[发明专利]一种无钴低镍贮氢合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种贮氢合金，尤其是涉及一种应用于镍氢电池上的无钴低镍贮氢合金。

背景技术

贮氢合金是一种新型功能材料，它具有在一定条件下可逆吸、放氢的性能，是镍氢电池负极的一种主要材料。

镍氢电池是一种新型绿色二次电池。传统的镍镉电池由于内含的重金属镉具有毒性，会污染环境，随着人们环保意识的增强而受到了越来越大的限制。镍氢电池与镍镉电池相比，能量密度高，无记忆效应，具有良好的耐过充放电特性，不存在环境污染问题。同时，它安全可靠，工作电压为1.2V，与镍镉电池、普通干电池具有良好的互换性。因此，镍氢电池自20世纪90年代实现产业化以来，其产品不断挤占镍镉电池市场，应用于小型电器、电动工具、应急照明等领域。然而，主要由于价格因素的存在，镍氢电池还无法完全取代镍镉电池，其原因在于负极采用了成本较高的贮氢合金。

贮氢合金通常由稀土、镍、钴、锰、铝等金属组成，其中，钴在合金中占10wt％左右，起着提高循环寿命的重要作用。由于金属钴属于稀有资源，价格很高，造成了贮氢合金的成本也居高不下。从降低成本的角度出发，近年来低钴甚至无钴贮氢合金的开发及商业化已经获得成功。

除了钴以外，合金中占50wt％左右的镍也是影响成本的重要因素，尤其是近几年来镍价快速上涨，造成所占成本比重越来越大。开发无钴低镍的高性价比贮氢合金，提高镍氢电池的价格竞争力，已经成为贮氢合金的一个重要发展方向。

中国专利200810028733.0公开一种LaNi_aCu_bMn_cAl_d型贮氢合金(其中1.5≤a≤3.0，1.5≤b≤3.5，0.05≤c≤0.3，0.03≤d≤0.3)，其Ni含量最低可达到20wt％，大幅降低了合金成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有容量适中、综合电化学性能较好和性价比较高等特点，可满足部分中低容量镍氢电池需求的无钴低镍贮氢合金。

本发明属于AB₅型，其通式为：

La_(1-x)Ce_xNi_aCu_bMn_cAl_dMg_e

其中，0.1≤x≤0.7，2.0≤a≤3.3，1.3≤b≤2.6，0≤c≤0.4，0≤d≤0.2，0≤e≤0.1，4.7≤a+b+c+d+e≤5.2。

所述x值可为0.3≤x≤0.7。c值可为0.25≤c≤0.35。d值可为0.05≤d≤0.2。e值可为0.01≤e≤0.05。a+b+c+d+e值可为4.8≤a+b+c+d+e≤5.1。所述无钴低镍贮氢合金为CaCu₅型单相结构。

所述无钴低镍贮氢合金可采用以下方法制备：

按组成进行配料(Ce以镧铈合金的形式添加)，置于真空感应快淬炉中的坩埚中，在抽真空充氩气保护下进行感应加热熔炼，合金熔化形成均匀熔体后，浇注在一个内通冷却水的高速旋转的铜辊上进行快淬(铜辊直径可为300mm，转速可为150rpm)，得到厚度约0.2mm的薄片，将得到的薄片按900℃×6h工艺热处理后，制成粒度小于140目的粉末样品。

在通式中，为了保证合金的比容量不至于太低，对Ce的含量作出一定限制。综合容量和寿命考虑，x值可以进一步优化为0.3≤x≤0.7。

在通式中，Ni的取值范围为2.0≤a≤3.3，这是考虑到在此区间内合金的性价比得到了优化，若Ni含量太低，则合金的电化学活性会大大降低，导致容量过低无法满足实用化要求。若Ni含量太高，则难以达到本发明要求降低成本的目的。

在通式中，Cu的取值范围为1.3≤b≤2.6。随着Cu含量的升高，合金的容量会逐渐下降，活化性能也会变差，若Cu含量太高，则容量下降太多，难以实用化。若Cu含量太低，则无法达到降低成本的目的。

在通式中，Mn的取值范围为0≤c≤0.4。如果Mn含量太高，合金的平衡氢压会很低，寿命也会变差。若Mn含量太低，则合金的活化性能与容量会变差。Mn的取值范围可以进一步优化为0.25≤c≤0.35。

在通式中，Al的取值范围为0≤d≤0.2。提高Al含量有利于提高合金的寿命，但是合金的容量会下降。Al的取值范围可以进一步优化为0.05≤d≤0.2。