内容简介
《电池手册》是由美国数十位知名电池专家撰写的综合性工具书，先后出版了第一版至第四版，以及目前的第五版。第五版《电池手册》为了适应电池技术的快速发展，满足电动汽车、大规模储能、信息技术应用、医疗健康等领域的新型应用需求，在全面修订和更新经典电池体系部分的基础上，新增了关于新兴电池技术、电池制造、电池测试以及电池安全等方面的大量内容，并介绍了各类电池新产品、相关性能参数及应用实例。
第五版《电池手册》共分六个部分，特别强化了对当前电池技术进展的介绍。全书内容翔实、技术信息新颖、实用性强。对于从事电池研究、生产及应用的科技人员和工程技术人员来说，既是一本极具价值的技术参考书，也是一本不可或缺的实用工具手册；同时，本书也可作为高校电化学、新能源材料、新能源技术等专业师生的重要参考书。
目录
第一部分 纵览与综述 1
第1章 序言与概述： 电、电化学与电池 2
1．0 概述 2
1．1 手册内容和结构 2
1．2 电化学时代 3
1．3 电池工作原理 5
1．4 电池术语 5
1．5 电池组件 5
1．6 电池的分类 6
1．6．1 原电池 6
1．6．2 蓄电池或可充电电池 7
1．6．3 储备电池 7
1．6．4 燃料电池 7
1．7 电池的工作原理 8
1．7．1 放电 8
1．7．2 充电 8
1．7．3 实例（镍镉电池） 8
1．7．4 燃料电池 9
1．8 电化学理论基础 9
1．8．1 自由能 9
1．8．2 理论电压 9
1．8．3 理论容量 11
1．8．4 理论能量 11
1．9 电池的实际比能量和能量密度 14
1．10 比能量和能量密度的限制 15
1．11 市场趋势 16
1．12 案例研究： 用于运煤的电池驱动驳船 17
1．13 电池系统体系 18
参考文献 18
第2章 原材料 19
2．0 概述 19
参考文献 19
2A 活性材料 20
2A．1 引言 20
2A．1．1 电池活性材料性能 20
2A．1．2 电池的能量特性 20
2A．2 锂离子电池活性材料 20
2A．2．1 锂离子电池正极材料 21
2A．2．2 锂化、层状过渡金属氧化物材料 21
2A．2．3 过渡金属磷酸锂和其他锂电池正极材料 26
2A．2．4 锂离子电池负极 27
2A．3 铅酸电池活性材料 28
2A．4 镍-金属氢化物电池活性材料 29
2A．5 原电池活性材料 29
2A．6 “超越锂离子”的蓄电池材料 29
2A．6．1 单质硫正极材料 29
2A．6．2 钠硫电池 30
2A．6．3 镁基电池 30
2A．6．4 钒液流电池 30
参考文献 30
2B 金属和矿物 31
2B．1 引言 31
2B．2 分类 31
2B．2．1 纯金属（和合金） 31
2B．2．2 矿物/化合物 34
2B．2．3 战略性矿产和贵金属 35
2B．3 总结 35
参考文献 35
2C 聚合物和有机材料 36
2C．1 引言 36
2C．2 主要分类 36
2C．2．1 聚合物 36
2C．2．2 电解质 38
2C．2．3 工艺溶剂 38
2C．2．4 纤维素 38
2C．3 属性 39
参考文献 39
2D 陶瓷和无机材料 40
2D．1 引言 40
2D．2 综述 40
2D．2．1 陶瓷和玻璃 40
2D．2．2 无机化合物 40
2D．2．3 物理形态 40
2D．2．4 氧化物和硅酸盐 41
2D．2．5 碳酸盐和氢氧化物 41
2D．2．6 其他 41
2D．3 总结 42
参考文献 42
2E 碳和石墨 43
2E．1 引言 43
2E．2 石墨的供应 43
2E．3 结论 44
参考文献 44
第3章 电池组件 45
3．0 概述 45
参考文献 45
3A 电极 46
3A．1 引言 46
3A．2 通用电极类型 46
3A．3 典型电极种类 47
3A．3．1 片/箔/网状金属活性材料电极 47
3A．3．2 粉末或固态无机物活性材料电极 48
3A．3．3 聚合物活性材料电极 48
3A．3．4 聚合物复合材料电极 48
3A．3．5 液态和气态电极 49
3A．4 新型电极创新 49
3A．4．1 指导原则 49
3A．4．2 当前电极生产流程的局限 50
3A．5 范例研究：新型相转变方案 50
参考文献 51
3B 电解质 52
3B．1 引言 52
3B．2 电解质的基本功能 52
3B．3 水系电解液 53
3B．3．1 碱性电解液 54
3B．3．2 中性电解液 55
3B．3．3 酸性电解液 56
3B．4 非水系电解液 56
3B．4．1 有机电解液 56
3B．4．2 无机电解液 58
3B．4．3 离子液体 58
3B．5 固态电解质 58
3B．5．1 固态聚合物电解质 59
3B．5．2 无机固态电解质 59
参考文献 59
3C 隔膜 61
3C．1 引言 61
3C．2 隔膜技术概述 61
3C．3 锂电池隔膜测试方法 62
3C．3．1 物理性质 62
3C．3．2 机械性质 63
3C．3．3 热稳定性测试 64
3C．3．4 化学浸润作用对隔膜的影响 64
3C．3．5 隔膜电性能测试 65
3C．3．6 隔膜测试总结 65
3C．4 新型隔膜技术 67
参考文献 67
3D 从电池到终端用户的电气连接 68
3D．1 引言 68
3D．2 电气连接的设计因素 68
3D．3 电池电气连接的设计特点 69
3D．4 电池连接架构与要求 70
3D．4．1 单体电池和电池模组内部的连接 70
3D．4．2 电池和电池之间在外部环境中的连接 71
3D．4．3 电池包和电池组间的连接 71
3D．4．4 电池组与设备间的连接 72
3D．5 总结 73
前言/序言
译者前言
《电池手册》（Linden’s Handbook of Batteries）第五版由Kirby W. Beard主编，并由美国众多电池领域专家共同撰写。新版《电池手册》紧跟电池技术的发展步伐，针对信息化技术、电化学储能、电动汽车、医疗健康等新兴应用需求，在全面修订和更新经典电池体系的基础上，增加了新兴电池技术、电池制造、电池测试以及电池安全等方面的内容，并列举了各类电池新产品、相关性能参数及应用实例。
《电池手册》第五版共分为六个部分，不仅全面涵盖了前四版的核心内容，还更进一步深入探究了最新的电池技术进展。本手册内容丰富，实用性强，对于致力于电池研究、生产和应用的各类科技人员而言，是一本宝贵的参考书和工具书。同时，本书也能作为高等院校电化学及新能源材料、新能源技术和电池等相关专业师生的重要教学与科研参考资料。
作为我国最大的电池专业研究机构，中国电子科技集团公司第十八研究所承担了本书的翻译工作。参与本书翻译和审校的专家与科技人员包括刘兴江、王松蕊、李杨、杨明、赵子寿、王九洲、宗军、宁凡雨、卢志威、倪旺、葛智元、任丽彬、曹家瑜、蔡超等。此外，中国化学与物理电源行业协会对本书的编撰与出版给予了大力支持与帮助。
谨此，我们向《电池手册》第四版编译者汪继强总工程师致以诚挚的敬意，并深切缅怀他对电池行业作出的卓越贡献。他严谨的治学态度、深厚的专业素养以及广阔的国际视野，值得我们学习和传承。同时，向所有参与本书翻译、审校工作的专家和科技人员，以及给予我们大力支持的领导和同事表示衷心的感谢！
由于译者水平和时间所限，本书难免存在不足之处，欢迎广大读者批评、指正。
刘兴江
2024年10月
前言
在本人从事电池行业的初期，专注于开发一种用于植入式医疗设备的改进的锂原电池。我提出了一种设计方案，该方案采用了锂金属负极和“预充电”的LiCoO2正极（美国专利5667660A）。这个设计理念类似于激活铅酸电池技术，即在电池最终组装之前，电极会在离线过程中进行“化成充电”。
在这项工作的推进过程中，我所在的公司正积极寻求技术转让的合作伙伴。因此，我被委派向其中一个潜在合作伙伴（一家在电池、治疗和可植入医疗电子装置领域领先的医疗装置先锋公司）介绍这项技术。当我开始演讲并直接深入技术细节时，大约一分钟后，一位来访团队的首席科学家打断了我，并问道：“你对电池的哲学观点是什么？”
医疗电池当然需要具备高水平的安全性、性能可靠和质量。在我的演讲即将结束时，我虽然回归了主题，但意识到本可以提供一个更令人印象深刻、更清晰、更精准的答案。事实上，无论是对于项目、公司使命、国家政策还是其他重大任务，定义自己的哲学观点都是有益的。
多年以后，我确立了一个简单的工作哲学概念：管理权。管理权涉及诸多细分领域，其中“环境管理权”是一个常用词，通常指保护环境、资源回收和减少污染等方面。然而，一个更广泛、适用于整个技术领域的“管理权”的定义，可以表述为“能源领域的管理权”。
能源问题是一个跨行业的重要议题，对于电力能源（包括电池行业）的供应商和用户来说，更是基本且广泛的核心要素。为了实现所有利益相关者的最佳结果，能源问题必须进行仔细和持续的分析。然而，除了少数例外，能源问题的讨论通常局限于狭窄的范畴（如一桶石油的成本、二氧化碳排放的吨数、工厂和设备资产的成本等），这并不能涵盖所有关键因素。
针对这些不足，我认为热力学的基本定律在最基础层面上规定了所有目的的行为和结果。就像所有自然现象都受到这些定律的限制一样，个人、组织和社会在做出决策的过程中也受到热力学定律的影响。
此外，令人惊讶的是，一些专注于哲学的学者甚至将思考能源转换、储存和使用的哲学作为他们的研究使命。这听起来像是发展“电池哲学”的一个很有前景的起点。在本质上，电池开发应当基于化学物质转化为电能（反之亦然）的热力学分析，而更重要的是实现这种转化的程度和效率。最佳的电池设计和应用总是基于热力学。尽管热力学计算可能相当复杂，但热力学第一定律和第二定律（即能量守恒定律和熵增定律）依然是新技术开发的指导原则。
通过采用这种哲学方法，新电池技术实施决策过程将得到优化，而不仅仅局限于典型的评估标准，如成本、碳足迹、可回收性、能量密度等。计算与特定电化学相关的热力学效率损失可能是一个更为准确的比较方法。特别是，分析应涵盖所拟议的电池技术的所有方面，包括整个供应链、性能特性和处置方式。虽然成本在决策中依然占据关键地位，但全面理解从产品制造到最终废弃这一整个生命周期中涉及的所有能源转换过程，将为我们提供一个更为全面、深入且富有价值的评估视角。
以锂离子电池为例，热力学计算需要涵盖从刚果民主共和国钴的开采和运输以及南美阿塔卡马沙漠锂盐的开采及运输等过程
