[发明专利]高功率型镍金属氢化物电池负极用贮氢合金

说明书

本发明涉及一种高功率型镍金属氢化物电池负极用贮氢合金，该合金具有优异的高速吸收和放出氢的性能，当用作镍金属氢化物电池负极时能够获得优异的初始活化性能和高倍率性能，属于贮氢合金领域。

自从1990年采用贮氢合金作为负极材料的镍金属氢化物电池首先在日本产业化以来，镍金属氢化物电池因具有高比能量(是镍镉电池的1.5～2倍)，无记忆效应，无镉污染，正在迅速取代镍镉电池。目前小型镍金属氢化物电池及其负极贮氢合金粉在国内外均已大规模产业化。

适合高功率等特殊场所应用镍金属氢化物电池正日益受到人们的青睐。环境污染和能源危机促进了各国电动车的研究和发展。目前，国际电动车发展方向正逐渐转向发展混合电动车(HEV)。HEV需要采用高功率能源在启动、加速和爬坡时提供辅助动力，在汽车减速和刹车时快速转化吸收其再生能量。HEV用高功率电池的主要性能要求是：高功率密度、高比功率、高功率能量比和高充电接受力等。从环保角度和性能价格特性来看，高功率型镍金属氢化物电池是HEV电池的最佳侯选之一，必须尽快研究开发。此外，高功率型镍金属氢化物电池在电动工具市场上也有巨大的发展空间。虽然，在国外，已推出HEV和电动工具用高功率型镍金属氢化物电池，但采用现有技术生产的的贮氢合金不能很好地满足大电流条件下(大于等于5C倍率)的使用要求。开发高功率型镍金属氢化物电池的技术关键在于负极贮氢合金材料。

镍金属氢化物电池中贮氢合金电极的倍率充放电特性动力学上取决于电极表面的电催化活性和氢在贮氢合金体内的扩散速度。Philips实验室曾报导，外加少量钼制成双相的合金可使AB₅型贮氢合金的电化学动力学性能明显改善，使其易于活化，形成的第二相MoNi₃具有强电化学催化能力[J.Electrochem.Soc.，183(1991)1877]。此外，第二相弥散分布于体内可为氢原子提供扩散通道，加速氢在合金体内的扩散速度。采用元素取代或表面处理等方法也可以改善贮氢合金的电化学动力学性能，但上述方法都是局限与镍金属氢化物在小电流放电(小于5C倍率)应用。适合高功率型镍金属氢化物电池(放电电流大于等于5C倍率)的负极用贮氢合金文献报道很少。国内市场需求量大，但目前生产适合高功率型镍金属氢化物电池的负极贮氢合金粉的厂家尚无报导。

本发明的目的就在于提供一种用于高功率型镍金属氢化物电池的高倍率性能优越的负极贮氢合金。也即，本发明涉及一种高功率型镍金属氢化物电池负极用贮氢合金，该合金具有快速的吸收(相当于“充电”)和放出氢(相当于“放电”)速度。

本发明的目的是通过在贮氢合金熔炼时采用添加硼元素，利用硼在合金熔炼过程中易于向晶界偏析并形成第二相实现的。贮氢合金中添加硼文献已有报道，但其添加目的各不相同，而且添加量也控制得较低(≤0.2)。如CN1124411采用少量的硼(≤0.1)部分取代等化学计量比AB₅型稀土系贮氢合金中的Ni以改善其快速充放电性能，并认为取代量太大使合金自放电率增大。又如CN1128413采用0.05～0.15的硼部分取代等化学计量比AB₅型稀土系贮氢合金中的Ni，使合金吸氢后形成的氢化物具有部分的桥环网状结构，以降低镍金属氢化物电池有较低的自放电。再如CN1065353在AB₅型稀土系贮氢合金中添加0.005～0.2的硼来强化合金，降低粉化率；同时抑制稀土元素La等在吸放氢过程中的表面偏析发生，提高合金的耐腐蚀性能。本发明者发现在稀土系贮氢合金中添加一定量的硼可以形成高催化活性的CeCo₄B型第二相，第二相的存在明显改善合金的快速充放电性能。硼添加量范围为0.05≤v≤0.5，添加硼量太少(＜0.05)，合金中形成的第二相含量也少，合金高倍率性能提高不大；添加硼量太多(＞0.5)，合金中形成的第二相含量过高，虽然合金高倍率性能极好，但合金的放电容量过低，也不能满足高功率型镍金属氢化物电池的容量要求。