镍氢电池

镍氢电池的现状与发展

程天国

摘要：镍氢电池于1988年进入实用化阶段，1990年在日本开始规模生产，此后产量成倍增加。目前在日本，三洋、松下和东芝形成了三足鼎立的局面，所占市场份额分别为40%、30%和20% ，生产能力已达到1500万只/月。最近报道，三洋公司出资9000万美元购买了东芝镍氢电池生产线，使三洋公司镍氢电池的生产能力占日本总生产能力的60%以上。

关键词：小型化；低电压；高容量；新品种化

1.镍氢电池的性能状况

一、能量密度

体积比能量：提高材料性能和增加电池内填充密度，镍氢电池体积能量密度从1990年的180W h/L 增长到1997年的360Wh/L，与锂离子电池相当。镍氢电池的高比能量使其在移动电话、笔记本电脑等领域内具有非常大的竞争力。

质量比能量：从开始的55Wh/kg上升到77Wh/kg，但电池的单位质量仍然是锂离子电池的1.5倍。目前轻型贮氢合金如V-Ni基和Mg-Ni基合金正在开发研究之中。

电池的成本

成本已降低至最初的1/3，几乎达到了与镍镉电池相同及低于锂离子电池成本的1/2。

二、功率特性

在保持镍镉电池1.5倍的能量密度前提下，放电性能从5C率提高到20C率。现在，高功率镍氢电池已经进入长期被镍镉电池垄断的电动工具市场。环境保护对镍镉电池的限制给镍氢电池提供了一个很好的进军电动工具市场的机会。这个市场大约需电池5亿只/年。目前，提高Mm-Ni5基合金功率特性的研究正在进行。高功率镍氢电池已经在HEVs找到了新的市场。

三、发展方向

在小型二次电池领域，Ni-MH电池在市场竞争中面临镍镉电池和锂离子电池两面夹击。在价格方面镍镉电池占据优势；在比能量方面Ni-MH电池不如锂离子电池，在与镍镉电池的竞争中，Ni-MH电池通过实现规模化生产，降低了生产成本，迅速取代了部分镍镉电池市场，并在近年来发展迅猛的移动通讯、便携式电脑领域站稳脚跟。为了与锂离子电池竞争，Ni-MH 电池正在向高容量化方向发展。目前，AA电池容量已达1400～1800mAh，4/3A电池容量达到3 500～4500mAh，体积比能量达360Wh/L 以上，已超过了目前锂离子电池产品。表2为近年来日本东芝公司镍氢电池容量上升情况。

表2 日本东芝公司镍氢电池容量上升情况(mAh)

电池型号 1997年 1997～1998年 1999年

AAA 590 700 800

L-AAA 690 800 900

4/5AA 1120 1300 -

AA 1280 1500 1600

4/3A 3500 4000 4500

日本汤浅(Yuasa)公司圆筒型AAA750型(单4型)镍氢电池达到世界最高容量，AAA850型将于今年10月开始上市出售(样品已于5月开始出厂)。该电池可与锂离子电池匹敌，具有优良的体积能量密度和耐高温性能、自放电量与原来的产品相比减少了1/2 。同时采用该公司具有专利权的游离球状镉和高密度氢氧化镍活性物质。

虽然镍氢电池的体积比能量已超过了锂离子电池，但其质量比能量仍然低于锂离子电池，所以轻型贮氢合金和高比容的正极活性物质正在开发之中，以提高镍氢电池的质量比能量。

表3 日本汤浅(Yuasa)公司高容量电池的技术指标

型号形式电压容量

AAA750 单 1.2V 750mAh(Lowest700mAh)

AAA850 - 1.2V 850mAh(Lowest800mAh)

另外，由于移动电话继续向小型化、低电压趋势发展，AAAA型Ni-MH电池产品现已问世。

总之，小型Ni-MH电池将朝着低成本化、高容量化、轻型化、新品种化等方向发展。

二、镍氢动力电池的现状与发展方向

1.电动车用动力电池

发展背景

除作为电子信息领域迫切需求的小型移动电源外，镍氢电池可能成为电动车的电源之一。

近年来，人们对城市空气质量及地球石油资源危机等问题日趋重视，保护环境，节约能源的呼声日益高涨，促使人们高度重视电动车及其相关技术的发展，美国、法国、中国的上海市等均相继通过立法限制燃油车，大力发展电动车。

受国情影响，欧美等发达国家如美国、德国、法国、日本等国家开发的电动车以电动汽车为主，同时包含一部分电动摩托车和电动自行车；发展中国家尤其是中国内地以及中国的台湾、香港地区，近期的电动车市场主要为电动摩托车和电动自行车。据统计，国内已有200家公司、企业着手小型电动车的开发、生产和应用，同时，部分单位开展了电动汽车的开发应用。

迄今为止，制约整个电动车行业发展的主要因素是电动车用电池。从20世纪90年代初，日本、美国、法国、德国等国家纷纷制定了相应的电动汽车用动力电池发展计划，如美国能源部(DOE)、国家电源研究所与通用、克莱斯勒、福特三大汽车公司组成的先进电池联合体(USABC)于1991年底签定一项协定，计划在4年中投资262亿美元用于电动车电池的开发，现第一阶段的合同已完成，其中以Ni-MH动力电池为中期发展目标的DOE-USABC计划指标基本达到，1997年底，GM-Ovonic公司已开始批量生产Ni-MH动力电池，并装备了30辆Chevy S-10电动汽车进行试车运行；1998年该公司又进一步扩大了Ni-MH动力电池的年产量，日本政府也有一个由11家公司参加的投资近16亿美元的计划，开发电动车用蓄电池。

根据美国USABC和日本公司对各种电动车用电池的性能以及发展潜力比较论证，综合考虑电池的可靠性、安全性、电池材料的资源与环境问题以及电池性能的发展趋势，确定镍氢电池是近期和中期电动车用首选动力电池。

电池的开发研究状况

美国Ovonic公司开发了从20Ah至150Ah系列高能方形密封镍氢电池(吸氢合金为AB2系)，电池能量密度可达70～90Wh/kg，已在电动助力车、摩托车、工具车和4人座轿车上试用。另外，美国Ovonic公司与通用公司合作开发的HEV-20(20Ah)、HEV-30(30Ah)、HEV-60(60Ah) ，均为方形密封高功率型电池。