8月26日，中國(guó)稀土行業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)稀土學(xué)會(huì)在包頭市昊明稀土新電源科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)昊明稀土）召開(kāi)了標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)，審查《電容型鎳氫動(dòng)力電池用高豐度稀土貯氫合金》和《純電動(dòng)大型城市客車(chē)用電容型鎳氫動(dòng)力電池》2項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

電池被稱(chēng)為電動(dòng)汽車(chē)的“心臟”，其重要性不言而喻。據(jù)了解，昊明稀土生產(chǎn)的鎳氫動(dòng)力電池是以稀土新材料添加為基本特征。“標(biāo)準(zhǔn)的制定填補(bǔ)了我國(guó)在電容型鎳氫動(dòng)力電池及其高豐度稀土貯氫合金生產(chǎn)規(guī)范上的標(biāo)準(zhǔn)空白，為今后這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、管理等提供了參考依據(jù)。”昊明稀土董事長(zhǎng)助理兼部長(zhǎng)喬敏剛說(shuō)。

研發(fā)動(dòng)力電池緣于能源壓力

20世紀(jì)70年代，中東石油危機(jī)出現(xiàn)，全球節(jié)能減排壓力逐步加大，各國(guó)開(kāi)始各類(lèi)新型蓄電池的研究，其中鎳氫電池以其環(huán)保、安全性高的優(yōu)勢(shì)受到廣泛關(guān)注，并逐步邁入商用動(dòng)力蓄電池行列。

為進(jìn)一步提高大電流性能和低溫性能，1997年，由俄羅斯率先研制出代表第三代電容器的非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器-Ni(OH)2/C型超級(jí)電容器，負(fù)極為高比表面積碳材料，可取代鎳氫電池負(fù)極貯氫合金，在西伯利亞等極寒地區(qū)直接使用。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)科研工作者立足我國(guó)稀土資源優(yōu)勢(shì)和動(dòng)力電池工業(yè)基礎(chǔ)，針對(duì)高寒、高海拔地區(qū)研制出一種新型的稀土新電源。這種創(chuàng)新的電容型鎳氫動(dòng)力電池以稀土新材料的應(yīng)用為基本特征，采用非對(duì)稱(chēng)組合，通過(guò)工藝和設(shè)備創(chuàng)新，將鎳氫動(dòng)力電池和超級(jí)電容器優(yōu)勢(shì)系統(tǒng)集成于一身，可以滿足商用動(dòng)力電池安全、耐低溫、大電流充放電、壽命長(zhǎng)、環(huán)保可回收及價(jià)格合理等要求。

讓昊明稀土常務(wù)副總經(jīng)理袁愛(ài)東自豪的不僅僅是產(chǎn)品的性能，而是它運(yùn)用得更加“刁鉆”，日本、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)外生產(chǎn)的鎳氫動(dòng)力電池主要用在混合動(dòng)力車(chē)上，但將電容型鎳氫動(dòng)力電池用在純電動(dòng)公交車(chē)上，國(guó)內(nèi)、國(guó)外僅昊明稀土一家。

電池科學(xué)運(yùn)行保障高性能

筆者在昊明稀土生產(chǎn)線上看到，一批批藍(lán)色鎳氫動(dòng)力電池，搭乘運(yùn)輸機(jī)器人駛出車(chē)間，奔赴國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。“我們的產(chǎn)品具有安全、耐寒、快充、壽命長(zhǎng)、環(huán)保、可回收等六大特性。”喬敏剛介紹道。

眾所周知，電池的優(yōu)秀特性取決于電池的內(nèi)部構(gòu)造及其運(yùn)行原理，電容型鎳氫動(dòng)力電池由正極板、負(fù)極板、隔膜、電解液、殼體等組成。

正極板采用濕法工藝，以三維鎳帶或碳帶為集流體，Ni(OH)2為主體的二價(jià)金屬的氫氧化物等制備而成；負(fù)極板由貯氫合金與碳等電容器材料在三維鎳帶、二維鋼帶或碳帶基體上分層涂漿制備而成；隔膜由聚丙烯材料以纖維膜形式構(gòu)成，中間含有陶瓷材料ZrO2纖維；電解液由三元堿性材料按一定配比構(gòu)成；殼體主要由高強(qiáng)度耐腐蝕的不銹鋼或塑料材料制成。

“充放電過(guò)程是氫原子或質(zhì)子在電極間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生任何中間態(tài)的可溶性金屬離子，也沒(méi)有任何電解液組織的消耗和生成，可實(shí)現(xiàn)完全密封和免維護(hù)，這就是電池能實(shí)現(xiàn)六大功能的關(guān)鍵所在。”袁愛(ài)東講道。

據(jù)悉，充電過(guò)程中，正極活性物質(zhì)中的H+首先擴(kuò)散到正極/溶液界面與溶液中的OH-反應(yīng)生成H2O。接著，溶液中游離的H+通過(guò)電解質(zhì)擴(kuò)散到負(fù)極/溶液界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成氫原子并進(jìn)一步擴(kuò)散到負(fù)極材料貯氫合金中與之結(jié)合形成金屬氫化物。放電過(guò)程正好是充電過(guò)程的逆過(guò)程，碳等電容器材料始終是該反應(yīng)過(guò)程的積極參與者。

“其實(shí)，這個(gè)電池在充放電過(guò)程中，堿性電解液中的表層涂碳的貯氫合金電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行儲(chǔ)存-釋放原子氫，而貯氫合金電極表面的活性炭形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高合金電極導(dǎo)電率和電催化活性的同時(shí)，還產(chǎn)生雙電層，部分電荷以物理方式存儲(chǔ)-釋放。”中國(guó)稀土行業(yè)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)楊文浩說(shuō)道。

動(dòng)力電池要注重標(biāo)準(zhǔn)

隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，國(guó)家對(duì)電池生產(chǎn)企業(yè)在研發(fā)、質(zhì)保、生產(chǎn)一致性等方面要求更加嚴(yán)格。工信部曾強(qiáng)調(diào)了確保生產(chǎn)過(guò)程中一致性問(wèn)題。

傳統(tǒng)的電池生產(chǎn)工藝復(fù)雜繁瑣，生產(chǎn)過(guò)程多以手工作業(yè)為主，因而一致性較低，嚴(yán)重影響動(dòng)力電池的整體性能。

作為車(chē)載動(dòng)力電池，電容型鎳氫動(dòng)力電池單體及其模組標(biāo)準(zhǔn)化，是大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)基礎(chǔ)。智慧化生產(chǎn)車(chē)間可實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)化、過(guò)程可視化和決策智能化，從智慧車(chē)間出去的所有電池，都會(huì)納入到公司自主打造的昊明稀土大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。此外，智慧車(chē)間可做到一鍵完成工藝流程設(shè)計(jì)，所有設(shè)備能夠進(jìn)行智能檢測(cè)，對(duì)有效數(shù)據(jù)實(shí)行監(jiān)控和實(shí)時(shí)記錄，異常情況及時(shí)報(bào)警。

“根據(jù)電容型鎳氫動(dòng)力電池的特點(diǎn)，需要根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)進(jìn)行不同的充電方式，這一標(biāo)準(zhǔn)也是我們公司研究出來(lái)的。”袁愛(ài)東說(shuō)道。

針對(duì)高寒地區(qū)，開(kāi)發(fā)出以“快充快補(bǔ)”為主要方式的純電動(dòng)公交車(chē)直接充電運(yùn)行技術(shù)路線。所謂“快充快補(bǔ)”，即白天間歇快速補(bǔ)充電量，用10分鐘左右即可補(bǔ)充車(chē)輛往返30公里~50公里消耗的電量。這是一種極其簡(jiǎn)便的充電模式，每天可為純電動(dòng)公交車(chē)提供300kWh以上的有效電能。

針對(duì)空氣濕度大的地區(qū)，開(kāi)發(fā)出以“慢充快補(bǔ)”為主要方式的純電動(dòng)公交車(chē)直接充電運(yùn)行技術(shù)路線。所謂“慢充快補(bǔ)”，即夜間緩慢充電為主，白天間歇快補(bǔ)為輔，同樣是一種極其簡(jiǎn)便的充電模式，晚上慢充1個(gè)小時(shí)左右即可充滿，而白天在起始停車(chē)間隙，用10分鐘左右即可補(bǔ)充車(chē)輛往返30公里~50公里消耗的電量。

自2012年2月以來(lái)，超過(guò)100輛12m電容型鎳氫動(dòng)力電池純電動(dòng)公交車(chē)在山東淄博、日照、內(nèi)蒙古包頭的6條公交線路上線進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)行，運(yùn)行安全。這充分證實(shí)，電容型鎳氫動(dòng)力電池憑借運(yùn)行高效、質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)保節(jié)能、耐寒持久的優(yōu)越性能，不僅直接解決了我國(guó)“三北地區(qū)”（東北、西北、華北）純電動(dòng)公交車(chē)“冬天怕冷跑不動(dòng)、電量不足跑不遠(yuǎn)、電池衰減太快跑不久”的三大突出難題，同時(shí)也引領(lǐng)了純電動(dòng)公交車(chē)行業(yè)動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展方向。