电动汽车电池再提安全性 电池科学运行保障高性能

8月26日，中国稀土行业协会、中国稀土学会在包头市昊明稀土新电源科技有限公司（以下简称昊明稀土）召开了标准审查会，审查《电容型镍氢动力电池用高丰度稀土贮氢合金》和《纯电动大型城市客车用电容型镍氢动力电池》2项团体标准。

电池被称为电动汽车的“心脏”，其重要性不言而喻。据了解，昊明稀土生产的镍氢动力电池是以稀土新材料添加为基本特征。“标准的制定填补了我国在电容型镍氢动力电池及其高丰度稀土贮氢合金生产规范上的标准空白，为今后这些产品的设计、生产、检验、管理等提供了参考依据。”昊明稀土董事长助理兼部长乔敏刚说。

研发动力电池缘于能源压力

20世纪70年代，中东石油危机出现，全球节能减排压力逐步加大，各国开始各类新型蓄电池的研究，其中镍氢电池以其环保、安全性高的优势受到广泛关注，并逐步迈入商用动力蓄电池行列。

为进一步提高大电流性能和低温性能，1997年，由俄罗斯率先研制出代表第三代电容器的非对称超级电容器-Ni（OH）2/C型超级电容器，负极为高比表面积碳材料，可取代镍氢电池负极贮氢合金，在西伯利亚等极寒地区直接使用。

进入21世纪，我国科研工作者立足我国稀土资源优势和动力电池工业基础，针对高寒、高海拔地区研制出一种新型的稀土新电源。这种创新的电容型镍氢动力电池以稀土新材料的应用为基本特征，采用非对称组合，通过工艺和设备创新，将镍氢动力电池和超级电容器优势系统集成于一身，可以满足商用动力电池安全、耐低温、大电流充放电、寿命长、环保可回收及价格合理等要求。

让昊明稀土常务副总经理袁爱东自豪的不仅仅是产品的性能，而是它运用得更加“刁钻”，日本、德国、美国等国外生产的镍氢动力电池主要用在混合动力车上，但将电容型镍氢动力电池用在纯电动公交车上，国内、国外仅昊明稀土一家。

电池科学运行保障高性能

笔者在昊明稀土生产线上看到，一批批蓝色镍氢动力电池，搭乘运输机器人驶出车间，奔赴国内市场。“我们的产品具有安全、耐寒、快充、寿命长、环保、可回收等六大特性。”乔敏刚介绍道。

众所周知，电池的优秀特性取决于电池的内部构造及其运行原理，电容型镍氢动力电池由正极板、负极板、隔膜、电解液、壳体等组成。

正极板采用湿法工艺，以三维镍带或碳带为集流体，Ni（OH）2为主体的二价金属的氢氧化物等制备而成；负极板由贮氢合金与碳等电容器材料在三维镍带、二维钢带或碳带基体上分层涂浆制备而成；隔膜由聚丙烯材料以纤维膜形式构成，中间含有陶瓷材料ZrO2纤维；电解液由三元碱性材料按一定配比构成；壳体主要由高强度耐腐蚀的不锈钢或塑料材料制成。

“充放电过程是氢原子或质子在电极间的往复运动，不产生任何中间态的可溶性金属离子，也没有任何电解液组织的消耗和生成，可实现完全密封和免维护，这就是电池能实现六大功能的关键所在。”袁爱东讲道。

据悉，充电过程中，正极活性物质中的H+首先扩散到正极/溶液界面与溶液中的OH-反应生成H2O。接着，溶液中游离的H+通过电解质扩散到负极/溶液界面发生电化学反应，生成氢原子并进一步扩散到负极材料贮氢合金中与之结合形成金属氢化物。放电过程正好是充电过程的逆过程，碳等电容器材料始终是该反应过程的积极参与者。

“其实，这个电池在充放电过程中，碱性电解液中的表层涂碳的贮氢合金电极发生电化学反应，进行储存-释放原子氢，而贮氢合金电极表面的活性炭形成导电网络，提高合金电极导电率和电催化活性的同时，还产生双电层，部分电荷以物理方式存储-释放。”中国稀土行业协会秘书长杨文浩说道。

动力电池要注重标准

随着新能源汽车产业的高速发展，国家对电池生产企业在研发、质保、生产一致性等方面要求更加严格。工信部曾强调了确保生产过程中一致性问题。

传统的电池生产工艺复杂繁琐，生产过程多以手工作业为主，因而一致性较低，严重影响动力电池的整体性能。

作为车载动力电池，电容型镍氢动力电池单体及其模组标准化，是大规模生产的工业基础。智慧化生产车间可实现信息数据化、过程可视化和决策智能化，从智慧车间出去的所有电池，都会纳入到公司自主打造的昊明稀土大数据监控平台，实现数据共享。此外，智慧车间可做到一键完成工艺流程设计，所有设备能够进行智能检测，对有效数据实行监控和实时记录，异常情况及时报警。

“根据电容型镍氢动力电池的特点，需要根据地区特点进行不同的充电方式，这一标准也是我们公司研究出来的。”袁爱东说道。

针对高寒地区，开发出以“快充快补”为主要方式的纯电动公交车直接充电运行技术路线。所谓“快充快补”，即白天间歇快速补充电量，用10分钟左右即可补充车辆往返30公里~50公里消耗的电量。这是一种极其简便的充电模式，每天可为纯电动公交车提供300kWh以上的有效电能。

针对空气湿度大的地区，开发出以“慢充快补”为主要方式的纯电动公交车直接充电运行技术路线。所谓“慢充快补”，即夜间缓慢充电为主，白天间歇快补为辅，同样是一种极其简便的充电模式，晚上慢充1个小时左右即可充满，而白天在起始停车间隙，用10分钟左右即可补充车辆往返30公里~50公里消耗的电量。

自2012年2月以来，超过100辆12m电容型镍氢动力电池纯电动公交车在山东淄博、日照、内蒙古包头的6条公交线路上线进行商业化运行，运行安全。这充分证实，电容型镍氢动力电池凭借运行高效、质量稳定、环保节能、耐寒持久的优越性能，不仅直接解决了我国“三北地区”（东北、西北、华北）纯电动公交车“冬天怕冷跑不动、电量不足跑不远、电池衰减太快跑不久”的三大突出难题，同时也引领了纯电动公交车行业动力电池技术发展方向。