鎳氫電池是二十世紀八十年代發(fā)展起來的一種新型綠色電池，具有高能量、長壽命、無污染等特點，從發(fā)明之初到現(xiàn)在已經(jīng)有20多年的歷史。20世紀60年代末儲氫合金的發(fā)現(xiàn)為鎳氫電池的實現(xiàn)打下了堅實的基礎。在我國通過“863”項目的推動，實現(xiàn)了鎳氫電池從無到有的發(fā)展，不僅實現(xiàn)了包括民用電池、特殊用途電池、動力電池的多應用領域，還形成了包括發(fā)泡鎳材料、沖孔鋼帶材料、球形氫氧化亞鎳材料、儲氫合金材料等于鎳氫電池相配套的原材料產(chǎn)業(yè)鏈。

汽車動力鎳氫電池自上世紀末本世紀初隨著混合動力車輛的發(fā)展而走上電池產(chǎn)品舞臺，1992年起日本松下公司開始為豐田公司混合動力車輛開發(fā)混合動力車用動力鎳氫電池，1997年實現(xiàn)了世界上第一款商用混合動力車輛——Prius的批量銷售，使車用動力鎳氫電池開始了迅猛的發(fā)展勢頭，至今累計在世界范圍內(nèi)銷售了超過400萬輛裝配鎳氫電池混合動力車輛，2012年豐田公司的Prius品牌車輛達到供不應求的局面。同樣是在863項目的支持下我國在本世紀初開始了車用動力鎳氫電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，科力遠集團、春蘭集團、湖南神州、中炬森萊等企業(yè)成為了主要的汽車動力鎳氫電池的研發(fā)、生產(chǎn)、和銷售企業(yè)，為中國的混合動力客車、轎車提供了大量的電池產(chǎn)品。

動力鎳氫電池不使用汞、鎘、鉛等重金屬添加劑是真正的綠色環(huán)保電池，其具有寬溫區(qū)使用范圍、大電流充放電能力，特別適合混合動力車輛需求，值得一提的是該電池的組成材料98%以上都可以實現(xiàn)方便的回收，為實現(xiàn)資源的循環(huán)利用提供了有力的條件。因此該電池是適用于混合動力車輛的成熟的先進動力電池。

2、鎳氫電池具備的優(yōu)秀性能

鎳氫電池具備了在混合動力車輛上應用的能力，其優(yōu)秀的比功率和比能量特性使其實現(xiàn)了容量和動力性能的良好融合。作為非常適合于混合動力車輛應用的鎳氫電池還具備如下的性能特點：

1）高倍率、大電流充放電性能優(yōu)良

鎳氫電池使用的為水性離子電解質(zhì)，其主要成分為高濃度KOH水溶液，該種電解質(zhì)有著非常好的離子導電性，這一特點決定了鎳氫電池可以具有非常低的內(nèi)阻。經(jīng)過多年的研究，將極板比表面積優(yōu)化設計、極板導流結(jié)構(gòu)設計、極板基體材料設計、電池內(nèi)部導流結(jié)構(gòu)設計等改進工作，進一步降低電池內(nèi)部電阻；另外，通過材料本體優(yōu)化技術如覆鈷球形氫氧化亞鎳材料、高導電性發(fā)泡鎳材料、正負極配方優(yōu)化等技術的實現(xiàn)，使得在電池電化學體系范圍內(nèi)降低了反應的極化阻抗，進一步提升了電池的大電流性能。現(xiàn)在應用于混合動力轎車領域容量在6Ah左右的動力鎳氫電池都可以達到25倍率以上放電、15倍率以上的充電特性，應用于混合動力客車領域容量在40Ah左右的動力鎳氫電池可以達到15倍率以上放電、10倍率以上充電的大電流特性。最先進的混合動力轎車用動力鎳氫電池的放電比功率達到1350W/kg以上。

2）使用溫度范圍廣

動力鎳氫電池可以實現(xiàn)在-20℃到50℃，范圍達到70℃的正常應用，也可以實現(xiàn)在-40℃到60℃的有條件應用。這種寬溫度使用范圍是對鎳氫電池正極、負極和電解液的綜合調(diào)整的結(jié)果。通過對正極進行配方和材料調(diào)整，提升正極的析氧過電位，保證在高溫時實現(xiàn)氧的推遲析出，進而提升有效反應的效率，保證電池性能；在負極通過對合金的成分和加工工藝的優(yōu)化，提升合金的低溫性能，提升氫原子在合金內(nèi)部的擴散能力，保證了合金的低溫性能；通過電解液優(yōu)化，提升電解液的導電率，進一步降低電解液冰點，進一步提升了電池的低溫特性。鎳氫電池具備的這種寬的溫度使用范圍為車輛應用提供了有力保證，消除了車輛使用的地域限制，為混合動力車輛的推廣提供了有力的技術支持。

3）耐過充電、過放電性能

鎳氫電池的耐過充電過放電特性是電池自身的反應體系決定的，鎳氫電池在正常和過充電、過放電過程中的電化學反應如下：

正常充電時：

正極反應：Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-

負極反應：M+H2O+e-→MH+OH-

總反應：M+Ni(OH)2→MH+NiOOH

正常放電時：

正極：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-

負極：MH+OH-→M+H2O+e-

總反應：MH+NiOOH→M+Ni(OH)2

過充電時：

正極：4OH-→2H2O+O2+4e-

負極：4M+4H2O+4e-→4MH+4OH-

4MH+O2→4M+2H2O

總反應：無物質(zhì)消耗

過放電時：

正極：H2O+e-→1/2H2+OH-

負極：MH+OH-→H2O+M+e-

M+1/2H2→MH

總反應：無物質(zhì)消耗

可見，無論是在正常反應條件下還是在過充電、過放電反應條件下鎳氫電池反應只是物質(zhì)在電池正負極之間的轉(zhuǎn)移，不會消耗電池的電解液和電池的內(nèi)部成分，可以實現(xiàn)電池內(nèi)部物質(zhì)的自平衡，這就從原理上保證了電池具備良好的過充電和過放電特性。鎳氫電池的負極是由50%左右的鎳組成的，在不斷的電化學反應過程中實現(xiàn)了鎳在合金表層的富集，由于在電化學體系下鎳為電化學反應的優(yōu)良催化劑，加之在電池設計過程中考慮到電池的動力學特性，設計了放電儲備、充電儲備，就保證了在過充電、過放電反應過程中可以更加有效的提升電池的耐過充過放性能。優(yōu)良的耐過充過放電性能大幅度的提升了電池使用的安全性能。

4）高安全性

鎳氫電池是目前發(fā)現(xiàn)的動力電池中安全性最高的電池，在過充電、過放電、擠壓、針刺、短路、加熱等極端惡劣的條件下也能保證其良好的安全性能，做到不爆炸、不起火。這主要是因為鎳氫電池的電解液是水性電解液，且電解液的加入量相對較多，難以出現(xiàn)電解液干涸的情況，在電解液完全揮發(fā)前電池的溫度不會出現(xiàn)大幅度的上升，同時鎳氫電池的正負極屬于在常溫條件下相對穩(wěn)定的材料，在有電解液存在時不會形成自燃。此外鎳氫電池都有金屬或塑料外殼與外界隔絕，形成了相對密閉的條件，有效地保護了電池的內(nèi)部成分，即使在受到外力破壞時，電池外殼也能實現(xiàn)只有極少部分電極會與外界接觸。綜上，鎳氫電池無論從原理還是結(jié)構(gòu)上都可以保證有良好的安全性能。

擠壓試驗針刺試驗

短路試驗過充電試驗

在混合動力汽車這樣一個對安全性要求極高的應用領域，鎳氫電池的這種安全性保證了車輛在出現(xiàn)碰撞、翻滾等惡劣事故時，不會因為電池自身的缺陷產(chǎn)生再次傷害，有效的保證了駕乘人員的人身安全。

5）中國形成了完整、成熟的鎳氫電池產(chǎn)業(yè)鏈

在鎳氫電池快速發(fā)展的過程中，在中國形成了一大批原材料研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)，其中的典型代表有科力遠（發(fā)泡鎳產(chǎn)品）、河南科隆及湖南金天（球形氫氧化鎳產(chǎn)品）、廈門鎢業(yè)及遼寧鑫普（儲氫合金粉產(chǎn)品），這些企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)廣泛的應用于國內(nèi)、國際的鎳氫電池產(chǎn)品，SAYO、Panasonic、Corun等公司都在批量應用這些企業(yè)的產(chǎn)品。

作為致力于在鎳氫電池領域長足發(fā)展的企業(yè)，科力遠公司構(gòu)建了自上游的金屬礦藏、中游的發(fā)泡鎳產(chǎn)品、下游的民用、動力鎳氫電池產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈，牢牢把握了材料這一涉及到整個行業(yè)發(fā)展的龍頭。同時，中國是世界稀土儲量和產(chǎn)量最大的國家，金川公司是世界第三的鎳鈷生產(chǎn)企業(yè)，擁有豐富的稀土資源，這為中國鎳氫電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了必要的資源條件。

6）電池回收率高，回收價值大，實現(xiàn)資源循環(huán)使用

鎳氫電池中除隔膜外其他物質(zhì)幾乎都可以實現(xiàn)回收利用，電池物質(zhì)回收利用率可以達到98%以上。在國內(nèi)外都有相關企業(yè)開始了鎳氫電池回收技術的研究和批量應用。使用的方法主要有化學分解提純法和熔煉提純法，不論是使用哪種方法都可以實現(xiàn)電池內(nèi)部有效元素的重新利用，并能將其轉(zhuǎn)化為電池的原材料。進一步形成了電池原材料——>電池——>電池回收——>電池原材料的循環(huán)體系，不但可以實現(xiàn)資源的循環(huán)使用，同時由于組成電池的主要為鎳、鈷、稀土等高價值元素，因此這種回收可以在很大程度上降低電池成本。

3、鎳氫電池管理系統(tǒng)是簡單化的管理系統(tǒng)

混合動力車用電池組是由幾十到兩三百只電池串聯(lián)組成的電池系統(tǒng)。這就要求必須有性能優(yōu)越的電池管理系統(tǒng)來合理的管理電池。經(jīng)過20年的不斷研究，科技工作者充分掌握了動力鎳氫電池的各項性能，并結(jié)合電池的特性制定了電池的管理策略，隨著對電池性能研究的不斷深入，電池管理系統(tǒng)的復雜度也在不斷的降低。動力鎳氫電池研發(fā)是伴隨混合動力車輛的研發(fā)同步進行的，這也保證了其電池管理系統(tǒng)開發(fā)起步較早，并經(jīng)過了20年的開發(fā)，形成了相對成熟的管理系統(tǒng)產(chǎn)品。最為關鍵的是由于鎳氫電池自身對環(huán)境、過充過放等惡劣使用條件的容忍度高，使得這種電池可以實現(xiàn)以電池模塊為監(jiān)控的最小單元，不用進行單體電池的監(jiān)控和均衡，這從本質(zhì)上降低了電池管理系統(tǒng)的復雜度。鎳氫電池屬于發(fā)熱型電池，結(jié)合它優(yōu)秀的低溫特性，保證了這種電池即使在低溫條件下也不需要使用外界能源進行加熱，進一步降低了管理系統(tǒng)的難度。

豐田公司經(jīng)過多年的研究將電池組的管理系統(tǒng)與整車管理系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)了BMS和ECU的一體化，進一步降低了電池管理系統(tǒng)的復雜度，為其他廠家電池管理系統(tǒng)的開發(fā)提供了有效地參考方向。

4、鎳氫電池實現(xiàn)了全自動生產(chǎn)

經(jīng)過20年的發(fā)展，鎳氫電池形成了完整成熟的自動化制造生產(chǎn)體系。并在日本PEVE、三洋和湘南CorunEnergy株式會社三家公司得以實際應用，所生產(chǎn)的電池達到了非常高的一致性，代表了目前世界上動力電池的最高水平。我國經(jīng)過多年的研究開發(fā)，電池加工制造設備自動化程度得到了非常大的提升，但相對于日本企業(yè)還有很大的差距。2011年科力遠對日本松下旗下的湘南工廠打破了這種局面，大大提升了中國鎳氫電池的自動化生產(chǎn)技術，隨著科力遠公司對日本湘南工廠的技術消化吸收完成科力遠將成為動力電池企業(yè)，其電池生產(chǎn)的自動化水平也將達到世界水平。

5、HEV車輛是當前最能實現(xiàn)市場化的節(jié)能與新能源車輛

上圖為目前世界范圍內(nèi)銷售的主要混合動力車型，也是主要的節(jié)能與新能源車型。HEV車輛已經(jīng)累計銷售400多萬輛，其中絕大多數(shù)裝備動力鎳氫電池，我國一汽、長安、奇瑞、華普、東風等汽車生產(chǎn)企業(yè)在混合動力領域也投入大量資源進行研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，形成了小批量示范應用的產(chǎn)品，為后續(xù)的市場開發(fā)做好了技術和產(chǎn)品準備；從我國產(chǎn)業(yè)政策方面看，2012年4月18日出臺的《節(jié)能與新能源車發(fā)展規(guī)劃》將混合動力車定位為普及推廣的產(chǎn)品，將EV和PHEV定位為培養(yǎng)發(fā)展的產(chǎn)品。由此可見無論是市場選擇還是政策選擇，混合動力車輛都將是率先實現(xiàn)批量應用的產(chǎn)品。

豐田、本田、福特為目前世界上新能源車領域的前3甲，其市場份額占90%以上，目前3公司批量銷售的混合動力車輛全部采用鎳氫電池，在我國，鎳氫電池在混合動力車輛上也得到廣泛的應用。從豐田2012年3月公布的基于在中國推廣混合動力技術的豐田“云動計劃”看，動力鎳氫電池在將來相當長的時間內(nèi)仍將是混合動力車輛的主要儲能電源。

6、PHEV、EV還需要更多的技術積累和研發(fā)

PHEV和EV還需要一定的技術積累才能批量應用。從技術角度看限制這兩種車輛應用的主要技術瓶頸就是電池，由于鎳氫電池的質(zhì)量比能量相對較低，已經(jīng)不能適用于這兩種車輛的應用。鋰電池成為較適合的選擇。但目前由于鋰電池的能量密度仍處于不太高的水平、電池的快速充電能力差、缺乏電池維護技術、電池寬溫區(qū)范圍性能差異大、電池管理系統(tǒng)復雜、成本高等技術難題導致鋰電池還不能實現(xiàn)批量的應用。另外由于建立充電占需要占用大量的土地和資金等因素也使純電動車的應用面臨一定的挑戰(zhàn)。

從我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)看，有70%左右為火電站，本身存在較為嚴重的污染，如果在現(xiàn)階段就大力發(fā)展純電動車輛相當于是將燃油的車改為了燒煤的車，其帶來的污染程度和能源的利用率將更低。因此在太陽能、風能等新能源發(fā)電技術尚未成熟和批量并網(wǎng)前發(fā)展純電動車輛還需要商榷。

7、形成Ni-MH和鋰電的和諧發(fā)展關系

鎳氫電池是更適合混合動力車輛應用的電池體系，而鋰電池是更適合于PHEV及EV應用的電池體系，兩者是互補的關系，因為從技術的角度看，混合動力技術是純電動技術的基礎；從市場的角度看，混合動力車適用于長途運行，而純電動車則適用于城市通勤車；因此在確定未來交通工具的發(fā)展路線時，就更要仔細研究不同電池的應用特性將適合的電池應用于適合的領域，發(fā)揮其最大價值：

p只要有石油，就會有混合動力車，鎳氫電池是相當長的一段時間內(nèi)最適合混合動力車使用的汽車動力電池；

pNi-MH具有更成熟的技術，大量普及混合動力車，反過來會促進純電動汽車的發(fā)展；

p鋰電在低溫性能、安全性能等方面還不成熟，需要時間改進，再考慮基礎設施等因素，如果純電動車達到普及推廣的要求，我認為最少還需15年；

p從目前的情況看，純電動車的成本離市場化需求還有相當大的差距；

p應用Ni-MH電池普及并大量運行成熟的混合動力汽車，一方面能為鋰電系統(tǒng)的發(fā)展積累更多有益的經(jīng)驗，另一方面，也不耽誤國家節(jié)能減排戰(zhàn)略，更不會耽誤中國節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，也為鋰電發(fā)展提供足夠的緩沖時間。如果我們一定要拿一個不成熟的產(chǎn)品人為強行產(chǎn)業(yè)化，其結(jié)果一定是既讓我們在新能源汽車領域喪失發(fā)展機會，也會讓我們在節(jié)能汽車領域完全失去市場競爭力。