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                格瑞普,專業從事鎳氫電池、鋰聚合物電池、低溫電池定制、生產和電池管理系統開發的鋰電池廠家。
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                從特斯拉和豐田看鎳氫電池技術傳承和創新

                2021-10-09 05:39:36

                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,銅網或鍍鎳鋼帶為負極基體,以氫氧化鎳做正極活性物質,發泡鎳為正極基體,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。曾經廣泛應用在通信,個人護理,玩具,燈具,煤礦,醫療,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,在日常生活中已經不容易發現鎳氫電池的身影,在2010年后的國內科研論文中也很少發現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,耐用性和性價比優勢,仍然在車載,HEV(混合動力汽車),醫療,礦用,個人護理等產品和應用上發揮獨特的作用,在海外民用市場也廣受歡迎。


                格瑞普鎳氫電池

                圖1鎳氫電池


                近年來,市場廣泛認為鎳氫電池已經非常成熟,沒有繼續研發和創新的潛力,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,發布了全新的無極耳4680電池。據馬斯克介紹,全新4680電池在改善成本的同時,能量密度方面提高5倍,續航里程提高16%,動力方面提高6倍。


                特斯拉4680電池

                圖24680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


                圖3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?很有創意?


                特斯拉無極耳工藝

                圖4特斯拉無極耳工藝


                我們再來看看圖5格瑞普電池量產的鎳氫高倍率端面焊工藝:


                格瑞普端面焊工藝

                圖5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新


                我們現在講電動汽車,一般是指純電動汽車,耳熟能詳的有特斯拉,比亞迪,蔚來,小鵬等知名品牌。根據 EV Sales Blog 的數據,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字。我們再來看看豐田的戰績。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電池起火等安全事故。


                混動之王豐田普銳斯PRIUS


                圖6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

                圖7混合汽車電池模組


                作為汽車行業用的電池,安全穩定是最高追求,鎳氫電池似乎沒有更大的突破和創新。然而,豐田說不。


                近日據官方消息稱,豐田“雙極性鎳氫電池”已經開啟量產應用,并被安裝于混動系統中,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

                圖8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量也相當于前代產品的1.4倍,并且油門操作應答性能提高,可從低速狀態進行線性平滑加速。


                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認知,如圖9所示


                雙極性電池結構

                圖9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。與傳統型鎳氫電池相比,其特點便是集電體等零部件數量少,能夠做到體積緊湊化,因此,在尺寸與傳統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。


                傳統型與雙極型電路結構對比

                圖10傳統型與雙極型電路結構對比


                新的電池技術不斷被研發出來,傳統的電池和技術得到傳承并不斷創新,煥發更大的生命力。創新永不止步,一切皆有可能。


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


                格瑞普鎳氫電池

                圖11 格瑞普鎳氫電池

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