第8章MH-Ni电池的应用

第8章MH-Ni电池的应用目前MH-Ni电池的发展主要集中在“一大一小”和“高功率”上，即电动汽车用大容量电池，手机和便携式电子设备用AA规格以下的小型号电池以及电动工具和电动车等用高功率电池。开发工作温度范围更宽的电池也是当前热点之一。自从1984年荷兰飞利浦公司解决了LaNi5贮氢合金在充放电过程中容量衰减问题后，MH-Ni电池技术开发进入新的时期，20世纪90年代中期即实现了产业化，在此期间MH-Ni电池技术获得了突破性进展。20世纪90年代初期AA型MH/Ni电池容量为1050mAh,1997年达到了1500mAh，目前常规AA型电池容量普遍已经达到2300mAh，而GP、三洋等已有超过2700mAh的产品。2001年世界MH-Ni电池产量约15亿只，2005年已经超过20亿只。日本MH-Ni电池产业化进展很快，20世纪以前，每年都以较高的速度在增长,MH-Ni电池的产量一直保持着较高的增长率。1998年MH-Ni电池达到6.5亿只，1999年生产了8.68亿只，2000年生产了10.1亿只。日本仅两年时间就增长了约4亿支，可以看出日本增长速度是惊人的。随着MH-Ni电池技术日趋成熟，在中国已大批量生产，产品质量与日本相当，但原材料、制造成本等均低于日本，所以日本采取把生产能力往中国迁移的策略，其国内产量明显下降。日本1999～2003年MH-Ni电池的总产量和其总产值见表8－1。表8－11999～2003年的日本MH-Ni电池总产量和产值年份生产量/百万只产值/亿日元1999868.0571071.0420001026.001171.0420011480.001689.222002540.00638.002003380.00511.00日本MH-Ni电池的70%以上出口欧美和东南亚地区，主要用于移动电话、微机和摄像机和笔记本电脑。中国于20世纪70年代开始探索贮氢合金材料LaNi5作电极材料的可能性，研究重点是LaNi5材料的物理化学性质和电化学特性。中国是继美、日之后MH-Ni产业化开发最早的国家，MH-Ni电池的生产厂家主要集中在广东、山东、江苏、浙江、天津等地，广东约占据了总生产量的三分之一以上；而广东的厂家又多集中在深圳、东莞、中山等地，深圳地区MH-Ni电池厂家的产量占了广东省的50%以上。从市场集中度来看，我国MH-Ni电池行业集中度比较高，其中比较大的企业主要包括：深圳比亚迪、深圳毫鹏、惠州超霸、天津力神等企业。中国有100余家电池厂商的主要产品是以MH-Ni电池为主。比亚迪公司(BYD)为中国最大的小型二次电池专业厂商，2005年销售收入达65亿元。深圳毫鹏(HighPower)、惠州超霸(GP)、辽宁三普(UnionSuppo)、江门三捷等企业MH-Ni电池月产能都达到1500万只以上。2005年，中国MH-Ni电池产量超过9.6亿只，预计2006年产量继续以超过15%的速度增长，达到11亿只左右。中国MH-Ni电池主要性能和生产工艺已达国际先进水平。目前MH-Ni电池的生产企业主要集中在日本和中国。据中国海关统计数据和中国电池工业协会提供数据显示2004年中国电池出口数量与金额均比2003年有较大幅度的增长。二次电池中的传统电池如铅酸、镍镉、镍氢等电池增幅达25～30％。二次电池中的镍氢电池、锂离子电池等正打破原来电池行业中一贯是日本向世界各地出口的局面，其数量和金额均有大幅度提升。2005年中国外销出口镍氢电池约9亿只，创汇近6亿美元，超过日本成为世界上MH-Ni电池第一生产大国。8.1MH-Ni小型号电池的应用近年来，个人电脑、移动电话等便携式电子产品飞速发展，促使与之配套的小型二次电池向小型化、高容量、快充电方向快速发展。镍氢电池的发展成功，给小型二次电池的发展注入了新的活力，并迅速进入竞争市场，使其呈现一派勃勃生机。小型MH-Ni电池的体积比能量由1990年的180Wh·L-1发展到1997年360Wh·L-1，重量比能量由1990年的55Wh·kg-1发展到1997年的70Wh·kg-1。日本三洋公司4/3A型4700mAh电池产品，其体积比能量已达370Wh·L-1。目前小型MH-Ni电池的体积比能量及重量比能量均比较稳定，分别在370Wh·L-1和75Wh·kg-1左右。小型MH-Ni电池在发展中一方面要与Cd-Ni电池比价格，另一方面又受到锂离子电池比能量的竞争。随着MH-Ni电池的产业化、规模化，大大降低了成本，目前已取代了一部分Cd-Ni电池市场。为了与锂离子电池竞争，MH-Ni电池正向高容量、小型化发展，目前AA型电池容量已达到2800mAh。为适应移动电话向小型化、低电压的发展趋势，AAAA型（直径8.4mm）MH-Ni电池现已问世。8.1.1MH-Ni电池在移动电话中的应用2006年中国移动电话用户将达到4.4亿户。电池是移动电话的关键部件,一部移动电话通常要配备两块电池,因此移动电话用电池年需求量剧增。开发移动电话MH-Ni电池是产业热点。据资料统计，2000年世界几种高能电池的应用中，MH-Ni电池在移动电话中的应用比例最高,如表8－2所示。中国近几年和未来5年新增手机对MH-Ni和锂离子两种高能电池组合块的需求预测如表8－3所示。表8－22000年世界高能电池的应用比例电池移动电话/%便携计算机/%其它/%MH-Ni电池78418Li-ion电池67249Cd-Ni电池1112（摄像机）77表8－3手机市场对MH/Ni电池的需求预测(百万只)年度2003-20052005-2010手机增长量（部）电池组需求量MH-Ni需求量锂离子或聚合物锂离子电池需求量120220601602604801203608.1.2MH-Ni电池在个人电脑中的应用2005年全球笔记本电脑总销售量达6530万台左右，与2004年4890万台相比，大幅成长33.5％，创下2000年以来成长新高，占全球PC总量约31％。笔记本电脑发展如此快速就是因为其最大的特点机动性和便携性，这都是因为相对台式机笔记本电脑有使用可充电电池的优势，它可以极大地方便在各种环境下笔记本电脑的使用。中国笔记本电脑市场是1993年开始发展的，1994年全面进入市场。虽然中国大陆笔记本电脑规模不大，但是由于市场潜力大，利润高，笔记本在中国的销售迅速增大。2004年中国笔记本电脑市场销售量195万台，与2003年同比增长39.6%；2005年中国大陆市场的笔记本出货量为360万台左右，预计06年市场销量将上升42%，达510万台左右。但在销售量大幅增长的同时，笔记本电脑价格大幅下降，2004年中国笔记本电脑市场销售额188.61亿元，仅比2003年同期增长16.7%。笔记本电脑的电池是其灵活性和稳定性的根本。笔记本电脑标准配置可充电电池系统，包括充电电池和电源管理系统等。电池是体现笔记本电脑便携性的重要环节，最早的笔记本电脑都是使用Cd-Ni电池，由于Cd-Ni电池有了很多令人头疼的缺点，如：体积大、份量重、容量小、寿命短、有记忆效应等，不久就被MH-Ni电池所取代。MH-Ni电池具有较好的性价比和较大的功率，同时MH-Ni电池是一种环保电池。但MH-Ni电池与锂离子电相比，有重量较重、容量较小，电池持续放电时间短等缺点。锂离子电池储能密度大，持续放电时间长。当然锂离子电池也有缺陷，如价格高和充放电次数少等等。锂离子电池的充放电次数只有400-600次，经过特殊改进的产品也不过800多次。按每天充电一次计算，最好的锂离子电池也不过两年多。而镍氢电池的充电次数能够达到700次以上，某些质量好的产品充放电可达1200次，这样一比较，MH-Ni电池要比锂离子电池长寿，而且MH-Ni电池的价格也要比锂电池低很多。尤其是随着MH-Ni电池技术的发展，MH-Ni电池的记忆效应已完全被克服，比容量和寿命也大大提高，成为了性价比最好的笔记本电脑电池。因此众多笔记本电脑公司再一次推出MH-Ni电池笔记本电脑。戴尔曾经是全球第一个推出锂电池笔记本电脑的厂商，这个举动缔造了全球笔记本电脑市场10多年的盛世。然而2004年，戴尔正式宣布重返MH-Ni电池笔记本电脑市场，紧接着其竞争对手惠普也决定跟进。戴尔公司的Inspiron1000系列笔记本电脑搭配主电池为8颗电池芯的MH-Ni电池。8.2MH-Ni高功率电池的应用目前，小型MH-Ni电池在市场竞争中面临低成本的Cd-Ni电池和高比能量的锂离子电池两面夹击。MH-Ni电池在朝着低成本化、高容量化和轻质化发展的同时必需致力于拓宽新的应用市场。电动自行车、电动工具和新一代42V汽车电气系统为综合性能优良、价格适中的MH-Ni电池提供了广阔的市场空间，但是对MH-Ni电池也提出了新的性能要求，特别是要求其具有优异的高功率特性。MH-Ni电池在向小型化和高容量化发展的同时，为适应高功率放电特性需要，在比能量是Cd-Ni电池1.5倍的前提下，放电倍率从5C率提高到15C以上。提高功率特性采取的主要措施有：增加薄极板面积、多极耳集流体、端面焊、提高电极表面导电性等技术。目前，高功率MH-Ni电池已进入长期被Cd-Ni电池占据的电动工具市场。随着欧洲对Cd-Ni电池逐渐禁止使用，高功率MH-Ni电池的市场占有率将快速增长。8.2.1MH-Ni电池在电动自行车中的应用据有关方面预测我国人口总量将控制在16亿～17亿之间，是美国人口的6倍，德国的20倍。在美国平均每1.5人1辆汽车，德国平均每1.33人1辆汽车。随着中国经济的发展，汽车的拥有量将不断增加。如果达到美国的经济发展水平，那么中国的汽油消耗量将相当于目前中东地区产油量的2倍。显然这是不现实的，应当依靠其它方法来解决。因此，电动自行车是目前较为理想的选择之一。因为电动自行车在行驶时不会产生环境污染。中国的自行车拥有量很大，如果将电动自行车的时速限制在15km·h-1或20～30km·h-1以内，在行车安全方面不存在问题。因为电动自行车安装动力装置后，可节省体力，但仍然是自行车。从交通方面而言，可不作为机动车使用。电动车的发展和产业化从发展电动自行车开始起步更符合中国国情！从居民平均收入水平和大众需求来看，电动自行车比电动汽车更容易普及推广，中国作为全球最大的“自行车王国”，正迎来一场“自行车电动化”浪潮。电动自行车是助力自行车最好的替代产品。电动自行车的开发生产投资小、上马快，能迅速形成生产规模。中国电动自行车整车及生产技术与电动汽车相比显得更为成熟。因此，电动自行车是中国发展电动车产业的一个突破口。采用铅酸蓄电池作为动力，则电池本身重量就有十几公斤。如果采用MH-Ni电池，电池质量将大大降低。这样电动自行车的轻快、便捷、安全、价廉将会受到越来越多人士的欢迎，且其品牌、规格、花色也将越来越多，具有广阔的发展前景。春兰集团研制成功的高能动力MH-Ni电池，不仅代表了高效、清洁、环保的世界新能源产业发展方向，还将为消费者带来实实在在的便利。春兰高能动力MH-Ni电池的电动自行车具备以下性能：一次充电可行驶100公里；累计行驶里程可达6万公里；预计一般使用年限长达5年；循环充电高达600次；最高车速可达每小时20公里；载重量超过75公斤；每公里耗电小于1.2度；市场零售价预计在每辆3000元左右。以北京市为例，随着交通管理部门对电动自行车限制的放松，市场需求将达到100万辆。尽管目前大部分电动自行车采用铅酸蓄电池作为动力，随着人们对环境保护意识的增强、国家环保政策的强化实施及MH-Ni电池价格的不断下降和性能的不断提高，MH-Ni电池将全面挤占铅酸蓄电池市场。8.2.2MH-Ni电池在电动工具中的应用电动工具市场长期以来被高倍率放电特性较好的Cd-Ni电池所垄断．由于该电池负极材料镉金属有剧毒，对环境造成污染，世界各国将逐步禁止其使用．电动工具市场很庞大，大约每年需5亿只电池，因此各国都在致力于开发电动工具用Cd-Ni电池的替代品．绿色环保型MH-Ni电池与Cd-Ni电池具有互换性(电压均为1.2V)。且容量是Cd-Ni电池的1.5倍以上．随