能量密度比锂电池低四成，为何镍氢电池还能成为丰田混动的首选？

能量密度比锂电池低四成，为何镍氢电池还能成为丰田混动的首选？

虽然我国的新能源汽车名单中并不包括很多非插电式混合动力汽车，但不可否认的是，此类汽车不需要改变用户的驾驶习惯，同时也能带来显着的燃油经济性和高品质的驾驶体验。 混合动力电动汽车越来越受到用户的欢迎。

说到混合动力，除了后来者本田之外，国内市场靠谱的就是率先将这项技术引入中国的丰田。 显然丰田已经利用了这一点。 2019年1月，第八代凯美瑞销量达到19720辆，其中混合动力车型占比21%。 更实惠的紧凑型车型雷凌1月份销量为26,681辆，其中混合动力车型占20%。

然而，许多消费者对混合动力汽车仍然存在疑问。 为什么大多数新能源汽车（如特斯拉、蔚来、比亚迪等）都使用锂离子电池，而丰田仍然重点使用镍氢电池？ ？ 在锂离子电池已经应用于我们日常生活用品的今天，使用镍氢电池是否显得过时了呢？ 工厂此举是否是为了降低生产成本？ 事实上，混合动力汽车使用镍氢电池具有相当大的优势。 不仅是丰田，福特、通用等多个品牌的混合动力汽车大多选择镍氢电池作为电能的存储介质。

我们日常使用的电压为1.2V的充电电池是镍氢电池。

电池种类数千种，安全第一

镍氢电池之所以成为很多汽车的首选，最重要的原因就是它具有无与伦比的安全性和可靠性。 一方面，镍氢电池的电解液是不可燃的水溶液。 另一方面，镍氢电池的比热容和电解液蒸发热较高，能量密度较低，这意味着即使发生短路、击穿等极端异常情况，电池的温升也会升高。电池体积不会很大，不会引起燃烧。 。 最后，镍氢电池作为一种相对成熟的电池产品，产品质量控制难度低，良品率高。

截至2014年底，全球73%以上的混合动力汽车使用镍氢电池，总数超过800万辆。 这些混合动力汽车在使用过程中，曾发生过由电池引起的严重安全事故。 作为商用混合动力汽车的代表，丰田普锐斯凭借其优良的充放电程序，使用十年后电池寿命并未出现明显下降。 因此，成熟的镍氢电池是目前最具商业应用价值的电池。

国外一些测试人员对普锐斯电池组进行了人工连续充电测试，电池组并未造成严重的安全事故。

“浅充电”可延长使用寿命

其次，镍氢电池具有良好的快速充放电性能。 混合动力汽车的电池容量不大。 例如，最新的第八代凯美瑞双擎的电池容量仅​​为6.5千瓦时。 与通常超过10千瓦时的插电式混合动力车相比，容量还不到一半。 由于混合动力系统的工作方式，电池需要持续快速充电和放电。 在这种工况下，镍氢电池比锂离子电池更有优势。

虽然镍氢电池的能量密度只有锂离子电池的60-80%（锂电池为100J/m3），但由于镍氢电池的特性，对安全防护、温度等要求较低。控制等，无需大体积即可轻松使用。 在混合动力汽车上找到您的定位。

混合动力汽车专用的动力系统，加上合理的动力输出策略，在行驶过程中一般只使用10%的电池容量。 即使在最极端的情况下，最大电池使用率也仅为 40% 左右。 换句话说，大约60%的电池电量永远不会被使用。 这种被称为“浅充电”的电池管理策略，是针对镍氢电池而言的，这种电池是由镍铬电池改进而来的，电池记忆效应大大改善。 ，可大大延长其使用寿命，充放电循环次数可达10000次以上。

美国消费者报告对超过 36,000 名普锐斯车主进行了调查，得出的结论是这些车辆高度可靠且使用起来经济高效。 对此，《消费者报告》使用了10年行驶了33万公里的第一代普锐斯和十年前仅行驶了3200公里的全新第一代普锐斯汽车进行了相同标准的油耗测试和性能测试。 结果显示，使用10年、行驶33万公里的老车，其油耗和动力性能与新车保持在同一水平，表明镍氢电池组和混合动力系统仍在工作。通常情况下。

使用镍氢电池的普锐斯混合动力汽车因其可靠性受到多家海外媒体的高度评价。

自2015年国内市场新能源汽车（纯电动和插电式混合动力）普及以来，此类使用锂离子电池的汽车在使用一定时间后，其电池寿命有所降低，且电池寿命处于较低水平。 -冬季温度环境下有明显的衰减，这让很多车主在使用过程中产生了明显的续航焦虑。 这个结果是由锂离子电池的特性造成的。 因此，3-4年车龄的新能源汽车保值率最高仅为45%，远低于同车龄燃油车最低的60%。

只有环保电池才能打造环保汽车

锂离子电池虽然没有记忆效应，但充放电循环次数一般只有600次左右。 而且，在大电流、快充、快放、过充过放的复杂使用环境下，电池寿命大大缩短。 另外，由于锂离子电池采用有机电解质溶液，在低温下电阻迅速增大，在0℃时性能已大幅衰减，在-10℃时无法满足正常使用要求。 相比之下，镍氢电池使用碱性电解质水溶液，其工作温度可低至-40°C。 因此，混合动力汽车的动力性、经济性等性能在冬季不会发生明显变化。

镍氢电池成分少，回收价值高，回收难度低。

最后，由于镍氢电池不含剧毒物质，因此更加环保。 镍氢电池的主要成分是镍和稀土。 回收价值高（有残值），回收难度低。 它们基本上可以回收再利用，实现材料的可持续发展。 它们被称为最环保的电池。

相比之下，锂离子电池的回收难度要大得多。 锂电池本身的化学活性特性使得其回收利用的技术路线相当复杂。 电池首先要进行预处理，包括放电、拆解、破碎和分选。 拆解后的塑料、金属外壳可以回收利用，但成本较高：因为残余电压仍高达数百伏（18650电池除外），存在危险； 出于安全原因，电池外壳不可自行拆卸。 形式，需要费很大力气才能打开； 此外，锂电池正极材料也多种多样，需要较高的酸碱溶液进行回收。 以目前的技术来看，锂电池回收无疑是一项亏损生意。

除上述之外，镍氢电池还具有放电特性稳定、放电曲线平滑、发热低等优点。 因此，在电池技术没有重大突破之前，这类能量密度相对较低的镍氢电池仍然是对电池功率要求不高的混合动力汽车的最佳拍档。

镍氢电池（柱式）是一种性能良好的电池。 镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。 镍氢电池的正极活性物质为Ni(OH)2（称NiO电极），负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金（电极称储氢电极），电解液为6mol /L氢氧化钾溶液。 镍氢电池作为氢能应用的重要方向，越来越受到人们的关注。

随着人类大规模开发利用化石燃料日益紧缺，氢能的开发利用近年来日益受到关注。 镍氢电池作为氢能应用的重要方向，越来越受到人们的关注。 虽然镍氢电池确实是一种性能良好的电池，但航天领域使用的镍氢电池是高压镍氢电池（氢气压力可达3.92MPa，即40kg/cm2）。 这种高压氢气储存在薄壁容器中。 容易爆炸，而且镍氢电池需要贵金属作为催化剂，使其非常昂贵，难以接受民用。 因此，国外自20世纪70年代起就开始探索民用低压镍氢电池。 镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。 高压镍氢电池最早由美国M.Klein和JF于20世纪70年代初开发出来。 用镍氢电池替代镍镉电池并将其应用于各种卫星的趋势已经形成。

镍氢电池的正极活性物质为Ni(OH)2（称NiO电极），负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金（电极称储氢电极），电解液为6mol /L氢氧化钾溶液。 活性材料形成电极极片的主要工艺方法有烧结法、浆化法、泡沫镍法、纤维镍法、嵌入式法等。 不同工艺制备的电极在容量和大电流放电性能方面存在很大差异。 一般来说，电池根据使用条件采用不同的工艺生产。 通信等民用电池大多采用浆料型负极和泡沫镍型正极组成镍氢电池。 充放电的化学反应如下：

正极：Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-

负极：M+H2O+e-=MHab+OH-

总反应：Ni(OH)2+M=NiOOH+MH

注：氢合金（M）、吸附氢（Hab），反应式中从左到右的过程是充电过程，反应式中从右到左的过程是放电过程。

充电时，正极中的Ni(OH)2与OH-反应生成NiOOH和H2O，同时释放出e-，共同生成MH和OH-。 总反应为Ni(OH)2与M生成NiOOH，储氢合金储存氢气； 放电相反，MHab释放H+、H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-重新生成Ni(OH)2和OH-。 镍氢电池的标准电动势为1.319V。

镍氢电池主要有六个特性：代表工作特性的充电特性和放电特性、代表储存特性的自放电特性和长期储存特性、以及综合循环寿命特性和安全特性。 它们都是由镍氢电池的结构和所处的环境决定的。 显着特点是受温度和电流影响较大。

1、充电特性：当镍氢电池的充电电流增大和/或充电温度降低时，电池充电电压会升高。 一般情况下，环境温度在0℃～40℃之间采用不超过1C的恒流充电，而在10℃～30℃之间充电可以实现更高的充电效率。

如果镍氢电池经常在高温或低温环境下充电，镍氢电池的性能将会降低。 对于0.2C以上的快充，充电控制措施必不可少。 反复过度充电也会降低镍氢电池的性能，因此高低温和大电流充电的保护措施必须到位。

2、放电特性：镍氢电池的放电平台为1.2V。 电流越大、温度越低，镍氢电池的放电电压和放电效率就会下降。 镍氢电池的最大连续放电电流为1C-2C。

镍氢电池的放电截止电压一般设定为0.9V，IEC标准充放电模式设定为1.0V，因为1.0V以下一般可以提供稳定的电流，稍小的电流可提供0.9V以下的电压。 因此，镍氢电池的放电截止电压可视为0.9V~1.0V的电压范围，有的镍氢电池可下标至0.8V。 一般来说，如果截止电压设置得太高，镍氢电池的容量就无法充分利用。 相反，很容易造成镍氢电池的过度放电。

3、自放电特性：是指镍氢电池在充满电开路（空载）储存时，容量发生自放电的现象。 自放电特性主要受环境温度的影响。 温度越高，镍氢电池存放后的容量自消耗越大。 大的。

4、长期储存特性：主要指镍氢电池的电量恢复能力。 当长时间存放（例如一年）后使用时，镍氢电池的容量可能会比存放前的容量小。 但经过几次充放电循环后，镍氢电池就能恢复到存放前的容量。

5、循环寿命特性：镍氢电池的循环寿命受充放电系统、温度和使用方法的影响。 按照IEC标准充放电时，一次完整的充放电就是镍氢电池的一个充电周期。 多次充电循环构成循环寿命。 镍氢电池的充放电循环次数可超过500次。

6、安全性：镍氢电池的安全性能是电池设计中最好的。 这不仅与所用材料有关，而且与其结构也密不可分。 在使用过程中，如果镍氢电池因使用不当而发生过充电、过放电或短路，导致镍氢电池内部压力升高，可恢复的安全阀就会打开，可以减少电池的损坏。镍氢电池的内部压力。 压力以防止电池爆炸。

镍氢电池的用途

(1)电气设备：电力仪表、自动化控制、测绘仪器。

(2)家用便携式：便携式血压计、血糖仪、多参数监护仪、按摩器、便携式DVD等。

(3)灯具：探照灯、手电筒、应急灯、太阳能灯。

(4)电子玩具：航模、遥控车、遥控船。

（5）电动工具：电钻、电刨、电锯、电批消费电子产品。 镍氢电池广泛应用于消费电子产品中。

镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。

低压镍氢电池具有以下特点：

(1)电池电压为1.2~1.3V，与镉镍电池相当。

(2)能量密度高，是镉镍电池的1.5倍以上。

(3)可快速充放电，低温性能好。

(4)可密封，比其他电池具有更强的抗过充、过放能力。

(5)不产生枝晶，可防止电池(柱型)短路。

(6)安全可靠、对环境无污染、无记忆效应等。

高压镍氢电池具有以下特点：

(1)可靠性强。 它具有良好的过放电和过充电保护，可以承受高倍率充放电且无枝晶形成。 具有良好的具体特性。 其质量比容量为60A·h/kg，是镍镉电池的5倍。

(2)循环寿命长，达到500次以上循环。

(3)全密封、维护量少。

(4)优异的低温性能，-10℃时容量变化不明显。

镍氢电池使用时应保养

(1)使用过程中避免过度充电。 在循环寿命内，使用过程中请勿过度充电。 这是因为过度充电很容易导致正负极膨胀，导致活性材料脱落、隔膜损坏、导电网络损坏、电池欧姆极化增大。

(2)防止电解液变质。 在镍氢电池的循环寿命期间，应抑制电池的析氢。

(3)镍氢电池的储存。 镍氢电池应在充满电后存放。 如果电池长期存放而不在电池中储存电能，电池负极储氢合金的功能就会减弱，电池寿命就会缩短。 （信息来源：青竹车评）