從特斯拉和豐田看鎳氫電池技術(shù)傳承和創(chuàng)新

金屬氫化物鎳電池(NiMH Battery)，或者叫鎳氫電池，是以稀土儲(chǔ)氫合金為負(fù)極活性物質(zhì)，銅網(wǎng)或鍍鎳鋼帶為負(fù)極基體，以氫氧化鎳做正極活性物質(zhì)，發(fā)泡鎳為正極基體，電解液為堿性水溶液，外殼以鋼殼圓柱較為常見(jiàn)，也有方形金屬和塑膠殼。曾經(jīng)廣泛應(yīng)用在通信，個(gè)人護(hù)理，玩具，燈具，煤礦，醫(yī)療，電動(dòng)工具等領(lǐng)域。隨著鋰離子電池的興起，鎳氫電池的應(yīng)用比例逐漸下降，在日常生活中已經(jīng)不容易發(fā)現(xiàn)鎳氫電池的身影，在2010年后的國(guó)內(nèi)科研論文中也很少發(fā)現(xiàn)鎳氫電池研究的蹤跡。然而，鎳氫電池因其自身特有的安全性，耐用性和性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，仍然在車載，HEV(混合動(dòng)力汽車)，醫(yī)療，礦用，個(gè)人護(hù)理等產(chǎn)品和應(yīng)用上發(fā)揮獨(dú)特的作用，在海外民用市場(chǎng)也廣受歡迎。

鎳氫電池

近年來(lái)，市場(chǎng)廣泛認(rèn)為鎳氫電池已經(jīng)非常成熟，沒(méi)有繼續(xù)研發(fā)和創(chuàng)新的潛力，事實(shí)果真如此嗎?我們就從非常時(shí)尚的特斯拉和HEV領(lǐng)先者豐田汽車的電池日來(lái)看看鎳氫電池技術(shù)的傳承和創(chuàng)新。

一、特斯拉電池里的鎳氫電池技術(shù)

2020年9月22日特斯拉電池日活動(dòng)中，特斯拉CEO馬斯克揭曉了全新動(dòng)力電池，發(fā)布了全新的無(wú)極耳4680電池。據(jù)馬斯克介紹，全新4680電池在改善成本的同時(shí)，能量密度方面提高5倍，續(xù)航里程提高16%，動(dòng)力方面提高6倍。

4680電芯能量提升5倍

一般來(lái)說(shuō)，圓柱電池使用卷繞工藝，正負(fù)極通過(guò)極耳與蓋帽和鋼殼連接，如圖3結(jié)構(gòu)。極耳的寬度有限，接觸面積有限，導(dǎo)致通過(guò)電流或者放電功率受限，一般為提升電池放電功率，會(huì)采用多個(gè)極耳工藝來(lái)達(dá)到目的。

圓柱電池卷繞結(jié)構(gòu)

而特斯拉新型電池提到了與此不同的所謂無(wú)極耳電池，如圖4所示，看起來(lái)是不是很新穎特別?很有創(chuàng)意?

特斯拉無(wú)極耳工藝

我們?cè)賮?lái)看看圖5格瑞普電池量產(chǎn)的鎳氫高倍率端面焊工藝：

格瑞普端面焊工藝

是不是異曲同工，完美借鑒和傳承?

二、豐田汽車的鎳氫電池技術(shù)創(chuàng)新

我們現(xiàn)在講電動(dòng)汽車，一般是指純電動(dòng)汽車，耳熟能詳?shù)挠刑厮估?，比亞迪，蔚?lái)，小鵬等知名品牌。根據(jù) EV Sales Blog 的數(shù)據(jù)，2020 年全球共售出 3,124,793 輛 圖6充電式(BEV純電動(dòng) + PHEV插電式混動(dòng))汽車，其中 68%以上為純電動(dòng)汽車。其中特斯拉以50萬(wàn)輛的年銷售量排名世界第一，這是一個(gè)非常了不起的數(shù)字。我們?cè)賮?lái)看看豐田的戰(zhàn)績(jī)。豐田宣布截止到2020年的3月份，豐田混合動(dòng)力汽車全球累計(jì)銷量已突破1500萬(wàn)輛。而豐田的混合動(dòng)力汽車用的恰恰就是安全性更高的鎳氫電池。我們時(shí)常聽(tīng)到特斯拉和其他電動(dòng)汽車起火的新聞，似乎沒(méi)有聽(tīng)到說(shuō)豐田混合動(dòng)力汽車出現(xiàn)電池起火等安全事故。

混動(dòng)之王豐田普銳斯PRIUS

圖7就是豐田混合動(dòng)力汽車所用電池模組。

混合汽車電池模組

作為汽車行業(yè)用的電池，安全穩(wěn)定是最高追求，鎳氫電池似乎沒(méi)有更大的突破和創(chuàng)新。然而，豐田說(shuō)不。

近日據(jù)官方消息稱，豐田“雙極性鎳氫電池”已經(jīng)開(kāi)啟量產(chǎn)應(yīng)用，并被安裝于混動(dòng)系統(tǒng)中，目前海外上市的全新一代AQUA 圖8已完成裝車。

豐田新一代AQUA

值得一提的是其革新性電池技術(shù)，新款A(yù)QUA在全球首次采用大功率「雙極性鎳氫電池」。與老款A(yù)QUA車型的鎳氫電池相比，電池功率約為原來(lái)的1.5倍，相同尺寸電池包所能容納的電芯數(shù)量也相當(dāng)于前代產(chǎn)品的1.4倍，并且油門操作應(yīng)答性能提高，可從低速狀態(tài)進(jìn)行線性平滑加速。

我們知道，電池一般由正極，負(fù)極，電解液，隔膜和外殼這幾個(gè)主要部分組成，而正負(fù)極一般由隔膜分隔開(kāi)來(lái)。而豐田的雙極性電池完全顛覆了我們的傳統(tǒng)認(rèn)知，如圖9所示

雙極性電池結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，雙極性鎳氫電池是將集電體的一面涂為正極，另一面涂為負(fù)極的多張 “雙極電極” 堆疊在一起打包而成的電池。與傳統(tǒng)型鎳氫電池相比，其特點(diǎn)便是集電體等零部件數(shù)量少，能夠做到體積緊湊化，因此，在尺寸與傳統(tǒng)型電池相同的情況下，它能夠搭載更多的電池單元。而且，由于通電面積大、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，減小了電池內(nèi)的電阻，能夠不停通過(guò)大電流，從而有助于提高輸出功率。

傳統(tǒng)型與雙極型電路結(jié)構(gòu)對(duì)比

新的電池技術(shù)不斷被研發(fā)出來(lái)，傳統(tǒng)的電池和技術(shù)得到傳承并不斷創(chuàng)新，煥發(fā)更大的生命力。創(chuàng)新永不止步，一切皆有可能。

格瑞普電池已有23年鎳氫電池的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可提供全系列圓柱型鎳氫電池電芯和電池組產(chǎn)品和方案，包括常規(guī)，高溫，低溫，寬溫，高倍率，大容量和異形電芯。

 格瑞普鎳氫電池