活性物質(zhì)利用率及電池性能
3.9PbO2PbSO4電極的電化學(xué)活性和硫酸電解液的濃度之間的相互關(guān)系
3.10PbSO4晶體溶解度與電解液濃度之間的關(guān)系
3.11H2SO4電解液濃度對電池性能的影響
3.12電解液添加劑
3.12.1無機化合物
3.12.2碳懸浮液
3.12.3高分子制劑
3.13電解液中的污染物（雜質(zhì)）
3.14引起電解液分層的原因以及電解液分層對電池性能的影響
參考文獻

第4章鉛合金和板柵及板柵設(shè)計準(zhǔn)則
4.1電池行業(yè)對鉛合金的要求
4.2電池行業(yè)用鉛的純度標(biāo)準(zhǔn)
4.3Pb-Sb合金
4.3.1一些歷史背景
4.3.2Pb-Sb合金體系的平衡相圖和微觀結(jié)構(gòu)
4.3.3不同銻含量的Pb-Sb合金特性
4.3.4Pb-Sb合金的添加劑
4.3.5板柵合金中的銻對水分解速率的影響
4.3.6板柵熱裂機理
4.3.7成核劑（細(xì)化劑）
4.3.8Sb、As和Bi對PbO2活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)可逆性的影響
4.3.9銻對PbO2電勢區(qū)所形成的Pb-Sb電極腐蝕層的成分和電阻的影響
4.4Pb-Ca合金
4.4.1Pb-Ca合金如何廣泛地應(yīng)用于電池行業(yè)
4.4.2Pb-Ca合金體系的平衡相圖
4.4.3Pb-Ca合金的機械性能
4.4.4Pb-Ca合金添加劑鋁
4.5Pb-Ca-Sn合金
4.5.1Pb-Ca-Sn合金的微觀結(jié)構(gòu)
4.5.2Pb-Ca-Sn合金的機械性能
4.5.3Pb-Ca-Sn合金的耐腐蝕性
4.5.4Pb-Ca-Sn合金的電化學(xué)特性和無錫效應(yīng)
4.5.5Pb-Ca-Sn合金添加劑
4.6Pb-Sn合金
4.7板柵設(shè)計原則
4.8板柵/骨芯鑄造
4.9連續(xù)極板生產(chǎn)工藝
4.10管式正極板
4.11銅拉網(wǎng)金屬負(fù)網(wǎng)柵
參考文獻

第5章鉛氧化物
5.1鉛氧化物和紅鉛的物理特性
5.1.1鉛氧化物
5.1.2紅鉛（Pb3O4）
5.2鉛的熱氧化機理
5.3鉛氧化物的生產(chǎn)過程
5.3.1中等溫度鉛氧化的巴頓鍋鉛粉生產(chǎn)方法
5.3.2鉛在低溫下發(fā)生氧化的球磨鉛粉生產(chǎn)工藝
5.3.3巴頓鍋與球磨鉛粉的比較
5.3.4巴頓鍋和球磨鉛粉工藝的最新進展
5.3.5紅鉛（鉛丹）的生產(chǎn)
5.4鉛粉特性
5.4.1鉛粉生產(chǎn)用的鉛的純度
5.4.2鉛粉的晶型
5.4.3鉛粉的化學(xué)組成
5.4.4吸水率和吸酸率
5.4.5表面積（比表面積）
5.4.6真實密度、灌注（表觀）密度和填充密度
5.4.7顆粒尺寸分布
5.4.8鉛粉穩(wěn)定性
5.4.9鉛粉生產(chǎn)相關(guān)的環(huán)境危害和人身健康問題
5.5鉛粉特性對電池性能參數(shù)的影響
5.5.1鉛粉生產(chǎn)的電池
5.5.2納米結(jié)構(gòu)鉛粉生產(chǎn)的電池
參考文獻

第3部分鉛膏制備和極板固化期間的反應(yīng)
第6章鉛膏和涂板
6.1概述
6.2基本原理
6.2.1PbOH2SO4H2O體系的熱力學(xué)：鉛膏物相組成隨溶液pH值的變化情況
6.2.2鉛膏物相組成隨著合膏溫度的變化情況
6.2.3合膏過程中的熱效應(yīng)
6.2.4三堿式硫酸鉛3PbO·PbSO4·H2O（3BS）
6.2.5四堿式硫酸鉛4PbO·PbSO4（4BS）
6.2.6鉛膏的必要成分——無定形物相
6.2.7正極板循環(huán)壽命隨鉛膏物相組成的變化情況
6.2.8堿式硫酸鉛鉛膏在電池行業(yè)的技術(shù)可行性
6.2.9鉛粉和Pb3O4制備的鉛膏
6.3鉛膏制備技術(shù)
6.3.1鉛膏的一般要求
6.3.2鉛膏密度
6.3.3鉛膏稠度
6.3.4鉛膏制備的工藝流程和設(shè)備
6.3.5管式正極板的制造
參考文獻

第7章正、負(fù)極鉛膏的添加劑
7.1負(fù)極鉛膏的添加劑
7.1.1膨脹劑
7.1.2碳添加劑
7.1.3硫酸鋇
7.1.4負(fù)極鉛膏中的其他添加劑
7.2正極鉛膏添加劑
7.2.1加速正極板化成的添加劑
7.2.2導(dǎo)電的添加劑
7.2.3能夠提高電池容量、能量、電量輸出與循環(huán)壽命的正極板添加劑
7.2.4可以抑制活性物質(zhì)硫酸鹽化的正極鉛膏添加劑
參考文獻
擴展讀物

第8章極板固化
8.1概述
8.2基本原理
8.2.1固化鉛膏形成強硬的多孔物質(zhì)（骨架）
8.2.2鉛膏中剩余游離鉛的氧化
8.2.3極板固化期間PbSnCa板柵的腐蝕過程以及腐蝕層的形成過程
8.2.4極板干燥期間的反應(yīng)
8.3極板固化技術(shù)
8.3.1空氣固化
8.3.2固化間內(nèi)的固化過程
參考文獻

第4部分極 板 化 成
第9章固化極板在化成之前的浸酸
9.1鉛酸蓄電池極板化成期間的相關(guān)工藝流程
9.2浸酸和化成期間的H2SO4電解液
9.2.1浸酸和化成期間H2SO4溶液的濃度
9.2.2用于富液式電池和VRLAB的電池內(nèi)化成的灌酸工藝
9.33BS固化極板浸酸期間的反應(yīng)
9.3.1浸酸期間鉛膏的化學(xué)組成和物相組成以及H2SO4濃度的變化情況
9.3.2浸酸期間沿著極板厚度形成不同次級層的局部反應(yīng)
9.3.3浸酸期間固化鉛膏腐蝕層板柵界面處的結(jié)構(gòu)變化
9.3.43BS鉛膏浸酸期間所發(fā)生反應(yīng)的機理
9.3.5浸酸對電池循環(huán)壽命的影響
9.44BS固化鉛膏的浸酸
9.4.13BS鉛膏和4BS鉛膏在H2SO4溶液中的硫酸鹽化速率
9.4.2浸酸期間4BS晶體的硫酸鹽化反應(yīng)
9.4.34BS鉛膏的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)在浸酸期間的變化情況
9.4.44BS極板浸酸后形成的鉛膏CL界面結(jié)構(gòu)
9.4.5浸酸之后4BS鉛膏的孔大小和BET表面積
9.4.690℃固化的鉛膏浸酸之后的差示掃描量熱分析(DSC)情況
9.5浸酸過程對電池性能的影響
參考文獻

第10章鉛酸蓄電池正極板化成
10.1化成期間電極體系的平衡電勢
10.23BS固化鉛膏形成PAM的化成過程
10.2.1H2SO4濃度對3BS鉛膏形成PAM的化成過程的影響
10.2.2化成期間鉛膏孔體系的變化情況
10.2.3鉛酸蓄電池正極板化成期間的化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)
10.2.4H2SO4/LO比例對3BS鉛膏化成反應(yīng)的影響
10.34BS固化鉛膏形成PAM的化成過程
10.4采用4BS鉛膏的正極板化成期間的結(jié)晶機理
10.5化成形成的板柵、腐蝕層、活性物質(zhì)之間的界面結(jié)構(gòu)
10.6H2SO4/LO比值對PAM中的β-PbO2/α-PbO2比值和極板容量的影響
10.7正極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)
10.7.1PAM的微觀和宏觀結(jié)構(gòu)
10.7.2PAM結(jié)構(gòu)中的傳輸孔和反應(yīng)孔及其對極板容量的影響
10.7.3PbO2顆粒的凝膠-晶體結(jié)構(gòu)
10.7.4PbO2活性物質(zhì)凝膠區(qū)發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)
10.8板柵合金添加劑對PbO2黏合劑電化學(xué)活性的影響
參考文獻
擴展讀物

第11章鉛酸蓄電池負(fù)極板化成
11.1化成期間電化學(xué)反應(yīng)的平衡電勢
11.2負(fù)極板化成期間的反應(yīng)
11.3區(qū)域反應(yīng)
11.4負(fù)極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)
11.4.1化成的兩個階段對NAM結(jié)構(gòu)的影響
11.4.2化成期間負(fù)極板孔結(jié)構(gòu)的演變
11.5膨脹劑對NAM結(jié)構(gòu)形成過程的影響，以及引起膨脹劑解體的因素
11.5.1膨脹劑對極板化成反應(yīng)的影響
11.5.2循環(huán)期間限制電池壽命的NAM結(jié)構(gòu)變化情況
參考文獻

第12章化成技術(shù)
12.1簡介
12.1.1化成期間的溫度、H2SO4濃度和開路電壓的變化情況
12.1.2化成工藝參數(shù)
12.2活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)對極板容量的影響
12.3鉛酸蓄電池化成初始階段
12.3.1腐蝕層化成初期的反應(yīng)
12.3.2化成初始階段的電流和電壓
12.4固化鉛膏正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)的化成
12.4.1鉛酸蓄電池化成及充電之間的區(qū)別
12.4.2化成方案
12.4.3活性物質(zhì)連接層（AMCL）的化成
12.4.4化成方案中的靜置和放電階段
12.5PbO2晶型對正極板容量的影響以及影響α-PbO2/β-PbO2比例的化成參數(shù)
12.5.1α-PbO2和β-PbO2的電化學(xué)活性
12.5.2化成參數(shù)對化成效率和PAM中的α-PbO2與β-PbO2比值的影響
12.6化成結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)
12.7集流體表面形態(tài)對板柵正極活性物質(zhì)界面的PbSO4晶體形成過程的影響
12.8縮短化成時間的方法
12.8.1通過電解液循環(huán)方法加快化成過程
12.8.2電解液再循環(huán)工藝用于加速化成的概念框圖
12.9化成后缺陷電池的識別
12.9.1缺陷電池的識別方法
12.9.2電池瞬時大電流放電期間的電壓變化（ΔV）的確定
參考文獻

第5部分電池存儲和VRLAB
第13章化成后以及電池存儲期間的反應(yīng)
13.1化成后的極板狀態(tài)
13.2干荷電電池
13.2.1正極板在干燥期間發(fā)生的反應(yīng)——熱鈍化
13.2.2負(fù)極板化成后的干燥方法
13.2.3負(fù)極板在化成工序和干燥工序之間的反應(yīng)
13.2.4鉛氧化反應(yīng)的抑制劑
13.2.5干荷電電池生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制
13.2.6干荷電電池存儲期間的反應(yīng)
13.2.7總結(jié)
13.3濕荷電電池
13.3.1濕荷電電池存儲期間發(fā)生的反應(yīng)
13.3.2硫酸濃度對濕荷電鉛酸蓄電池正極板自放電反應(yīng)的影響
13.3.3正板柵合金添加劑對濕荷電電池存儲期間的反應(yīng)及性能參數(shù)的影響
13.3.4濕荷電電池存儲期間負(fù)極板發(fā)生的反應(yīng)
參考文獻

第14章閥控式鉛酸（VRLA）蓄電池
14.1氫氣和氧氣發(fā)生再化合反應(yīng)生成水
14.2閥控式鉛酸蓄電池（VRLAB）
14.2.1VRLAB設(shè)計和使用的一般原理
14.2.2VRLAB在充電期間和COC期間發(fā)生的反應(yīng)
14.2.3VRLAB正極板在放電期間和氧循環(huán)期間的特性
14.2.4AGM隔板以及正、負(fù)極板之間的傳輸反應(yīng)
14.2.5VRLAB負(fù)極板發(fā)生的充電反應(yīng)和COC
14.3總結(jié)
參考文獻

第15章鉛-碳電極
15.1簡介
15.2作為負(fù)極活性物質(zhì)添加劑的碳
15.2.1碳對負(fù)極活性物質(zhì)的作用機理及其對鉛酸蓄電池工藝和性能參數(shù)的影響
15.2.2碳添加劑在鉛酸蓄電池負(fù)極活性物質(zhì)電化學(xué)效應(yīng)中的作用
15.2.3鉛酸蓄電池負(fù)極的鉛或者碳所主導(dǎo)反應(yīng)的不同階段
15.2.4碳摻雜的負(fù)極活性物質(zhì)電解液的界面上進行5s內(nèi)的短時大電流脈沖充放電的容性過程
15.2.5鉛酸蓄電池負(fù)極的陽極極化和陰極極化所涉及的電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)
15.2.6鉛酸蓄電池鉛-碳負(fù)極板的電化學(xué)體系和容性體系
15.2.7碳添加劑對負(fù)極活性物質(zhì)和電池性能的結(jié)構(gòu)特性和電化學(xué)特性的影響
15.2.8負(fù)極活性物質(zhì)比表面積和HRPSoC循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系（電化學(xué)反應(yīng)的可逆性）
15.2.9碳對鉛酸蓄電池負(fù)極活性物質(zhì)孔體系的影響
15.2.10碳顆粒大小對采用NAM含有炭黑或活性炭的電池在HRPSoC工況循環(huán)特性的影響
15.2.11Vaniseprse A和炭黑對NAM中添加炭黑或電化學(xué)活性炭的電池的HRPSoC工況循環(huán)性能的影響
15.3通過聯(lián)合超級電容器提高鉛酸蓄電池負(fù)極板的性能
15.3.1UltraBattery
15.3.2混合鉛-碳電極的碳超級電容器組件上發(fā)生的反應(yīng)機理
15.3.3電化學(xué)電容器
15.4鉛-碳電極上的氫析出
15.4.1氫過電壓
15.4.2NAM添加劑減少了鉛-碳電極析氫
15.5鉛酸蓄電池的鉛-碳電極在HRPSoC工況循環(huán)期間的硫酸鹽化
15.5.1聚天冬氨酸（DS）對PbSO4再結(jié)晶的影響
15.5.2苯甲酸芐酯對PbSO4再結(jié)晶的影響
參考文獻



第6部分鉛酸蓄電池活性物質(zhì)的計算
第16章鉛酸蓄電池活性物質(zhì)的計算
16.1鉛酸蓄電池活性物質(zhì)的理論計算
16.1.1電量的基本單位和電量與質(zhì)量當(dāng)量
16.1.2鉛酸蓄電池每Ah電荷(電量)的電化學(xué)當(dāng)量
16.1.3鉛酸蓄電池正負(fù)極活性物質(zhì)質(zhì)量計算
16.1.4以50Ah鉛酸蓄電池為例，當(dāng)正極活性物質(zhì)利用率為50%，負(fù)極活性物質(zhì)利用率為45%時，正負(fù)極活性物質(zhì)質(zhì)量計算
16.1.5鉛酸蓄電池活性物質(zhì)其他參數(shù)的計算
16.1.6鉛酸蓄電池的酸量
16.1.7鉛酸蓄電池的酸量與容量的關(guān)系
16.1.8各類富液式100Ah起動型電池容量與活性物質(zhì)利用率的系數(shù)
16.1.9不同類型鉛酸蓄電池活性物質(zhì)的計算
16.1.10不同類型鉛酸蓄電池電化學(xué)當(dāng)量與容量當(dāng)量
16.2不同鉛酸蓄電池生產(chǎn)工藝下活性物質(zhì)計算示例
16.2.1鉛膏組成計算示例
16.2.2鉛膏制備期間H2O與H2SO4用量的計算
16.2.3固化后已知成分鉛膏化成所需電量的計算
16.2.4化成后正負(fù)極板中活性物質(zhì)含量的計算
16.3電極電勢的測量
16.3.1鉛酸蓄電池的開路電壓
16.3.2參比電極
16.3.3PbPbSO4和PbO2PbSO4電極與上述4種參比電極電勢計算
16.3.4電池電解液與參比電極電解液的擴散電勢
參考文獻


附錄
附錄A鉛化合物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)
附錄B電池含鉛物相的X-ray衍射數(shù)據(jù)
附錄C不同相對密度（比重）的H2SO4濃度