[发明专利]一种低成本贮氢合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及贮氢合金及其制备方法，并涉及该合金在镍氢电池负极材料中的应用。

背景技术

随着小型Ni/MH电池容量的提高、环保无污染、较好的安全性，使得Ni/MH电池已经成为二次电源市场上最有力的竞争者，特别是近两年来在数码产品配套应用领域，已突显强劲的增长势头。贮氢合金是决定Ni/MH电池性能的关键材料。贮氢合金是一种新型的功能材料，利用晶体的空隙来大量储存氢原子，这种合金在室温下具有可逆吸放氢能力。它可以储存相当于合金自身体积上千倍的氢气，其吸氢密度超过液态氢和固态氢密度，既轻便又安全，显示出无比的优越性。

目前在镍氢电池负极材料中得到广泛应用的是稀土AB₅型合金，代表成分为MmNi_3.55Al_0.4Mn_0.3Co_0.75，该合金具有活化快、高倍率放电性能好、寿命长的优点。研究表明，合金中Co由于能够抑制合金吸放氢粉化和抑制Mn的析出，从而极大的提高了合金的循环寿命，是影响合金寿命的关键元素。因此在商业化贮氢合金中，都是含有10wt％的Co，来保证合金具有优异的寿命。然而，在构成贮氢合金的所有元素中，Co的价格是最贵的。一般Co的质量只占10wt％，它的成本却约占合金材料总成本的40％以上，导致镍氢电池的价格居高不下。

美国专利US6,773,667B2公布了一种低成本贮氢合金及其制造方法，化学通式为MmNi_aMn_bAl_cCo_dX_e，其特征在于Mm为富铈混合稀土，X为Cu或者Fe，4.1＜a≤4.3，0.4＜b≤0.6，0.2≤c≤0.4，0.1≤d≤0.4，0＜e≤0.1，5.2≤b+c+d+e+f≤5.45，其中c轴长大于等于406.2pm。此专利公开的贮氢合金的粉化速率小，循环寿命高。此专利的Co、Ni含量虽然较常规贮氢合金有所降低，但是成本仍然偏高，其中Co高于0.1，Ni高于0.41。

在不影响贮氢合金综合性能的基础上，需要进一步降低贮氢合金的成本。因此尽可能的用其他廉价金属来替代Co和Ni就成为贮氢合金开发的关键技术。

发明内容

本发明的目的就是为了降低贮氢合金的成本，提供了一种成本低并且具有良好的活化性能、放电容量和循环寿命的贮氢合金及其制备技术。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种低成本贮氢合金，为AB₅型合金，具有过化学计量比，该贮氢合金通式为La_aM_1-aNi_bCo_cMn_dAl_eCu_f，式中，M为Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Dy、Y、Zr和Ti元素中的至少一种，a、b、c、d、e、f表示摩尔比，其数值范围为：0.3≤a≤0.8，3.6＜b≤4.1，0＜c≤0.15，0.3≤d≤0.65，0.04≤e≤0.35，0.3≤f≤1.0，5.1≤b+c+d+e+f≤5.35。

该贮氢合金具有晶胞参数c轴与a轴长度之比(c/a)大于等于0.81的CaCu₅晶体结构。本发明者通过深入研究，发现c轴与a轴长度之比对贮氢合金的循环寿命有着显著影响。在调整配方来降低合金成本的同时，通过控制贮氢合金制备工艺，使得c轴与a轴长度之比在一定范围，从而获得高循环寿命贮氢合金。基于这一见解，从而完成了本发明。

该贮氢合金的制备方法，在惰性气体的保护下，将符合贮氢合金通式的原材料进行熔炼并采用快速凝固方法进行冷却，再进行热处理，使合金成分均匀，形成晶胞参数c轴与a轴长度之比(c/a)大于等于0.81的CaCu₅晶体结构。

所述快速凝固方法为单辊快淬或双辊快淬，熔炼温度为1300～1600℃；对铸态贮氢合金所采用的热处理温度在850℃以上，保温时间为4～12个小时，保温结束后进行快速冷却。其中，热处理温度优先为960℃以上，保温时间为5～8个小时。

所述低成本贮氢合金在镍氢电池负极材料中的应用。

以下为对本发明的详细说明：