2025年电池基本知识测试试题及答案

2025年电池基本知识测试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.以下哪种电池属于一次电池？A.锂离子电池B.碱性锌锰电池C.镍氢电池D.铅酸电池2.锂离子电池中，常用的负极材料是？A.钴酸锂（LiCoO₂）B.石墨（C）C.磷酸铁锂（LiFePO₄）D.三元材料（LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂）3.衡量电池在单位质量下存储电能能力的指标是？A.能量密度（Wh/kg）B.功率密度（W/kg）C.循环寿命（次）D.自放电率（%/月）4.固态电池与传统液态锂电池的核心区别在于？A.正极材料不同B.负极材料不同C.电解质形态不同D.封装工艺不同5.钠离子电池相比锂离子电池的主要优势是？A.能量密度更高B.原材料成本更低C.循环寿命更长D.工作温度范围更广6.铅酸电池放电时，正极和负极的主要反应产物是？A.硫酸铅（PbSO₄）B.二氧化铅（PbO₂）C.金属铅（Pb）D.氢氧化铅（Pb(OH)₂）7.以下哪种因素不会显著影响电池的循环寿命？A.充电截止电压B.环境温度C.电池颜色D.放电倍率8.锂硫电池的理论比能量远高于锂离子电池，其主要原因是？A.硫的理论容量（1675mAh/g）远高于传统正极材料B.锂金属负极的理论容量（3860mAh/g）更高C.电解液用量更少D.正极结构更稳定9.电池的“自放电”现象是指？A.电池在未使用时自然损失电量的过程B.电池过充时内部短路导致的放电C.电池放电至零电压后的反向充电D.多个电池串联时的电压均衡现象10.以下哪项是电池热失控的典型表现？A.电池电压缓慢下降B.电池表面温度急剧升高并伴随产气C.电池内阻轻微增大D.电池容量轻微衰减11.氢镍电池（Ni-MH）的正极活性物质是？A.氢氧化镍（Ni(OH)₂）B.金属氢化物（MHₓ）C.二氧化锰（MnO₂）D.钴酸锂（LiCoO₂）12.电池的“库仑效率”是指？A.放电容量与充电容量的比值B.实际容量与理论容量的比值C.能量密度与功率密度的比值D.循环寿命与设计寿命的比值13.以下哪种电池技术更适合用于大规模储能场景？A.锂离子电池（三元材料）B.钠离子电池C.锂金属电池D.纽扣电池（锂锰）14.电池的“倍率性能”主要反映其？A.低温下的放电能力B.大电流充放电的能力C.长时间存储的稳定性D.抗过充过放的能力15.固态电池中，常用的无机固态电解质不包括？A.硫化物（如Li₁₀GeP₂S₁₂）B.氧化物（如Li₇La₃Zr₂O₁₂）C.聚合物（如PEO基）D.卤化物（如Li₃YCl₆）二、填空题（每空1分，共20分）1.二次电池的核心工作原理是通过______反应实现电能与化学能的可逆转换。2.锂离子电池的电解液通常由______、______和添加剂组成（填写两类关键成分）。3.铅酸电池的标称电压为______V/单体，磷酸铁锂电池的标称电压约为______V/单体。4.电池的“循环寿命”通常定义为容量衰减至初始容量的______%时的充放电次数。5.锂金属电池的主要安全隐患是充放电过程中______的生长，可能导致内部短路。6.钠离子电池的负极材料常采用______（如硬碳）替代锂离子电池的石墨，因其更适合钠离子的嵌入/脱出。7.电池的“热管理系统”主要通过______或______技术（填写两种常见方式）控制电池温度在合理范围。8.氢镍电池的放电反应中，正极Ni(OH)₂转化为______，负极金属氢化物（MHₓ）转化为______。9.衡量电池快充能力的关键参数是______（如1C表示1小时充满），高倍率充电需电池具备低______以减少发热。10.固态电池的优势包括______（列举两点）、______。三、判断题（每题1分，共10分。正确填“√”，错误填“×”）1.所有二次电池都可以无限次充放电。（）2.锂离子电池在过充时可能因正极材料分解产生氧气，引发热失控。（）3.钠离子电池的工作原理与锂离子电池完全不同，无法沿用现有生产设备。（）4.电池的能量密度越高，其功率密度必然越低（二者呈负相关）。（）5.铅酸电池的回收利用率高于锂离子电池。（）6.锂硫电池的“穿梭效应”是指多硫化物在正负极间迁移导致的容量衰减。（）7.电池的自放电率仅与材料本身有关，与存储温度无关。（）8.固态电池由于使用固态电解质，完全避免了漏液风险，但可能面临界面阻抗过高的问题。（）9.氢镍电池的能量密度高于锂离子电池，因此更适合用于电动汽车。（）10.电池的荷电状态（SOC）是指当前容量与额定容量的比值，可通过开路电压法或库仑计数法估算。（）四、简答题（每题6分，共30分）1.简述锂离子电池的“嵌锂”与“脱锂”过程，并说明其对正负极材料的要求。2.比较铅酸电池与磷酸铁锂电池在能量密度、循环寿命、成本和环境影响方面的差异。3.解释电池热失控的触发机制及常见预防措施。4.为什么钠离子电池被认为是锂离子电池在储能领域的潜在替代品？列举其关键优势与当前技术瓶颈。5.固态电池的“固-固界面”问题对性能有何影响？目前有哪些解决方案？五、综合分析题（每题10分，共20分）1.某电动汽车搭载三元锂电池（NCM811体系），标称容量为100Ah，电池包总质量为450kg，单体标称电压3.7V，串联数为100串。计算该电池包的能量密度（单位：Wh/kg），并分析若更换为磷酸铁锂电池（标称电压3.2V，相同容量和质量），能量密度将如何变化？2.某电池在循环测试中出现容量快速衰减现象，可能的原因有哪些？请从材料、工艺、使用条件三个维度进行分析，并提出改进建议。答案一、单项选择题1.B2.B3.A4.C5.B6.A7.C8.A9.A10.B11.A12.A13.B14.B15.C二、填空题1.氧化还原2.锂盐（如LiPF₆）、有机溶剂（如EC/DEC）3.2、3.24.805.锂枝晶6.碳基材料7.液冷、风冷（或相变材料、热电制冷）8.NiOOH、H₂O（或OH⁻）9.倍率（C-rate）、内阻10.高安全性（无漏液/燃爆风险）、高能量密度（可匹配锂金属负极）三、判断题1.×2.√3.×4.×5.√6.√7.×8.√9.×10.√四、简答题1.锂离子电池充电时，正极材料（如LiCoO₂）脱锂（Li⁺从正极脱出），通过电解液迁移到负极嵌入石墨层间（嵌锂）；放电时过程相反。正负极材料需具备：①稳定的晶体结构以容纳Li⁺的反复嵌入/脱出；②良好的电子/离子导电性；③与电解液的化学相容性；④较高的比容量（单位质量存储Li⁺的能力）。2.差异：①能量密度：磷酸铁锂电池（约120-200Wh/kg）远高于铅酸电池（约30-50Wh/kg）；②循环寿命：磷酸铁锂（2000-5000次）显著优于铅酸（300-500次）；③成本：铅酸电池初期成本低（约0.5元/Wh），但磷酸铁锂长期成本更低（约0.8-1.2元/Wh，考虑循环寿命）；④环境影响：铅酸电池含重金属铅，回收不当污染大；磷酸铁锂无重金属，环境友好性更高。3.热失控触发机制：电池因过充、短路、挤压或高温等导致内部放热反应（如SEI膜分解、电解液分解、正极材料分解），热量累积使温度超过临界点（约130℃），引发连锁反应（电解液燃烧、气体释放），最终起火或爆炸。预防措施：①设计BMS（电池管理系统）监控电压、温度；②使用热阻材料隔离单体；③采用过充保护电路；④优化电解液（如添加阻燃剂）；⑤限制充电倍率（避免大电流生热）。4.钠离子电池被视为储能替代品的原因：钠资源丰富（地壳含量2.36%vs锂0.0065%）、成本低（钠化合物价格约为锂的1/10）、安全性高（钠枝晶生长倾向弱于锂）。优势：原材料成本低、资源分布广、低温性能较好（钠离子溶剂化能低）。技术瓶颈：①负极材料（硬碳比容量较低，约300mAh/gvs石墨372mAh/g）；②电解液匹配性（钠盐电导率低于锂盐）；③能量密度（目前约100-150Wh/kg，低于三元锂电的250-300Wh/kg）。5.固-固界面问题的影响：固态电解质与正/负极材料接触面积小，界面阻抗高（导致倍率性能差）；循环过程中材料体积变化可能破坏界面接触（容量衰减）。解决方案：①界面修饰（如在正极表面涂覆Li₃PO₄等缓冲层）；②采用复合电解质（如聚合物+无机陶瓷）提升界面润湿性；③施加压力（如电池封装时保持机械压力）维持界面接触；④纳米结构化电极（增大接触面积）。五、综合分析题1.计算：电池包总能量=单体电压×容量×串联数=3.7V×100Ah×100=37,000Wh=37kWh；能量密度=37,000Wh/450kg≈82.2Wh/kg。更换为磷酸铁锂后，总能量=3.2V×100Ah×100=32,000Wh，能量密度=32,000Wh/450kg≈71.1Wh/kg，能量密度降低。原因：磷酸铁锂单体电压（3.2V）低于三元锂（3.7V），相同容量和质量下总能量减少。2.可能原因及改进：材料维度：①正极材料结构退化（如三元材料过渡金属溶解）；②负极SEI膜持续生长消耗锂源；③电解液分解产生气体或固体副产物。改进：优化材料包覆（如Al₂O₃包覆正极）、使用高稳定性电解液（如添加FEC添加剂）。工艺维度：①极片涂布不均匀（局部电流密度过高）；②电池封装不良（水分/空气进入引发