[发明专利]Pr5Co19型负极储氢材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及Pr₅Co₁₉型镍氢电池负极储氢材料。尤其是，本发明所涉及的Pr₅Co₁₉型负极储氢材料比目前已有的AB₅型商业用储氢材料的容量更高，因此特别适用于高容量镍氢电池的制备。

技术背景

金属氢化物-镍电池自上世纪90年代投入市场以来，由于其具有容量高、寿命长，无记忆效应、无环境污染等特点，广泛受到欢迎，市场占有率越来越高，电池的类型也由AA、AAA普通电池向其他多种类型发展，产品广泛应用于电动工具、家用电器、计算机、航天、通讯和助力车等，发展十分迅速。随着金属氢化物-镍电池应用领域的增加，对电池性能的要求也越来越高。特别是近年来无绳可充电电动工具以及电动汽车的发展，对金属氢化物-镍电池的容量提出了更高的要求。

电池的容量主要是由电池的正负极容量确定的，而提高电池正负极的容量是改善电池容量的最主要途径，因此提高电池负极储氢材料的电化学容量就变得尤为重要。AB₅型储氢材料自上世纪80年代末期商业化以来，经过多年的研究，目前已经开发出了一系列的AB₅型储氢合金，产品性能也有了很大的提高，储氢材料的电化学容量由最初的260mAh/g提高到大于330mAh/g，金属氢化物-镍电池的容量(以AA计)也从最初的1000mAh左右提高到2700mAh，虽然正极材料容量的提高和电池结构的改变也是电池容量提高的原因之一，但负极储氢材料容量的提高也起到了重要的作用，因此要进一步提高电池的容量，就必须进一步提高正极或负极的容量，由于目前来看金属氢化物-镍电池所使用的正极氢氧化亚镍的容量提高已经有限，因此人们就把提高金属氢化物-镍电池容量的研究重点放在了负极储氢材料的研究上面，对于LaNi₅型储氢材料，实验表明通常每单胞的最大吸氢原子数是6个氢原子，由此根据理论计算可知其理论电化学容量为372mAh/g，对于商业用的储氢材料，为了改善产品的性能以满足使用需要，LaNi₅中的稀土镧(La)被混合稀土Mm替代，镍(Ni)被钴(Co)，锰(Mn)和铝(Al)部分替代，典型成份为MmNi_3.55Co_0.75Mn_0.4Al_0.3，这种替代不可避免地使材料的电化学容量下降，其理论容量被认为是348mAh/g，从而使人们认识到进一步提高AB₅型储氢材料的电化学容量潜力已经不大，因此把高容量储氢材料的开发集中在其他类型的产品上，人们纷纷开始研究具有更高容量的储氢材料，如以ZrMn₂为代表的AB₂型Laves相合金，以TiFe为代表的AB型和以Mg₂Ni为代表的A₂B镁基合金，但迄今为止，这些材料由于存在各个方面的问题(如活化性能和寿命等问题尚未解决)，因而仍处于研究阶段，尚未开发出实用型的产品，而添加Mg的AB_3.5型La_1-xMg_xNi_3.5储氢材料由于理论容量超过400mAh/g，并有良好的活化特性，成为近年来研究开发的热点。

因此，为满足高容量镍氢电池产品的需要，申请人以La_1-xMg_xNi_3.5为研究对象，通过在其中添加不同的元素种类，从而提出了一种以Pr₅Co₁₉型晶体结构为主的具有高充放电容量的镍氢电池用负极储氢材料。

发明内容

本发明的目的是通过成分改善得到一种比目前市售产品电化学充放电容量高得多的负极储氢材料，以满足高容量镍氢电池产品的需求。

具体来讲，本发明提供了一种适用于镍氢电池的Pr₅Co₁₉型负极储氢材料，其具有高电化学充放电容量，该Pr₅Co₁₉型负极储氢材料的原子比成分组成为La_0.75-x-yNd_xDy_yMg_0.25Ni_3.27Al_0.13，其中0.1≤x≤0.3、0.01≤y≤0.05。