[发明专利]一种可用于低温的镍氢电池负极储氢材料及其适配电解液

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电池负极储氢材料，特别是一种可用于低温的镍氢电池负极储氢材料；本发明还涉及这种可用于低温的镍氢电池负极储氢材料适配的电解液。

背景技术：

低温镍氢电池可用于军事、航空航天、航海、石油、煤炭、地质勘探及作业、冰上及登山体育项目、南极考察等领域，同时也可满足北半球广阔的寒冷地区对二次移动电源使用的需求。低温镍氢电池的研制具有很好的经济价值和社会意义，特别是能够满足一些特殊领域对镍氢电池的苛刻要求。现有技术下的镍氢电池产品，特别是目前商业化的镍氢电池产品，所用的负极储氢材料主要是混合稀土MmNi₅型储氢合金，其经典成份为：MmNi_3.55Co_0.75Mn_0.4Al_0.3，其中Mm为主要成份为La、Ce、Pr、Nd的混合稀土，合金电化学容量一般在300mAh/g左右。但其使用温度仅仅在-20～50℃范围内，且在零度以下时电池性能下降很快，在更低温度(低至-30～-40℃)下甚至放不出电。目前，在一些特殊的应用领域：如一些军用电子(通讯)设备用电源、严寒地区的电动车用用电源、野外作业的电动工具、通讯信号中转站、士兵保障用电池方面，要求电池能够在更低的温度环境下正常工作，但一般镍氢电池在此环境下就很难放出电来，大电流放电性能就更差。为了拓展镍氢电池的应用领域，满足市场和特殊行业的需求，研究开发具有良好低温电化学充放电性能的储氢材料具有十分重要的意义。

发明内容：

本发明将公开一种在常温及低温下(特别是温度为-40～45℃条件下)均具有良好电化学充放电性能的镍氢电池负极储氢材料；本发明还将公开与这种镍氢电池负极储氢材料适配的电解液。

本发明可用于低温的镍氢电池用负极储氢材料，其原子比成分组成由下式表示：RE_xMg_1-xNi_yxM_z，式中0.7≤x≤1，3.5≤y≤3.9，1≤z≤1.4；RE为稀土金属La、Ce、Pr、Nd、富铈混合稀土金属Mm、富镧混合稀土金属Ml中的一种或上述任意几种以任意配比而成；M为过渡金属元素Co、Al、Mn、Fe、Cr、Ti中的一种或任意几种以任意配比而成。

优选的，本发明可用于低温的镍氢电池用负极储氢材料，由下式表示：LaNi_3.785Co_1.07Mn_0.143。

当然，本发明负极储氢材料也可由下式表示：Ml_0.7Mg_0.3Ni_2.65Co_0.75Mn_0.1。

本发明可用于低温的镍氢电池用负极储氢材料适用现有的、常规的电解液。但为了进了步改善本发明镍氢电池用负极储氢材料在低温(特别是-35～0℃温度条件)的循环稳定性、自放电性能和高速率放电性能，本发明人研究了一种与本发明镍氢电池用负极储氢材料适配的电解液，该电解液包括下述组份：6摩尔/升KOH溶液、χwt％N；其中χ为其他电解质的质量分数0≤χ≤6；N为LiOH或NaOH或饱和Mⁿ⁺，所述M为过渡金属元素Co、Al、Mn、Fe、Cr、Ti中的一种或上述任意几种以任意配比而成，n为离子价态。

优选的，本发明电解液包括下述组份：6摩尔/升KOH溶液、4wt％LiOH、能使Mn²⁺达到饱和的MnSO₄。

本发明可用于低温的镍氢电池用负极储氢材料可采用现有、常规的熔炼法制备，即采用抽真空后通入氩气保护的高频感应熔炼炉中熔炼成锭。

本发明通过对稀土镁镍合金成份的优化，发明了既适用于常温又可满足低温(即-35～0℃)要求的镍氢电池使用的负极储氢合金材料及其适配电解液，采用该镍氢电池负极储氢材料及其适配的电解液制备的镍氢电池使用温度范围一般为-40～45℃，优选的为-40～0℃。

应用本发明的镍氢电池负极储氢合金材料，在低温(即-35～0℃)条件下的放电容量比目前市售产品电化学放电容量高得多，低温性能得到大幅度的提高。另外，采用本发明负极储氢材料与电解液制备镍氢电池产品具有低温电化学容量高、自放电性能和高速率放电性能明显改善、适用温度范围宽等特点，完全可以满足低温和常温环境下正常使用的要求。

具体实施方式：