[发明专利]一种低温镍氢电池用La-Mg-Ni型负极储氢材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍氢电池用负极储氢材料，尤其是，本发明涉及用于满足低温性能要求的镍氢电池的负极储氢材料。本发明涉及的La-Mg-Ni型负极储氢材料比目前已有的AB₅型商业用储氢材料的容量更高，特别是具有优异的低温充放电特性，因此特别适用于制备具有低温性能要求的镍氢电池。

背景技术

金属氢化物-镍氢电池自上世纪90年代投入市场以来，由于其具有高容量、长寿命、无记忆效应和无环境污染等特点，广泛受到欢迎，市场占有率越来越高。电池类型也由AA、AAA普通电池向其他多种类型发展，产品广泛应用于家用电器、计算机、航天、通讯和HEV、EV等，发展十分迅速。随着金属氢化物-镍氢电池应用领域的增加，对电池性能的要求也越来越高。特别是HEV、EV的大力发展，人们意识到对可充电电池在低温环境下运行的关注相对较少。对电池在低温下的放电性能提出了更高要求，而现有技术中的镍氢电池产品，电池的容量随着温度的降低会出现下降较快甚至放不出电的现象。镍氢电池主要是由氢氧化镍正极、储氢合金负极、隔膜、氢氧化钾电解液所组成。整个电池的性能与每一部件的性能都息息相关，电池的容量随着温度的降低下降的一个主要的原因是负极材料的容量随温度降低下降较快，因此研究开发具有良好低温电化学充放电特性的储氢材料就变得极为迫切。近年来，改善金属氢化物-镍氢电池的低温性能成为研究开发的热点。

例如，CN101227012A和CN101227013A公开了一种在-45℃超低温环境下还能放出75.7％电量镍氢电池的制备方法。然而，这种镍氢电池在制备过程中，正极添加4～10％的A型低温活性剂，负极添加2～8％的低温催化剂，电解液添加0.5～2％的B型低温活性剂。在电池内部空间有限的前提下，正负极添加剂的加入量会严重影响电池的容量设计，导致无法制备出高能量密度的镍氢电池；而电解液添加剂的加入量也会严重影响电池的循环寿命。因此，该方案无法满足高能量密度、耐用的镍氢电池生产的需求。

通过电池设计的方案达到改善低温性能的研究开发还有很多，但这些方案或多或少都在一定程度上牺牲其他性能为代价。镍氢电池的性能与正极材料、负极材料、隔膜以及电解液都有一定关系，但低温放电性能的障碍主要取决于负极储氢合金在低温下的放电特性。

目前，金属氢化物-镍氢电池的负极材料普遍使用的是AB₅(其中A为混合稀土Mm，B为Ni、Co、Mn、Al等，典型组成为MmNi_3.55Co_0.75Mn_0.40Al_0.30)结构的储氢合金，该合金在室温下能很好地吸放氢，但在-20℃的低温环境下，吸放氢能力大幅度下降甚至丧失放氢能力，无法满足寒冷冬天时室外使用要求。因此，在HEV、EV领域的应用受到限制。

CN1836055A公开了一种通过成分调节或者储氢合金制备后增加蚀刻步骤，以达到储氢合金的表层具有高孔隙率，使得微结构内催化金属粒子附近的活性组分有更大的活动性、更容易到达反应活性位点、反应更快，从而该材料在低温环境下性能得以改善。然而，这种方案工序复杂，产业化困难，不容易在大规模的镍氢电池生产中得以应用。而且，这种方案并没有从根本上解决镍氢电池负极材料的低温性能。

CN101136472A公开了一种储氢合金，其中，所述的储氢合金具有通式Nd_1-xMg_xNi_yAl_z，式中0.08＜x＜0.15，3.2＜y＜3.9，0.1＜z＜0.4。XRD图谱表明，该合金为一种AB₅和A₂B₇型的复合结构，由该储氢合金制成的储氢负极用于镍氢二次电池能使镍氢二次电池具有优异的低温放电性能(在-10℃低温时放电率高达93.5％)和优异的循环寿命(循环次数高达600次)。用该合金作为电极活性物质使用时，可以改善电极的低温。而且，该储氢合金不含价格昂贵的Co，在一定上降低了生产成本。然而，这种储氢合金Nd含量高达35％～38％，而金属Nd价格是金属La的4～5倍，由这种储氢合金制得的电极和电池成本较高。

发明内容

本发明的目的是通过成分改善得到一种在-20℃低温环境下比目前市销产品具有更高的电化学放电容量的储氢材料，以满足需要有低温环境运行要求镍氢电池产品的需求。

为了达到上述目的，本发明提供了一种适用于镍氢电池的负极储氢材料，其在-20℃低温环境下具有非常高的电化学放电容量。