電池研究院：為何雙擎喜歡用鎳氫電池？
80後基本都與鎳氫電池有著不解之緣，小時候我們用過的索尼Walkman、收音機、四驅車，基本都靠鎳氫電池驅動著。
為了寫這篇文章，我買了兩組全新的鎳氫電池，分別是來自無錫產的松下愛樂普白皮（非FDK貼牌貨）和GP超霸2000，裝在松下沖牙器和D50/D100錄音筆上用了數月。
不得不說，新型鎳氫電池的放電表現比小時候用的那些強太多了。（因此，我是不是應該再買點四驅車？）
在此必須感謝索尼大法的研發部門，堅持使用AA電芯槽的可換電池設計，我那堆索尼MD機、CD機、錄音筆居然隨著時間轉移，續航變得越來越長，而蘋果們統統成了不插電就無法開機超過半小時的工業垃圾。
1600萬的雙擎HEV車型，其實沒用鋰電池1年前（也就是上個月底）筆者在內蒙古試駕了壹汽豐田的雙擎系列，包括 卡羅拉雙擎 、 亞洲龍雙擎 、 RAV4榮放雙擎 ，對鎳氫電池在-30℃下順利充放電頗有感觸。
實際上，豐田這組鎳氫電池最低在-40℃也能工作，而筆者單反中的鋰離子電池在-25℃的氣溫中只拍了100張照片就罷工了。
為什麽豐田在HEV車型上堅持使用古老的鎳氫電池呢？
這時候我們得先從更多古老的電池配方聊起：
17 世紀 ：荷蘭萊頓大學（Leiden University）的彼得?範?穆森布羅克教授（Prof. Pieter van Mu ssc henbroek）發明了萊頓瓶（Leyden jar），人類第壹次捕捉到了電，這也是第壹種儲電設備（冬天的毛衣不算）。
18世紀：意大利物理學家亞歷山德羅?伏打（Alessandro Volta）發明了世界上第壹組正經的化學電源伏打電堆?。
19世紀：Dr.?William?Cruikshank設計了第壹款便於批量制造的電池，法國物理學家Gaston?Plant?發明了鉛酸二次電池，電池與車輛在19世紀中頁開始結合（如郭睿同事編撰的《電動車坎坷發展史》），愛迪生發明了可充電的鐵鎳電池，瑞典發明家Waldmar?Jungner發明了鎳鎘電池，
20世紀：6V鉛蓄電池從1918開始裝車，統治汽車電氣系統30多年之後被12V鉛蓄電池替代；世紀末鋰離子電池得到了技術性突破（索尼1991商用化）。
21世紀：鋰離子電池在消費電子、新能源汽車、電動飛行器、柴電潛艇、工業生產、智能穿戴等領域成就霸業。
毫無疑問，21世紀是鋰離子電池創造歷史的世紀，我們再也離不開鋰離子電池了，目前鋰離子電池行業主要有以下幾種解決方案：
主流鋰離子電池性能對比 電極材料 能量密度 成本 穩定性 安全性 循環壽命 三元鋰（正極） 高 高 中 中 中 磷酸鐵鋰（正極） 低 中 中 高 高 鈷酸鋰（正極） 高 中低 低 中 低 錳酸鋰（正極） 中 低 低 中高 中低 鎳鈷鋁酸鋰（正極） 高 中 低 中 低 鈦酸鋰（負極） 最低 最高 中 高 高既然鋰離子電池的種類如此繁多，生產成本逐年下降，為什麽HEV非插電式混合動力車型都不喜歡用鋰離子電池呢？
很簡單：因為鎳氫電池目前更便宜，循環壽命更長（愛樂普就有2000個循環可用），還不容易燒。
更重要的是，鎳氫電池無樹枝狀晶體產生，豐田1600萬雙擎家族車型在全球範圍內都沒有發生過電池包自燃事故。
?水素電池?是什麽鬼？第壹次讓便攜式民用電子設備成為現實的是?大哥大?和鎳鎘電池（Ni-Cd）。
東西南北中，發財到廣東。80年代末，壹斤重的移動電話進入香港與廣州市場，2萬多壹臺的價格，充電10小時只能撐30分鐘，鎳鎘電池記憶效應強，得配壹個放電器放空了再充，最好每月進行壹次深度充放電。
上圖這種巨型的電池就是鎳鎘電池，可循環1100次（實際用起來差遠了）。
鎳鎘電池是第壹代手機電池，第二代則是今日主角鎳氫電池（Ni-MH），第三代是革命性的鋰離子電池（Li-ion）。這條路走了30多年，每壹步都非常不容易。
80年代出生的讀者應該還記得小時候有壹個詞匯叫?水素電池?，我手頭上剛好有三枚?水素電池?，中間那顆是索尼生產的，綠色兩顆是國內的無牌副廠貨，目前市場上只能買到後者。
?水素?壹詞其實是日文，如下圖翻譯截屏和商品廣告原圖：
筆者找了壹下鎳氫電池的負極與正極的反應式，是下面這樣的，這下子我才知道?水素?壹詞的來源：
作為鎳鎘電池的升級版，鎳氫電池的能量密度更高，重量更輕，汙染更少，循環壽命更長。
鎳氫電池的研發開始於1967年，戴姆勒-奔馳和大眾汽車當時參與了技術研發（研發地點在Battelle Geneva Research Center），將近20年的時間終於研發出能量密度只有50Wh/kg左右的鎳氫電池。70年代，鎳氫電池在人造衛星上有了應用（根據維基百科），但筆者並未找到具體的衛星型號。
鎳氫電池在1985年才終於商用化，隨後各式鎳氫電池成功占領了我們手裏便攜式電子設備的電池倉，後來被CD機打敗的卡帶機、後來被MD機打敗的CD機、後來被MP3打敗的MD機，中後期版本均改用了這種115?65?28mm的?香口膠式水素電池?，標定電壓1.2V，容量1400mAh左右。
索尼在1991年將鋰離子電池投入商用化，但成本高到可怕，至今都沒壓到壹個合理的價位（這也是各位覺得買電動車特別貴的原因）。
那麽，大家就繼續用鎳氫電池作為主流的二次電池吧。可是前期的鎳氫電池，自放電（漏電）特別厲害，放在四驅車上面用倒不是什麽問題，因為充滿電之後很快就被我玩光了。但若放在低電耗長續航的用電設備上，比如石英鐘、遙控器，就很讓人抓狂了。
所以，筆者當時只會選用壹次電池來給這些設備供電，最經典的配方就是下圖的白皮三個五，紅白藍配色跟大白兔奶糖壹模壹樣，不同的是大白兔是神物，白皮555是垃圾中的戰鬥機。
後來日本三洋電機的eneloop鎳氫電池很好地解決了這個自放電問題，2006年推出市場的第壹代eneloop將1年的自放電比例縮減至20%，最低工作溫度-10℃，循環次數1000次。
2009年松下收購了三洋電機50.19%的股份。2015年上市的第五代eneloop，10年的自放電比例才30%，這意味著鎳氫電池最大的短板已被基本清除，拿來做低電耗長續航用電設備的供電也沒有問題了。
在電池界，eneloop?愛老婆?就代表著鎳氫電池的最高水平。
鎳氫電池的電化學性能
鎳氫電池（Ni-MH）的英文全稱是Nickel-Metal Hydride，鎳金屬氫化物，這裏的?金屬?指的是金屬互化物（intermetallic compound），其中分為兩大類：
AB 5 類 ：A = 稀土 元素 混合物（或）再加上鈦（Ti）；B = 鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）、（或者）加上鋁（Al）。
AB 2 類 ：A =?鈦（Ti）或釩（V），B =?鋯（Zr）或鎳（Ni），再加鉻（Cr）、鈷（Co）、鐵（Fe）和（或）錳（Mn）。
其中AB 5 類更常見，AB 2 類的容量更高。
其化學原理是 可逆地形成金屬氫化物 ：充電時，氫氧化鉀（KOH）電解液中的氫離子（H + ）會釋放出來，由以上化合物吸收並避免形成氫氣（H 2 ）以防電池結構被破壞；放電時，這些氫離子經由相反過程回到原來地方。
與鋰離子電池壹樣，鎳氫電池不是壹種配方而是壹整個電池配方系列，可分為容量型、功率型、耐低溫型、低自放型。
容量型鎳氫電池 ：索尼5號鎳氫電池可以達到1.2V*4600mAh，能正面對決14500鋰離子電池。
功率型鎳氫電池 ：放電比功率可以達到1300W/kg（持續放電），幾乎是鋰離子動力電池的兩倍。
耐低溫型鎳氫電池 ：-40℃超低溫工作，可用容量、內阻幾乎沒差別。低溫是鋰離子電池的死穴。
低自放鎳氫電池 ：至於所以剛剛提到的eneloop低自放電鎳氫電池，全稱是LSD Ni-MH，Low Self-Discharge Nickel-Metal Hydride。自放電率是鎳氫電池的死穴所在。
鎳氫電池有個優勢，就是電壓低，電控簡單，可以完美替代普通的1.5V幹電池，AA型（5號）和AAA型（7號）的鎳氫電池的電壓是1.2V，這是壹個很關鍵的電壓數字。
1.2V ? 5 = 6V
1.2V ? 10 = 12V
這意味著鎳氫電池可以通過串並聯組合輕松替代6V和12V電壓平臺的二次電池。
太深奧的東西不說，我們直接來壹點易懂易學的小結論吧， 鎳氫電池的優勢有：
1、最大的優勢是安全性高，即使制造工藝不良、受外力擠壓變形、短路、大電流放電（伴隨發熱）也不會像鋰離子電池那樣自燃然後自爆。
2、技術成熟，適合大規模生產，成本較低。
3、配方很少汙染，對環境基本沒有影響。
4、低溫性能好，秒殺鋰離子電池。
5、循環壽命長，2000-5000個循環不是問題，HEV車型的鎳氫電池基本都是終身免維護的。
6、記憶效應小。
7、電芯壹致性比鋰離子電池更高。
8、1.2V額定電壓是個不錯的數字，很容易湊整。（此外，最低放電電壓是0.9V，滿電1.4V，了解壹下就行）
鎳氫電池的劣勢有：
1、能量密度太低，電芯單體能量密度只有60-120Wh/kg，成組之後更加慘不忍睹。
2、充電效率很低，只有66%左右，也即是34%的電量沒被充進去，而鋰離子電池充電效率可達95%。
3、自放電速度太高，三洋使用了新的陽陰極分隔層、新的陰極添加劑、新的超級晶體結構合金、更薄更堅固的外殼，完成了自放電的自我救贖。
4、放電倍率還不夠強，雖然已經到了15C，但鋰離子電池可以做到45C，所以給 大眾ID. R那種短跑爆發型的電動戰車用鎳氫電池的話就撲街了。
5、快速充電性能簡直是渣渣，1C已經是鎳氫的快充速度了?
6、高溫情況下的充放電效率降低明顯。
為何鎳氫電池沒能成為汽車動力電池主流？汽車用的鎳氫電池有兩大流派，壹派是美系的通用，壹派是日系的松下&豐田。
我們先來說說通用，通用跟鎳氫電池還是有段故事可以講講的。壹開始Stan ford R. Ovshinsky弄出了壹種可供量產的鎳氫電池並申請了專利，1982年成立了Ovonic電池公司，通用汽車1994年購買了Ovonics專利，隨後用在了EV1後期版本上，就是下圖這個。
通用EV1（純電動） ：業界著名的純電動工業垃圾，真正的電驅先鋒之作。前期版本用的是16.5-18.7kWh的鉛酸電池，後期版本用的是26.4kWh的鎳鉻電池，續航達到228km，在1999年這個年份算得上牛到不行不行的角色。
不過，很快通用就發現自己徹底搞砸了，那批車子最終用通用自己收購回去集中銷毀。
2000年10月，通用把專利賣給了德士古石油，壹周後轉手給雪佛龍。雪佛龍的子公司Cobasys壹直生產著鎳氫電池，後來又被SB LiMotive（三星SDI與博世合資）收購，2012年變成博世獨資。
另壹個派系是松下與豐田合資成立的Panasonic EV Energy（PEVE）公司，他們在90那年代推出了適用於新能源車的高容量（28-95Ah）鎳氫動力電池，用於1997年開始生產的豐田普銳斯，以及之後的本田Insight混動、本田思域混動、福特等車型。
本田Insight （混動） ：初代1999-2006（下圖），二代2009-2014，三代2019至今。Insight是本田第壹代IMA混動系統的試驗田，薄片電機放在P1位置，飛輪之後、變速箱之前，鎳氫電池使用D型。
本田思域（壹代混動） ：本田Insight IMA結構的?性能版?，電機也在P1位置，電池是120個串聯的D型鎳氫電池，6.0Ah容量比Insight更低，但充放電速度更高。
本田EV Plus（純電） ：本田給汽車工業帶來的前鋒之作，第壹個大型汽車制造商拋棄弱炸天的鉛酸電池，采用鎳氫電池來驅動車輪，1997-199之間在日本櫪木造了300臺，續航129-169km，放在2012年左右的中國估計還有點競爭力。
福特Escape （ 混動 ，翼虎/銳際的前身）：初代（2004-2008）與二代（2009-2011）福特Escape非插電式混動版用過鎳氫電池，初代目還跟豐田THS（雙擎）技術有專利抵觸，這兩家公司後來達成了專利***享協議，豐田允許福特用豐田的部分混動技術，福特允許豐田用福特的部分柴油機技術。
不過現在福特基本都落下功課了，比如蒙迪歐混動就改用了鎳鈷錳鋰離子電池（MKZ當然是同款），好處是能量轉換效率更高，我們測試蒙迪歐混動的時候也被它的超低油耗嚇到了。耐用性和可靠性？暫時不太清楚，賣得太少了。
福特Ranger EV（純電） ：從Ranger單排皮卡改過來的，1998產的是鉛酸電池版本，1999產的是鎳氫電池版本，鎳氫版本的能量密度提升至57.3Wh/kg，續航提升至185km（72km/h勻速）。這玩意壹直生產到2002年，沒人買的，都是以市場試驗目的租了出去，2004年項目終止的時候全部給召回銷毀了。
豐田普銳斯（混動，1/2/3/4代）&豐田其他雙擎混動車型 ：如今的第四代豐田 普銳斯 HEV雙擎版本使用的是鎳氫電池，這是壹種超級長超級細的電芯（其實就是6個1.2V電芯串聯起來），390?35mm，6500mAh，電壓為7.2V。
為了鎳氫動力電池的專利，美系的Cobasys和日系的PEVE從2001年開始打了多年官司，2005-2014年間PEVE支付了大筆專利特許使用費給Cobasys，以獲得PEVE在北美銷售鎳氫動力電池的權限。
實際上，Cobasys基本已是廢的（2007年開始就轉舵研究鋰離子電池了），真正牛X大發的PEVE用鎳氫電池盤活了整個豐田雙擎系列，前文我們提到的數據是?全球範圍內至今銷售超過1600萬輛，沒有壹臺燒的。
關於豐田雙擎鎳氫電池的江湖傳說還有更多數字，比如之前有壹位來自美國矽谷洛斯加托斯（Los Gatos）小鎮的普銳斯用戶就宣稱，他的2004款豐田普銳斯開到35.5萬英裏（57萬公裏）的時候才遇到了電池失效。
在美國，更換壹套普銳斯鎳氫動力電池的官方要價大概是4000美元（2.6萬人民幣），提供8-10年保修期。
如今，豐田是全球HEV非插電式混合動力結構的技術和銷量老大，堅持鎳氫電池路線成為了?技術正確?的壹個樣本，之前使用松下豐田PEVE鎳氫電池的本田和福特卻紛紛離場。
能量密度如此低的鎳氫電池還有未來嗎？鎳氫電池已經是壹種成熟的產品，目前國際市場年產量為12億只左右，其中大型鎳氫電池（車用鎳氫動力電池）在2.5億只左右，超過9成的大型鎳氫電池是松下豐田PEVE生產的。
中國鎳礦總儲量290萬噸，屬於儲量壹般的國家，不過我國制造業成本較低，所以世界上很多鎳氫電池生產商都在中國設立了生產基地，比如松下的無錫工廠，三洋的蘇州工廠、湯淺的天津工廠。
小型鎳氫電池，中國的產量占全球74%左右，超霸（東莞）、豪鵬（深圳）、科力遠（長沙）、三普（鞍山）、比亞迪（深圳）是大頭；大型鎳氫電池，日本的產量占全球95%左右，松下豐田PEVE在全球範圍內壹家獨大。
鎳氫電池的成本逐步下降，未來可能可以替代相當壹部分的幹電池，並利用其1000次以上的循環壽命提供更好的環保支持。
消費類電器產品（小型）和HEV動力電池（大型）是鎳氫電池的兩大用戶，此外還在安防和醫療等領域有著廣泛應用，2019年國內行業規模是44億元人民幣，預計2020年在40億元左右。根據中研普華產業研究院的研究報告，鎳氫電池的市場規模會在2025年達到48.83億元左右。
在大型鎳氫電池領域，HEV非插電式混合動力車型已是且將是鎳氫電池的唯壹大客戶，安全性高、成本較低、汙染少、低溫性能好、循環壽命長是無可替代的優勢。不過在當今的新能源補貼政策下，鎳氫電池已經沒希望進入補貼行列並打敗部分鋰離子電池成為BEV純電動車型的動力電池，因為能量密度太低、充電效率太低、放電倍率太弱、快速充電太渣的特性，都是被鋰離子電池吊打的。
玩砸了麽？我怎麽覺得好戲才剛剛開始啊。
雖然鎳氫電池在BEV領域打不過鋰離子電池，但HEV領域的占比是可以擴張的。《乘用車燃料消耗量限值》和《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》正在推動我國乘用車新車平均燃料消耗量水平在2025年下降至4.0L/100km，單憑ICE內燃機技術的提升是基本沒有希望的，比如給ICE加上電動機組成HEV節能動力總成。
屬於鎳氫電池的節能車時代，正在默默到來。
（文： 黃恒樂）
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