從特斯拉和豐田看鎳氫電池技術傳承和創(chuàng)新

金屬氫化物鎳電池(NiMH Battery)，或者叫鎳氫電池，是以稀土儲氫合金為負極活性物質，銅網(wǎng)或鍍鎳鋼帶為負極基體，以氫氧化鎳做正極活性物質，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，也有方形金屬和塑膠殼。曾經(jīng)廣泛應用在通信，個人護理，玩具，燈具，煤礦，醫(yī)療，電動工具等領域。隨著鋰離子電池的興起，鎳氫電池的應用比例逐漸下降，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年后的國內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，耐用性和性價比優(yōu)勢，仍然在車載，HEV(混合動力汽車)，醫(yī)療，礦用，個人護理等產(chǎn)品和應用上發(fā)揮獨特的作用，在海外民用市場也廣受歡迎。

鎳氫電池

近年來，市場廣泛認為鎳氫電池已經(jīng)非常成熟，沒有繼續(xù)研發(fā)和創(chuàng)新的潛力，事實果真如此嗎?我們就從非常時尚的特斯拉和HEV領先者豐田汽車的電池日來看看鎳氫電池技術的傳承和創(chuàng)新。

一、特斯拉電池里的鎳氫電池技術

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

4680電芯能量提升5倍

一般來說，圓柱電池使用卷繞工藝，正負極通過極耳與蓋帽和鋼殼連接，如圖3結構。極耳的寬度有限，接觸面積有限，導致通過電流或者放電功率受限，一般為提升電池放電功率，會采用多個極耳工藝來達到目的。

圓柱電池卷繞結構

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

特斯拉無極耳工藝

我們再來看看圖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創(chuàng)新

我們現(xiàn)在講電動汽車，一般是指純電動汽車，耳熟能詳?shù)挠刑厮估?，比亞迪，蔚來，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 + PHEV插電式混動)汽車，其中 68%以上為純電動汽車。其中特斯拉以50萬輛的年銷售量排名世界第一，這是一個非常了不起的數(shù)字。我們再來看看豐田的戰(zhàn)績。豐田宣布截止到2020年的3月份，豐田混合動力汽車全球累計銷量已突破1500萬輛。而豐田的混合動力汽車用的恰恰就是安全性更高的鎳氫電池。我們時常聽到特斯拉和其他電動汽車起火的新聞，似乎沒有聽到說豐田混合動力汽車出現(xiàn)電池起火等安全事故。

混動之王豐田普銳斯PRIUS

圖7就是豐田混合動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，鎳氫電池似乎沒有更大的突破和創(chuàng)新。然而，豐田說不。

近日據(jù)官方消息稱，豐田“雙極性鎳氫電池”已經(jīng)開啟量產(chǎn)應用，并被安裝于混動系統(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，新款AQUA在全球首次采用大功率「雙極性鎳氫電池」。與老款AQUA車型的鎳氫電池相比，電池功率約為原來的1.5倍，相同尺寸電池包所能容納的電芯數(shù)量也相當于前代產(chǎn)品的1.4倍，并且油門操作應答性能提高，可從低速狀態(tài)進行線性平滑加速。

我們知道，電池一般由正極，負極，電解液，隔膜和外殼這幾個主要部分組成，而正負極一般由隔膜分隔開來。而豐田的雙極性電池完全顛覆了我們的傳統(tǒng)認知，如圖9所示

雙極性電池結構

簡單來說，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、簡單的結構，減小了電池內的電阻，能夠不停通過大電流，從而有助于提高輸出功率。

傳統(tǒng)型與雙極型電路結構對比

新的電池技術不斷被研發(fā)出來，傳統(tǒng)的電池和技術得到傳承并不斷創(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，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