（知胜大咖）太极驾到，遇见镍氢电池！

（知胜大咖）太极驾到，遇见镍氢电池！

镍氢电池是20世纪80年代发展起来的新型绿色电池，具有能量高、寿命长、无污染等特点，从发明至今已有20多年的历史。20世纪60年代末储氢合金的发现为镍氢电池的实现奠定了坚实的基础。我国通过“863”项目的推动，实现了镍氢电池从无到有的发展，不仅实现了包括民用电池、专用电池、动力电池等多个应用领域，还形成了与镍氢电池相兼容的包括泡沫镍材料、冲孔钢带材料、球形氢氧化镍材料、储氢合金材料等原材料产业链。

自上世纪末本世纪初，汽车动力镍氢电池随着混合动力汽车的发展进入电池产品阶段。从1992年开始，日本松下公司开始为丰田混合动力汽车开发混合动力镍氢电池。1997年，全球第一辆商业化混合动力汽车普锐斯的批量销售，使得汽车动力镍氢电池开始迅速发展。到目前为止，全球已销售搭载镍氢电池的混合动力汽车超过400万辆。2012年，丰田普锐斯品牌汽车供不应求。也是在863项目的支持下，我国在本世纪初开始了汽车动力镍氢电池的研发和产业化。科力远集团、春兰集团、湖南神州、中车森来等公司已成为汽车动力镍氢电池的主要研发、生产、销售企业，为我国混合动力大客车、轿车提供了大量的电池产品。

动力镍氢电池不使用汞、镉、铅等重金属添加剂，是真正的绿色环保电池。它具有较宽的温度范围和大电流充放电能力，特别适合混合动力汽车。值得一提的是，该电池98%以上的组成材料都可以轻松回收利用，为资源的循环利用提供了有力的条件。因此，这种电池是一款成熟、先进的适合混合动力汽车使用的动力电池。

2.镍氢电池性能优异

镍氢电池具备在混合动力汽车上使用的能力，其优异的比功率和比能量特性使其能够实现容量和功率性能的良好结合。作为非常适合混合动力汽车应用的镍氢电池，还具备以下性能特点：

1）优异的高倍率、大电流充放电性能

镍氢电池采用水系离子电解液，其主要成分是高浓度的KOH水溶液。这种电解液具有非常好的离子电导率，决定了镍氢电池可以具有非常低的内阻。经过多年的研究，通过极板比表面积的优化设计、极板导流结构的设计、极板基质材料的设计、电池内部导流结构的设计等不断改进，使电池内阻进一步降低；此外，通过钴包覆球形氢氧化镍材料、高电导泡沫镍材料、正负极配方优化等材料优化技术的实施，在电池电化学体系范围内降低反应的极化阻抗，进一步提高电池的大电流性能。目前，应用于混合动力汽车领域的6Ah左右容量的动力镍氢电池，可以实现25次以上的放电特性和15次以上的充电特性。 用于混合动力客车领域的容量40Ah左右的动力镍氢电池，可以实现放电15次以上、充电10次以上的大电流特性，最先进的混合动力轿车用动力镍氢电池放电比功率达到1350W/kg以上。

2）工作温度范围广

动力型镍氢电池在-20℃至50℃，最高可达70℃，也可在-40℃至60℃有条件使用。这么宽的温度范围，是我们对镍氢电池正极、负极和电解液进行全面调整的结果。在正极处，通过调整配方和材料，提高正极的析氧过电位，保证高温下氧气的延缓析出，从而提高有效反应的效率，保证电池性能；在负极处，通过优化合金的成分和加工工艺，提高合金的低温性能，提高氢原子在合金中的扩散能力，保证合金的低温性能；通过优化电解液，提高电解液的电导率，进一步降低电解液的凝固点，进一步提高电池的低温特性。 这种宽温度范围镍氢电池为车辆应用提供了有力的保障，消除了车辆使用的地域限制，为混合动力汽车的推广提供了强有力的技术支持。

3）耐过充、过放

镍氢电池的抗过充、过放电能力是由电池自身的反应体系决定的，镍氢电池在正常、过充、过放电过程中的电化学反应如下：

正常充电过程中：

正极反应：Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-

负极反应：M+H2O+e-→MH+OH-

总反应：M+Ni(OH)2→MH+NiOOH

正常放电过程中：

正极：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-

负极：MH+OH-→M+H2O+e-

总反应：MH+NiOOH→M+Ni(OH)2

过度充电时：

正极：4OH-→2H2O+O2+4e-

负极：4M+4H2O+4e-→4MH+4OH-

4MH+O2→4M+2H2O

总反应：无物质消耗

过度放电时：

正极：H2O+e-→1/2H2+OH-

负极：MH+OH-→H2O+M+e-

M+1/2H2→MH

总反应：无物质消耗

可见，无论是在正常反应条件下，还是在过充过放反应条件下，镍氢电池的反应仅仅是电池正负极之间的物质转移，不会消耗电池的电解液和电池内部成分，能够实现电池内部物质的自平衡，这在原理上保证了电池具有良好的过充过放特性。镍氢电池负极由50%左右的镍组成，在不断的电化学反应过程中，镍富集在合金表面。由于镍在电化学体系中是电化学反应的优良催化剂，且在电池设计过程中充分考虑了电池的动力学特性，设计了放电储备和充电储备，保证在过充过放反应过程中，电池的抗过充过放性能能够更加有效的提高。优良的抗过充过放性能大大提高了电池使用的安全性能。

4）安全性高

镍氢电池是迄今为止发现的最安全的动力电池，在过充、过放、挤压、穿刺、短路、加热等极其恶劣的条件下都能保证良好的安全性能，不会爆炸、起火。这主要是因为镍氢电池的电解液为水性电解液，且电解液的加入量较大，因此电解液很难干涸，在电解液未完全挥发前，电池的温度不会明显升高。同时，镍氢电池的正负极在常温条件下都是比较稳定的材料，在电解液存在的情况下不会自燃。另外，镍氢电池通过金属或塑料外壳与外界隔离，形成相对封闭的状态，对电池内部的元器件起到了有效的保护作用，即使受到外力损坏，电池外壳也能保证只有极小一部分电极与外界接触。综上所述，镍氢电池无论从原理上还是结构上都能保证良好的安全性能。

挤压试验 针刺试验

短路测试 过充电测试

在混合动力汽车等对安全性要求极高的应用领域，镍氢电池的安全性可以保证车辆在发生碰撞、翻车等严重事故时，不会因为电池本身的缺陷而受到二次伤害，有效保障驾乘人员的人身安全。

5）中国已形成完整、成熟的镍氢电池产业链

在镍氢电池快速发展的过程中，国内形成了一大批原材料研发和生产企业，典型代表有科力远（泡沫镍产品）、河南科隆和湖南金田（球形氢氧化镍产品）、厦门钨业和辽宁新普（储氢合金粉产品）等，这些企业生产的产品已在国内外镍氢电池产品中得到广泛应用，三洋、科力远等企业正在批量使用这些企业的产品。

作为一家致力于长期发展镍氢电池领域的企业，科力远打造了从上游金属矿山、中游泡沫镍制品、下游民用及动力镍氢电池产品的产业链，牢牢把握材料主导地位，牵动整个产业的发展。同时，我国是全球稀土储量和产量最大的国家，金川公司是全球第三大镍钴生产企业，稀土资源十分丰富，为我国镍氢电池产业发展提供了必要的资源条件。

6）电池回收率高，回收价值高，可实现资源循环利用

镍氢电池中除隔膜外几乎所有材料都可以回收利用，电池材料回收利用率可达98%以上。国内外相关公司已经开始镍氢电池回收技术的研究和批量应用，主要采用的方法有化学分解提纯和冶炼提纯。无论采用哪种方法，电池内部的有效元素都可以重新利用，转化为电池的原材料。进一步形成了电池原材料->电池->电池回收->电池原材料的回收体系，不仅可以实现资源的循环利用，而且由于电池的主要成分是镍、钴、稀土等高价值元素，这种回收可以大大降低电池的成本。

3.镍氢电池管理系统是一种简化的管理系统

混合动力汽车用的电池组是由几十到两三百个电池串联组成的电池系统，这就需要性能优越的电池管理系统对电池进行合理的管理。经过20年的不断研究，科技工作者已经完全掌握了动力镍氢电池的各项性能，并根据电池的特点制定电池管理策略。随着对电池性能研究的不断深入，电池管理系统的复杂度也在不断降低。动力镍氢电池的开发与混合动力汽车的发展同步进行，这也保证了其电池管理系统的开发起步早，经过20年的发展，已经形成了比较成熟的管理系统产品。最关键的是，由于镍氢电池本身对环境、过充过放等恶劣条件的耐受性较高，该类电池可以以电池模块为最小监控单位，无需对单体电池进行监控和均衡，从本质上降低了电池管理系统的复杂度。镍氢电池属于发热型电池。 加之其优异的低温特性，保证了该类电池即使在低温条件下也不需要通过外界能量进行加热，进一步降低了管理系统的难度。

经过多年的研究，丰田将电池组管理系统与整车管理系统有机的结合在一起，实现了BMS与ECU的一体化集成，进一步降低了电池管理系统的复杂度，为其他厂家电池管理系统的开发提供了有效的参考方向。

4.镍氢电池已实现全自动化生产

镍氢电池经过20年的发展，已经形成了完善、成熟的自动化制造生产体系，在日本PEVE、三洋等公司投入实际应用，生产的电池达到了非常高的一致性，代表了世界动力电池的最高水平。经过多年的研发，我国电池加工制造设备在自动化方面已经有了很大的提高，但与日本企业相比还存在很大的差距。2011年，科瑞安通过收购日本松下湘南工厂打破了这一局面，大大提高了我国镍氢电池自动化生产技术。随着科瑞安公司完成对日本湘南工厂技术的消化吸收，科瑞安将成为一家动力电池企业，其电池生产的自动化水平也将达到世界水平。

5. 混合动力汽车是最具市场潜力的节能与新能源汽车

上图是目前全球主要销售的混合动力车型，也是节能与新能源的主力车型。HEV汽车已经销售了400多万辆，其中大部分搭载的是动力镍氢电池。我国的一汽、长安、奇瑞、华普、东风等汽车厂商也都投入了大量的资源在混合动力领域进行研发和产业化，形成小规模的示范应用产品，为后续的市场开拓做好技术和产品的准备；从我国的产业政策来看，2012年4月18日发布的《节能与新能源汽车发展规划》将混合动力汽车定位为普及推广的产品，将EV、PHEV定位为培育发展的产品。可以看出，无论是市场选择还是政策选择，混合动力汽车都将是率先实现大规模应用的产品。

丰田、本田、福特是全球新能源汽车领域的前三名，占据了90%以上的市场份额。目前，这三家公司批量销售的混合动力汽车全部采用镍氢电池。在我国，镍氢电池在混合动力汽车上也得到广泛应用。从丰田2012年3月宣布在华大力推广混合动力技术的“云动计划”可以看出，动力镍氢电池在未来相当长的一段时间内仍将是混合动力汽车的主要储能动力源。

6. PHEV和EV仍需更多技术积累和研发

PHEV和EV还需要一定的技术积累才能够批量应用。从技术角度来说，制约这两类车型应用的主要技术瓶颈是电池，由于镍氢电池的质量能量比比较低，已经不适合这两类车型的应用，锂电池成为了更加合适的选择。但目前锂电池还无法批量应用，因为锂电池的能量密度还处于较低水平、电池的快充能力差、电池的维护技术缺乏、电池在很宽的温度范围内性能变化较大、电池管理系统复杂、成本较高等技术难点，再加上充电站的建立需要大量的土地和资金，也使得纯电动汽车的推广应用面临一定的挑战。

从我国电网结构来看，约70%为火电厂，本身污染就相当严重。现阶段如果大力发展纯电动汽车，相当于把燃油车改成燃煤车，污染和能源利用率都会降低。因此，在太阳能、风能等新能源发电技术尚未成熟并批量并网之前，还是有必要探讨发展纯电动汽车。

7、形成镍氢与锂电池和谐发展关系

镍氢电池更适合混合动力汽车应用，锂电池则更适合PHEV和EV应用。二者是互补的，因为从技术角度看，混合动力技术是纯电动技术的基础；从市场角度看，混合动力汽车适合长距离运行，而纯电动汽车适合城市通勤用车；因此，在确定未来交通工具的发展路线时，更需要认真研究不同电池的应用特点，将合适的电池运用到合适的领域，发挥其最大价值：

只要有石油，就会有混合动力汽车，镍氢电池在相当长一段时间内都是混合动力汽车最合适的车用动力电池。

pNi-MH技术较为成熟，混合动力汽车的广泛普及反过来会促进纯电动汽车的发展；

p锂电池在低温性能、安全性能等方面还不成熟，还需要时间完善。考虑到基础设施等因素，纯电动汽车如果要普及，我认为至少还需要15年；

p从目前的情况看，纯电动汽车的成本与市场需求还有很大的差距；

镍氢电池的普及和成熟的混合动力汽车的规模化运行，一方面可以为锂电池系统的发展积累更多有益经验，另一方面，不会耽误国家节能减排战略，也不会耽误我国节能与新能源汽车产业的健康发展，也为锂电池的发展提供了充足的缓冲时间。如果一定要人为地强行将一个不成熟的产品产业化，其结果肯定是让我们在新能源汽车领域丧失发展机遇，在节能汽车领域彻底丧失市场竞争力。