[发明专利]一种高容量镍氢电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高容量镍氢电池负极材料及其制备方法，所述材料的通式为RE_1‑x(Ni_zCo_1‑z)_yMg_x，其中0.15<x≤0.25，3≤y≤4.2，0≤z≤1；RE为一种或几种稀土元素的混合。所述方法是设计制备了RENi_a(1<a<7)，Mg₃RE，MgNi₂，MgRE，Mg₂Ni，(Ni,Co)和Mg₂RE等中间合金，根据化学计量比选取中间合金中的几种进行配比熔炼。在熔炼过程中通过控制中间合金的先后加入顺序，以明显减少熔炼后Mg元素的成分波动，使实验结果具有很好的重复性，减少了Mg单质使用时的不可控性，简单有效的保证了熔炼后的合金成分与设计成分一致。同时，经退火处理(800～1000℃，4～16h)，得到了含A₅B₁₉相高达93wt％以上的合金。本发明制备的合金放电容量高，具有高倍率放电性能好，循环稳定性佳的优点，可广泛应用于镍氢动力电池领域。

技术领域

本发明涉及一种具有良好综合电化学性能的RE-Mg-Ni系镍氢电池负极贮氢材料及其制备方法，属于贮氢材料领域。

背景技术

随着时代的进步，经济的发展，人类对于能源的需求与日俱增，同时对可持续建设思想提出了更高的要求。传统化石燃料由于其不可再生性，以及其燃烧过程中放出大量的碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物等废气及有毒气体，已经对生态环境造成严重的污染和破坏，是雾霾等恶劣天气形成的重要原因之一。据世界卫生组织和环保部调查，全中国每年有35万人因空气污染早死。而城市中汽车尾气的集中排放则是主要诱因之一，因此发展新能源汽车对于我国尤为重要。其中，混合动力汽车是最符合当下发展，也是最有可能在目前广泛投入应用的。目前，日本丰田混合动力汽车采用的就是镍氢动力电池。

贮氢合金作为镍氢电池的负极，是决定镍氢电池电化学性能的关键因素。目前所开发的贮氢合金，按材料结构和成分可分为稀土系(AB₅型)、钛系(AB型)、锆系(AB₂型)和镁基(A₂B)型合金。当下人们对稀土系AB₅贮氢合金的研究最为成熟，并且已经实现商业化。但是AB₅型合金电极受其单一CaCu₅相结构的限制，其本征气态贮氢量不高，只有1.4wt％。用于商业化的电极合金，其最大放电容量一般只有300～320mAh/g左右，无法满足Ni/MH电池进一步提高能量密度的发展要求。镁基合金具有很高的理论容量(999mAh/g)和较低的成本，被认为是提高合金放电容量的良好材料。但由于其极易腐蚀和氧化，循环寿命很差，仍无法满足人们对电池安全性能及使用寿命的要求。所以研究开发新型高容量，高循环寿命的贮氢合金作为电极材料，是提高Ni/MH电池综合性能及未来竞争力的关键。

La-Mg-Ni系贮氢合金的贮氢量可达1.8wt％，电化学放电容量达410mAh/g，明显高于AB₅型贮氢合金理论贮氢量1.4wt％和最大放电容量300～320mAh/g，较AB₅型贮氢合金高了20％～30％，并具有平坦而且适中的吸放氢平台。因此，La-Mg-Ni系贮氢合金成为了最有望代替AB₅型合金的材料。然而，由于该系列合金中具有Mg元素，同时Mg元素在熔炼中极易挥发，难以控制，目前仍然没有较好的方法来保证合金中Mg含量的稳定性及准确性。由于微量Mg元素的改变就可以改变合金的化学计量比，对合金的相丰度产生极大影响。因此，有关Mg元素对贮氢合金影响及Mg元素可控性的研究对于La-Mg-Ni系贮氢合金的进一步发展具有很大的帮助。此外，该类合金虽然最大放电容量较好，但循环寿命仍需改善，以满足投入生产的要求。

发明内容