[发明专利]一种碳包覆储氢合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆储氢合金的制备方法，包括以下步骤：采用溶剂将碳源溶解后与储氢合金均匀混合，并将混合物在真空或氩气气氛下烧结，烧结升温过程为由室温以3～5℃/min升温至200℃，然后以0.2～1℃/min升温至350～500℃，保温2～5h后随炉冷却。制备的碳包覆储氢合金中碳含量为0.1～1.0wt.％。该方法能够减小烧结过程中有害气体对储氢合金电化学性能的影响，在储氢合金表面形成均匀分布且具有良好的电催化活性的非晶纳米碳包覆层，有效提高了储氢合金电极的倍率放电特性和循环稳定性，可用于镍氢二次电池负极。

技术领域

本发明涉及镍氢二次电池负极材料技术领域，具体涉及一种碳包覆储氢合金的制备方法。

背景技术

镍氢二次电池具有低温性能良好、耐过冲/过放、安全性高、环境友好等优点，广泛用于便携式电子产品、小型电动工具等领域。储氢合金作为其负极材料对镍氢电池性能有较大的影响。储氢合金电极在镍氢电池充放电的过程中发生的电化学吸放氢反应主要与合金的体相性质、电极表面电化学反应以及电极/电解液/气体三相之间的界面性质有关。因此，可通过表面改性改善合金抗腐蚀性、导电性和电催化活性，以提高镍氢二次电池的性能。

常用的储氢合金表面处理方法主要有：碱处理、酸处理、氟化处理、表面包覆等。通过去除合金表面氧化层，生成富镍亚层或具有良好抗腐蚀性和导电性的修饰表层，以提高合金的导电性和抗腐蚀能力。碳纳米管、乙炔黑、碳纤维或石墨烯等碳材料，具有良好的导电性和在碱性电解液中的抗腐蚀能力。因此采用碳对储氢合金进行表面改性是改善综合电化学性能的有效方法之一。

传统的改性方法是在反应体系中通过机械混合方式直接添加碳纳米管、乙炔黑或者石墨烯等碳材料得到复合电极材料，但是这种方法无法实现均匀的包覆或者生长，存在团聚现象。此外，非原位形成的碳层与电极材料界面并不是紧密连接，在充放电过程中界面容易脱离分裂，影响电池材料的性能。液相碳包覆通常是将材料加入到含碳源的浆液中，混合均匀后在惰性气氛下进行热处理，碳源发生碳化并在材料表面形成碳包覆层。如CN108155353 B公开了一种石墨化碳包覆材料及其制备方法，其通过800～2000℃高温烧结获得石墨化碳包覆材料。这种方法通常烧结温度较高且升温速率快，对储氢合金来说烧结温度过高可能会改变合金的相结构，升温速率过快碳源快速裂解将生成较多有机小分子等有害物质，附着在储氢合金表面，影响其电化学性能。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种碳包覆储氢合金的制备方法，提高合金表面的导电性和电催化活性，同时减缓电解液对合金电极的腐蚀，显著改善合金的循环寿命和高倍率放电性能。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种碳包覆储氢合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

1)采用溶剂将碳源溶解，并搅拌均匀，配制成碳源浓度为0.02～0.5g/mL的浆液；

2)将经步骤1)得到的浆液与储氢合金按照1mL:5～20g比例，通过研磨或球磨方法混合均匀，得到混合物；

3)将经步骤2)得到的混合物在真空或流动的氩气气氛下烧结，得到碳含量为0.1～1.0wt.％的碳包覆储氢合金，其中烧结过程为：首先，由室温升温至200℃，升温速率为3～5℃/min；再由200℃缓慢升温至目标温度，即350～500℃，升温速率为0.2～1℃/min，在目标温度下保温2～5h，随炉冷却至室温。

进一步地，所述碳源为蔗糖、葡萄糖、石油沥青、煤系沥青、壳聚糖、酚醛树脂、聚乙二醇、醋酸纤维中的至少一种。

进一步地，所述储氢合金为AB5型稀土储氢合金、具有[AB5]和[AB2]单元堆垛结构的镧-镁-镍系稀土储氢合金、具有[AB5]和[AB2]单元堆垛结构的镧-钇镍系稀土储氢合金、或者AB2型稀土储氢合金；所述储氢合金的粒径为160～400目。