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第一章化学电源概论 1.1化学电源的组成
化学电源由电极、电解质、隔膜、外壳组成。
电极是电池的核心的部分，由活性物质和导电骨架组成。活性物质是指正、负极中参加成流反应的物质，是决定化学电源基本特征的重要部分。
对活性物质的要求是电化学活性高，组成电池的电动势高，即自发反应的能力强，质量比容量和体积比容量大，在电解液中的化学稳定性高，电子导电性好。
电解质在电池内部正负极之间担负传递电荷的作用，要求比电导高，溶液欧姆电压降小。对固体电解质，要求具有离子导电性，而不具有电子导电性。电解质必须化学性质稳定，使贮存期间电解质与活性物质界面间的电化学反应速率小，这样电池的自放电容量损失就小。
隔膜的形状有薄膜、板材、棒材等，其作用是防止正负极活性物质直接接触，防止电池内部短路。对隔膜的要求是化学性能稳定，有一定的机械强度，隔膜对电解质离子运动的阻力小，应是电的良好绝缘体，并能阻挡从电极上脱落的活性物质微粒和枝晶的生长。
外壳是电池的容器。化学电源中，只有锌锰干电池是锌电极兼作外壳。外壳要求机械强度高、耐振动、耐腐蚀、耐温差的变化等。
1.1.1电极类型及结构
电极是电池的核心，一般电极都由三部分组成，一是参加成流反应的活性物质，二是为改善电极性能而加入的导电剂，三是少量的添加剂，如缓蚀剂等。
化学电源常用的电极有片状、粉末多孔状和气体扩散电极几种。 1.1.1.1片状电极
片状电极由金属片或板直制成，锌－锰干电池以锌片冲成圆筒作负极，锂电池的负极用锂片。
1.1.1.2粉末多孔电极
粉末多孔电极应用极广，因为电极多孔，真实表面大，电化学极化和浓差极化小，不易钝化。电极反应在固液界面上进行，冲放电过程生成枝晶少，可以防止电极间短路。
根据电极的成型方法不同，常用的粉末多孔电极有以下几种： (1)管（盒）式电极
管（盒）式电极是将配制好的电极粉料加入表面有微孔的管或盒中，如铅酸电池有时正极是将活性物质铅粉装入玻璃丝管或涤沦编织管中，并在管中插入汇流导电体。也有极板盒式的，镉－镍电池则利用盒式电极。此类电极不易掉粉，电池寿命长。
（2）压成式电极
压成式电极是将配制好的电极粉料放入模具中加压而成。电极中间放导电骨架。
（3）涂膏式电极
将电极粉料用电解液调成膏状，涂覆在导电骨架上，如铅酸电池电极、锌－银电池的负极。
（4）烧结式电极
将电极粉料加压成型，并经高温烧结处理，也可以烧结成电极基板，然后，浸渍活性物质，烘干而成。镉－镍电池、锌－银电池用电极常用烧结法制造。烧结式电极强度高，孔隙率高，可以大电流、高倍率放电，电池寿命长，但工艺复
杂，成本较高。
（5）发泡式电极
发泡镍电极是将泡沫塑料进行化学镀镍，电镀镍处理后，经高温碳化后得到多孔网状镍基体，将活性物质填充在镍网上，经轧制成泡沫电极。泡沫镍电极孔隙率高（90%以上），真实表面积大，电极放电容量大，电极柔软性好，适合作卷饶式电极的圆筒形电池。目前主要用于氢－镍和镉－镍电池。
（6）粘结式电极
将活性物质加粘结剂混匀，滚压在导电镍网上制成粘结式电极。这种电极制造工艺简单，成本低，但极板强度比烧结式的强度低，寿命不长。
（7）电沉积式电极
电沉积式电极是以冲孔镀镍钢带为阴极，在硫酸盐或氯化物中，将活性物质电沉积到集体上，经 压，烘干，涂粘结剂，剪切成电极片。电沉积式电极制造工艺简单，生产周期短，活性物质利用率高。目前，用电沉法可以制备镍、镉、钴、铁等高活性电极，其中电沉积式镉电极已在镉－镍电池中应用。
（8）纤维式电极
纤维式电极是以纤维镍毡状物作基体，向基体孔隙中填充活性物质，电极基体孔隙率达93%~99%，具有高比容量和高活性。电极制造工艺简单，成本低，但镍纤维易造成电池正、负极短路，自放电大，目前尚未大量应用。
1.1.1.3气体扩散电极
气体扩散电极是粉末多孔电极在气体电极中的应用。电极的活性物质是气体。气体电极反应在电极微孔内表面形成的气－液－固三相界面上进行。目前工业上已得到应用的是氢电极和氧电极，如燃料电池的正、负极和锌－空气电极的正极
都是这种气体扩散电极。典型的电极结构有：双层多孔电极（又称培根型电极）、防水型电极、隔膜型电极等。
1.1.2电极粘结剂
电极常用粘结剂一般都是高分子化合物，如聚乙烯醇（PVA）、聚四氟乙烯（PTFE）、羧甲基纤维素（CMC）等。
1.1.2.1聚乙烯醇（PVA） PVA的分子式为
，聚合度n一般为700~2000，PVA
是一种亲水性高聚物白色粉末，密度为1.24~1.34g/cm3。
PVA可与其它水溶性高聚物混溶，如与淀粉、CMC、海藻钠等都有较好的混溶性。
1.1.2.2聚四氟乙烯（PTFE）
PTFE俗称“塑料王”，是一种白色粉末，密度为2.1~2.3 g/cm3 ，热分解温度为415℃。PTFE电绝缘性能好，耐酸，耐碱，耐氧化。
PTFE的分子式为
，是由四氟乙烯聚合而成。
常用60％的PTFE乳液作电极粘结剂。 1.1.2.3羧甲基纤维素钠（CMC）
CMC为白色粉末，易溶于水，并形成透明的溶液，具有良好的分散能力和结合力，并有吸水和保持水分的能力。
1.1.3化学电源用隔膜
制造隔膜的材料有天然或合成的高分子材料，无机材料等。根据原料特点和加工方法不同，可将隔膜分成有机材料隔膜、编织隔膜、毡状膜、隔膜纸和陶瓷