[发明专利]多相镁稀土镍系贮氢合金及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及贮氢材料领域，特别提供了一种易活化、放电容量高和循环稳定性高的A₂B₇(2H，3R)和A₅B₁₉(2H，3R)相贮氢合金及其应用。

背景技术

积极开发比容量高、低自放电、长寿命的储氢材料以及开发电动车用高容量、高稳定性储氢合金一直是新材料研究的重要课题之一。在二次电池市场中，虽然近年来锂离子电池得到了迅速的发展，但是镍/金属氢化物(Ni/MH)电池仍然占据着较大的市场份额，甚至在某些应用方面有着广阔的潜在市场。在Ni/MH电池的发展中，负极材料的使用和进展一直是最受期待的关键技术之一。本世纪初发展起来的具有特殊的超堆垛结构的La-Mg-Ni基合金由[La₂Ni₄]子模块与[LaNi₅]子模块沿着c轴方向堆垛而形成，根据两种模块比例的不同又分为AB₃型、A₂B₇型、A₅B₁₉型和AB₄型等，其具有高容量等优点，被认为是替代传统AB₅型稀土系储氢合金的理想材料。

中国发明专利申请号200910163893.0公开了一种具超低自放电和长时间存储性能的镍氢电池用La-Mg-Ni型负极储氢材料，其原子比成分组成为La_0.65-x-yNd_xDy_yCe_0.1Mg_0.25Ni_3.27Al_0.13,其中0.1≤x≤0.3、0.01≤y≤0.05,该La-Mg-Ni型负极储氢材料为一种复相结构的化合物，其相组成主要由空间群不同的两种结构的A₅B₁₉型化合物共同组成，其中一种为空间群为P6₃/mmc的Pr₅Co₁₉结构的化合物，另一种为空间群为R-3m的Ce₅Co₁₉结构的化合物，两种化合物所占的比例为6∶4左右，另外还有少量的Ce₂Ni₇和PuNi₃型结构化合物，该La-Mg-Ni型负极储氢材料可作为负电极材料而用于制备具有超低自放电和长时间存储性能的镍氢电池，其缺点在于：该系列合金中两种结构Ce₅Co₁₉相比例很难控制，而且合金的最大放电容量并不理想。

中国发明专利申请号201410222437.X公开了一种镍氢电池用稀土-镁-镍系多相储氢合金及其制备方法。其结构通式为：Ln_aMg_bNi_xY_yZ_z,其中Ln是从稀土元素中选出的至少一种元素，Y为Co、Mn、Al、Cu、Nb、V、Fe、Zn、Ti、Cr、As、Ga、Mo、Sn、In、W、Si、B、P选出的至少一种元素，Z为Ag、Sr、Ge、Au中选出的至少一种元素，0.5≤a<1,0<b<0.5,2.5<x<4.5,0<y<2,0<z≤1，其中AB₅相占10-90％,A₂B₇相占10-90％，其余杂相比例不多于30％。该发明产品通过Ag、Sr、Ge、Au等替代B侧元素，并优化合金成分及退火工艺,通过调整产物中AB₅相与A₂B₇相比值,提高储氢合金的放电容量及循环寿命，改善其自放电及低温性能，其缺点在于：Ag、Sr、Ge、Au等贵金属提高合金成本，不利于产业化，而且AB₅相与A₂B₇相在充电过程中，膨胀比例不匹配，合金容易粉化，造成循环稳定性差。