[发明专利]贮氢合金及其制备方法和采用该贮氢合金的负极及电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种贮氢合金及其制备方法和采用该贮氢合金的负极及电池。

背景技术

近年来，由于便携式电子器件的发展和交通动力能源的革命，高能电池能源的研究与开发已成为世界各国学术界和产业革命的热点。镍氢电池因为能量高、安全性好、无污染、无记忆效应等优点而受到广泛重视，是电子设备的主要供电电池类型之一。

在镍氢电池中，负极活性物质一般为贮氢合金，贮氢合金的性能直接影响采用该贮氢合金的电池的容量以及循环性能等。目前，研究较多的是以LaNi₅为基础的AB₅型贮氢合金，AB₅型贮氢合金由于平台压适中，电化学性能良好，已经作为镍氢电池的负极活性物质实用化。对于AB₅型贮氢合金的研究主要集中在A、B两侧的金属元素替代上，通过用其它元素对A、B两侧的金属元素进行替代，从而提高贮氢合金的活化性能。

目前，B侧元素一般采用过渡金属元素中Co、Al、Mn、Cr等的一种或几种部分置换Ni金属元素，其中Co的加入能提高贮氢合金的循环性能，因此，目前的贮氢合金通常都含有钴。A侧元素一般采用其他稀土元素如Ce、Pr、Nd等部分替代La元素，或者A侧直接采用混合稀土，或者采用金属元素Ca、Ti、Zr等部分置换A侧的La元素。

例如，CN 1143837A公开了一种碱性的金属氧化物-金属氢化物电池，其阳极含有金属氧化物，其阴极是由贮氢合金构成的，其中除了铈镧合金之外，还包含镍和钴元素，而且具有CaCu₅型的晶体结构，其特征是该合金中 的部分钴被铁和/或铜所取代，而且具有如下的化学组成：MmNi_vAl_wMn_xCo_yM_z，其中Mm为铈镧合金，M为Fe和/或Cu，其它参数为0.2≤x≤0.4，0.1＜z≤0.4，0.2≤y≤0.4，0.3≤w≤0.5，4.9≤v+w+x+y+z≤5.1。

因为镍、钴的含量均很高，因此上述公开的贮氢合金的活化性能、放电容量以及循环性能均较好。镍、钴是贮氢合金中不可或缺的元素，其中镍对合金高容量、高倍率充放电性能有重要作用；钴对合金的电化学性能，尤其是循环性能起关键性作用。因此商品化的AB₅型贮氢合金中都含有较高的钴、镍含量。降低镍、钴的含量会导致贮氢合金电化学性能下降。但是，镍以及钴的价格昂贵，尤其是钴，虽然贮氢合金中钴含量一般仅在10重量％左右，却占原料成本的40-50％。

因此，在不影响贮氢合金放电容量以及循环性能等电化学性能的前提下，降低贮氢合金中镍、钴的含量是降低贮氢合金制备成本的关键。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中贮氢合金制备成本较高的缺点，提供一种在具有优良的活化性能、放电容量以及循环性能的前提下，成本较低的贮氢合金及其制备方法和采用该贮氢合金的负极及电池。

本发明提供了一种贮氢合金，其中，该贮氢合金具有式RENi_xCu_yFe_zMn_uSn_w表示的组成，式中，RE表示含有镧的混合稀土金属，且RE中镧的含量为混合稀土金属的总重量的40-85重量％，x、y、z、u、w分别为Ni、Cu、Fe、Mn和Sn的原子数与RE的原子数的比例，2.3≤x≤3.4，0.4≤y≤1.2，0.1≤z≤0.3，0.2＜u≤0.7，0.1≤w≤0.4，4.6≤x+y+z+u+w≤5.3。

本发明还提供了一种贮氢合金的制备方法，该方法包括在保护气体下，将合金原料进行熔炼并冷却凝固成铸锭，其中，所述合金原料的比例符合合金组成式RENi_xCu_yFe_zMn_uSn_w表示的组成，式中，RE表示含有镧的混合稀土金属，且RE中镧的含量为混合稀土金属的总重量的40-85重量％，x、y、z、u、w分别为Ni、Cu、Fe、Mn和Sn的原子数与RE的原子数的比例，2.3≤x≤3.4，0.4≤y≤1.2，0.1≤z≤0.3，0.2＜u≤0.7，0.1≤w≤0.4，4.6≤x+y+z+u+w≤5.3；所述熔炼的温度为1400-1700℃，时间为0.5-4小时。