[发明专利]吸氢合金和镍－金属氢化物充电电池

说明书

本发明涉及吸氢合金，具体涉及可用于形成镍-金属氢化物充电(二次)电池负极的吸氢合金。

传统上，包括例如La、Ce、Pr、Nd和Sm的稀土元素混合物的混合稀土合金(以下称为“Mm”)以及用各种元素替代部分Ni而形成的镍基合金广泛充当用于形成镍-金属氢化物充电电池负极的吸氢合金。

众所周知，在这些材料中，含钴合金能吸收数量相当多的氢，当用于负极时，在储氢状态下粒径不易下降，在碱性下具有优良的耐蚀性，可有效提高镍-金属氢化物充电电池的寿命。

另一方面，也公知较低钴含量更适合改善高比率放电性能。认为该原因是钴含量的下降促进了粒径的下降，从而导致每单位重量的表面面积的提高。

为解决传统工艺的这些问题，本发明提供了吸氢合金，可改善高比率放电性能，而抑制粒径下降，循环使用寿命性能等于或高于传统合金，即使当其钴含量下降时，具有高容量。

本发明基于如下发现，当吸氢合金具有相当高的La含量并含有相对少量但比杂质水平高的碱土金属(即Mg或Ca)时，尽管能抑制粒径下降，合金可改善高比率放电性能，而保持其高容量，即使当其钴含量下降到小于传统的公知水平时，可抑制粒径下降。

具体而言，本发明涉及主相中具有CaCu₅型晶体结构的吸氢合金，其中合金的La含量范围在24wt％-33wt％之间而Mg或Ca含量范围在0.1wt％-1．wt％之间。

在优选实施例中，本发明也涉及上述合金，其中合金的钴含量不大于9wt％。

当本发明的吸氢合金用于碱性充电电池的负极时，可提高电池的容量，可改善高比率放电性能，即使在低钴含量下可抑制粒径下降，从而使电池成本下降。

图1是例子1的吸氢合金的X-射线衍射图。

在本发明的AB₅型吸氢合金中，为改善高比率放电性能并抑制粒径下降，含有Mg或Ca的含量在0.1-1.0wt％之间。此外，为提高吸氢量并控制氢的平衡压力，合金中的La含量设定在24wt-33wt％范围之间。因此，与传统合金相比，本发明的吸氢合金具有高容量，可改善高比率放电性能，并抑制粒径下降，可提高即使低钴含量下抑制粒径下降的性能。

例如，该吸氢合金可以按如下化学式表示：

La_uR_vMg_wNi_xCo_yM_z，和

La_uR_vCa_wNi_xCo_yM_z

其中R为不是La的稀土元素，M是从由Mn、Al、Si、Sn、Fe、Cu、Ti、Zr和V等组成的组中选择出的至少一种元素，优选La含量为24-33wt％，R含量为15wt％，Mg或Ca含量为0.1-1.0wt％，Ni含量为50-60wt％，Co含量为9wt％或更低，而M含量为3-10wt％。在此，元素成分比按原子比(u、v、w、x、y和z)表示。通过将每个元素的重量百分比除以其相应原子量，然后用La和R的组成比总和对所得数据进行归一化处理，La和R归类为“A”元素，可得到这些原子比。因此，通过定义u加v等于1。因为R为不是La的稀土元素，M是从由Mn、Al、Si、Sn、Fe、Cu、Ti、Zr和V等组成的组中选择出的至少一种元素，原子量的加权平均用于R和M。除少量加入的Mg和Ca以及不可避免的杂质之外，根据如下等式，计算属于“B”的元素与属于“A”的元素的比率为B/A比率：B/A比率=(x+y+z)/(u+v)。

而且，在本发明的AB₅型吸氢合金中，A部分的其余部分包括不是La的一种或多种稀土元素，而B部分的其余部分包括一种或多种过渡金属例如Ni、Co和Mn和/或Al等。优选B与A的原子比率B/A为4-7，更优选为5-7，最佳为5-6。

优选用于本发明的AB₅型吸氢合金是主相中具有CaCu₅型晶体结构的吸氢合金。如这里所使用的，术语“主相中具有CaCu₅型晶体结构的吸氢合金”表示为一种吸氢合金，尽管通过剖面金相分析部分观察到偏析相，由XRD记录的衍射图表明有CaCu₅型合金相。