[发明专利]一种超低温环境用镍氢电池

说明书

本发明属于镍氢电池技术领域，尤其涉及一种超低温环境用镍氢电池，包括正极、负极、隔膜以及电解液，负极包括负极基体和涂覆在负极基体上的贮氢合金层，贮氢合金层包括第一贮氢合金粉和第二贮氢合金粉，第一贮氢合金粉包括占第一贮氢合金粉和第二贮氢合金粉总质量百分比分别为19～24％的La、9～12％的Ce和0.5～2％的Nd，第二贮氢合金粉包括占第一贮氢合金粉和第二贮氢合金粉总质量百分比分别为57～63％的Ni，5～7.5％的Co，0.8～2.2％的Al和0.5～2％的Mn。能够在‑40℃的超低温环境中充电并放电，0.1C放电效率≥95％，0.2C放电效率≥70％，满足了在超低温环境下镍氢电池的使用要求。

技术领域

本发明属于镍氢电池技术领域，尤其涉及一种超低温环境用镍氢电池。

背景技术

随着新能源汽车领域的快速发展，一系列先进的电池技术己经或者将来有望应用于该领域，包括锂离子电池、镍氢化物电池、超级电容器等。其中，锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、自放电小等优点，成为纯电动汽车领域使用最广泛的能量存储装置。然而，较差的安全性能和低温性能以及高昂的电池成本等缺点，阻碍了其在电动汽车领域的大规模推广应用。

镍氢电池作为一种成熟的二次电池技术，具有优良的安全性、耐过充/过放性能以及良好的高低温性能、易回收且具有较高的可回收价值等，己大规模应用于混合动力汽车领域，同时也是最早应用于纯电动汽车领域的能量存储装置。

然而，镍氢电池在低温性能的表现一直不够优越。常规的镍氢电池使用温度一般在-20℃～+40℃之间，低于-20℃以后，镍氢电池的放电效率逐渐降低，当温度只有-40℃时，镍氢电池的放电效率低于50％，不能满足现有电动汽车对镍氢电池低温性能的要求。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种超低温环境用镍氢电池，能够提高镍氢电池在-20～-40℃的超低温环境中的充放电性能，提高放电效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超低温环境用镍氢电池，包括正极、负极、隔膜以及电解液，所述负极包括负极基体和涂覆在所述负极基体上的贮氢合金层，所述贮氢合金层包括第一贮氢合金粉和第二贮氢合金粉，所述第一贮氢合金粉包括占所述第一贮氢合金粉和所述第二贮氢合金粉总质量百分比分别为19～24％的La、9～12％的Ce和0.5～2％的Nd，所述第二贮氢合金粉包括占所述第一贮氢合金粉和所述第二贮氢合金粉总质量百分比分别为57～63％的Ni，5～7.5％的Co，0.8～2.2％的Al和0.5～2％的Mn。其中，Nd的适当加入可降低平衡氢压，能够使得镍氢电池在低温下放电，但是过多的Nd会对循环性能稳定性不利，而Ce的原子半径小于La，减少了合金晶胞体积，即减少了充放电过程中进出合金晶格的氢原子数量，减弱了氢原子对合金晶格结构的破坏作用，提高合金循环稳定性。Co的原子半径大于Ni，增加合金晶胞体积，晶胞内可容纳氢原子增多，即参与充放电氢原子也相应增多，合金放电容量增加。Al能够降低平衡氢压，提高合金在碱液中的耐腐蚀性，减少合金的吸氢膨胀和粉化速率，改善合金的循环寿命。通过第一贮氢合金粉和第二贮氢合金粉的协同作用，满足了镍氢电池在低温-40℃条件下的放电性能。

作为本发明所述的超低温环境用镍氢电池的一种改进，所述第一贮氢合金粉还包括占所述贮氢合金粉总质量百分比为0～0.5％的Pr，以及占所述贮氢合金粉总质量百分比为0～0.5％的金属A，所述金属A为Zr、Y和Mg中的至少一种。Pr元素能够提高镍氢电池的放电容量，改善电池的循环稳定性，但是过多的Pr元素也会给体系带来不利影响。Y的电负性高，加入适量的Y可提高合金的耐腐蚀能力。Mg作为一种低原子量的吸氢元素，其金属及合金具有很高的储氢和放电容量。Mg元素的电负性更接近于La，而原子半径更接近Ni，因此，Mg的含量要在适当的范围内，Mg的含量过多，会替代一部分Ni，使得合金中出现大量的表面悬空键，增加体系的能量，从而导致热力学不稳定。