[发明专利]一种无镨钕-镍系AB5型贮氢合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土贮氢合金材料，特别涉及一种无镨钕-镍系AB₅型贮氢合金。

背景技术

镍氢电池以其较高比容量，可快速充放电、耐过充、无污染、循环寿命长等优点在宇航、移动电话、笔记本电脑、电动汽车等领域得到广泛应用。AB₅型稀土系贮氢合金在常温常压下可逆地吸放氢、易活化、吸放氢反应速度快等优点，作为Ni/MH电池负极材料得到大量的研究。

目前商品化的稀土基AB₅型贮氢合金比容量约为300～340mAh/g，其中A侧采用的是电池级混合稀土金属，主要有富镧混合稀土、富铈混合稀土或(LaCePrNd)₁。近年来，稀土材料在磁性材料、发光材料、核能材料等方面得到迅猛发展，使钕、镨、钐、钇等元素的消费市场不断扩大，而钕和镨是轻稀土精矿中稀土分配高、价值高且市场好的元素之一，这造成稀土金属镧、铈大量过剩，大量堆积的副产物严重影响稀土产业平衡发展；同时，国际市场上稀土金属，特别是电池级混合稀土、金属镨、金属钕价格一路攀升，造成贮氢合金成本高，市场竞争力下降。因此，综合利用稀土金属，研发性价比高的AB₅型稀土系贮氢合金成为各科研工作者关注的课题。混合稀土金属中的镨、钕部分代替LaNi₅中的La时，使合金的放电容量增加，活化性能改善、循环寿命延长等，故对AB₅型A侧镧、铈、镨和钕组成原子比的研究成为AB₅型稀土系贮氢合金研究的方向之一。

美国专利6106768公布了多种AB₅型贮氢合金，其A侧采用富镧混合稀土，其重量组成为63.0％La、17.4％Ce、10.68％Pr、2.24％Nd，6.68％其它；B侧主要由Ni、Mn和Al三种元素组成，并添加了Co、Si、Cu、Cr、Zn、V和Fe元素中的至少一种。该合金0.2C充放电的最大放电容量为290～311mAh/g，0.2C充放电循环300次后的放电容量和最大放电容量的比值为80～86％。

中国专利200710124454.X公布了一种MmNi_3.55Co_0.75Mn_0.4Al_0.3型商品用贮氢合金的热处理条件，其中Mm为富铈混合稀土，其重量组成为27.28％La、50.41％Ce、5.03％Pr、17.04％Nd，该合金1C充放电的最大放电容量为320mAh/g，1C充放电循环200次后的放电容量和最大放电容量的比值为90～96％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无镨钕-镍系AB₅型贮氢合金。该贮氢合金不含镨钕，使生产成本降低，可改善合金的抗腐蚀性能，延长合金寿命，易于活化。

为实现上述目的，本发明技术方案是：为AB₅型贮氢合金，组成为La_1-xCe_xNi_aCo_bMn_cAl_dCu_eM_f，M为Fe、Sn或B中的一种或两种或两种以上，x、a、b、c、d、e和f表示摩尔比，其中0.05≤x≤0.35，3.70≤a≤4.2，0＜b≤0.75，0.15≤c≤0.42，0.20≤d≤0.40，0.02≤e≤0.30，0≤f≤0.10，4.70≤a+b+c+d+e≤5.30。

本发明的无镨钕-镍系AB5型贮氢合金的优选方案是：0.10≤x≤0.20，3.75≤a≤3.90，0.40≤b≤0.60，0.24≤c≤0.40，0.20≤d≤0.27，0.02≤e≤0.10，0≤f≤0.07，4.95≤a+b+c+d+e≤5.10。

本发明的无镨钕-镍系AB₅型贮氢合金的最佳方案是：La_0.8Ce_0.2Ni_3.85Co_0.55Mn_0.40Al_0.2Cu_0.05。

AB₅型贮氢合金A侧组成约占贮氢合金重量的33％左右，本发明所述的无镨钕-镍系AB₅型贮氢合金粉与A侧元素采用混合稀土的AB₅型贮氢合金粉A侧元素组成的生产成本相比，节约约30％/Kg。