[发明专利]含氧钒钛基贮氢电极合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种镍氢电池负极的含氧钒钛基贮氢电极合金及其制备方法。

背景技术

镍氢电池因其比能量高、不污染环境、无记忆效应、循环寿命长以及具有良好的耐过充过放电特性，得到了广泛的应用。近年来，锂离子电池的技术进步，镍氢电池面临更大的挑战。因此需要开发高性能、低成本的镍氢电池，而钒钛基电池属于第三代镍氢电池，具有高的理论容量（1080mAh/g），但钒的价格偏高，循环性能差制约了该类电池的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可降低生产成本的含氧钒钛基贮氢电极合金及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：含氧钒钛基贮氢电极合金，化学式为V_(2-x)Ti_(1-y)M_yNiO_x，其中，0≤x≤1,0≤y≤1，M为Cr、Al、Mn、Sn、Fe、Co、Mo、Si、Zr、Nb、W中的至少一种。

其中，上述含氧钒钛基贮氢电极合金中，0.1≤x≤0.25。

其中，上述含氧钒钛基贮氢电极合金，合金主相是钒基固溶体，第二相是TiNi相和Ti₄Ni₂O相。

其中，上述含氧钒钛基贮氢电极合金，合金的纯度大于99％。

其中，上述含氧钒钛基贮氢电极合金中，M为Cr、Mn、Fe、Sn、Mo、Si中的至少一种。

本发明还提供上述的含氧钒钛基贮氢电极合金在作为镍氢电池负极电极材料中的用途。

上述的含氧钒钛基贮氢电极合金的制备方法，采用铝热还原方法进行制备。

上述的含氧钒钛基贮氢电极合金的制备方法，将V₂O₅、Ti、Ni和M的氧化物，以及Al放入真空电弧炉中，抽真空至10^-3Pa后开启电弧炉，待铝热反应完成后，升温至金属熔融状态，保持10～30分钟，然后取出、冷却即得。

本发明的有益效果是：与传统的钒基固溶体贮氢电极相比，本发明含氧钒钛基贮氢电极合金是采用V₂O₅、M的氧化物、Ni和Ti为原料，通过铝热还原在电弧炉中制备，所制得的合金主相是钒基固溶体，第二相有TiNi相，此外，还有Ti₄Ni₂O相。生成的TiNi相具有良好的电催化活性，Ti₄Ni₂O相作为一种氧化物相能够附着在合金上，阻止电解液对合金电极的腐蚀。由于该合金采用V₂O₅为原料，极大的降低了钒基固溶体合金中贵金属钒的价格，因此电极合金生产成本低。在合金中引入氧，一方面能够提升合金抗腐蚀性能，提高电极的循环稳定性外，另一方面能够在熔炼过程中，降低还原剂铝的用量，防止过多的铝留在合金中、降低合金电极的放电容量。

附图说明

图1为本发明实施例一含氧钒钛基贮氢电极合金的XRD图谱；

图2为本发明实施例一含氧钒钛基贮氢电极合金电极的放电循环性能图；

图3为本发明实施例二含氧钒钛基贮氢电极合金电极的放电循环性能图；

图4为本发明实施例三含氧钒钛基贮氢电极合金电极的放电循环性能图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明含氧钒钛基贮氢电极合金，化学式为V_(2-x)Ti_(1-y)M_yNiO_x，其中，0≤x≤1,0≤y≤1，M为Cr、Al、Mn、Sn、Fe、Co、Mo、Si、Zr、Nb、W中的至少一种。

优选的，综合考虑合金的放电容量和循环稳定性，上述含氧钒钛基贮氢电极合金中，0.1≤x≤0.25。本领域技术人员可以理解的是，x可以根据化学式的比例，通过控制V₂O₅、M的氧化物和还原剂Al的添加量进行控制。

其中，上述含氧钒钛基贮氢电极合金，合金主相是钒基固溶体，第二相是TiNi相和Ti₄Ni₂O相。

优选的，上述含氧钒钛基贮氢电极合金，合金的纯度大于99％。

优选的，综合考虑合金成本和性能，上述含氧钒钛基贮氢电极合金中，M为Cr、Mn、Fe、Sn、Mo、Si中的至少一种。