[发明专利]一种具有超高容量特性的低成本AB5型贮氢合金及其制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及贮氢合金，特指一种具有超高容量特性的低成本AB5型贮氢合金，并与该贮氢合金的制法有关，还涉及使用该贮氢合金的镍氢二次电池。

背景技术

镍氢二次电池是比能量较高、性价比合理的绿色电池，与铅酸、镍镉电池相比具有性能和环保优势，与锂离子电池相比具有价格、大电流充放性能和安全优势，在各类便携式电子产品、电动工具、电动自行车等领域有很强的适用性。贮氢合金是决定镍氢二次电池性能的关键材料。

AB5型贮氢合金的理论电化学容量为372 mAh/g,，而目前商业化AB5型贮氢合金的容量仅为300～340mAh/g，电化学容量仍然有提升的空间。近些年通过国内贮氢合金厂家和电池企业的共同努力，实现了AA2500电池产业化生产，但消费者对更高容量的需求，要求AA电池容量进一步提高，AA2600以上电池也已经成为国内电池企业的开发热点。要想实现AA2600以上电池产业化，贮氢合金厂家必须提供具有超高容量的贮氢合金。

尽管AB3型贮氢合金具有高的容量，但是由于Mg易溶出吸收碱液，电池寿命较差，国内电池企业依然采用AB5型贮氢合金制作AA2600以上电池。

传统AB5型贮氢合金A侧由La、Ce、Pr、Nd构成。2011年以来，稀土价格大幅上扬，由于永磁材料产业大量使用稀土Pr、Nd，导致Pr、Nd上涨幅度大于La、Ce，价格最高相差150万/吨。贮氢合金由于含有贵重稀土Pr、Nd，价格也随之上涨，电池企业承受巨大的成本压力，对低成本贮氢合金有着迫切需求。

美国专利US006106768A用Cr、Cu、Fe、Zn等元素替代Co来降低贮氢合金成本。传统贮氢合金MmNi_3.75Co_0.6Mn_0.36Al_0.27的电化学容量低于325 mAh/g，Cr、Cu、Fe、Zn等元素替代Co后，虽然成本降低，但是电化学容量降低到315 mAh/g以下。

发明内容

本发明的目的就是开发出具有超高容量(容量≥355 mAh/g)的AB5型贮氢合金，同时用廉价稀土替代贵重稀土降低贮氢合金成本。

本发明的另一目的是提供具有超高容量特性的低成本AB5型贮氢合金的制法。

本发明的再一目的是提供具有超高容量特性的低成本AB5型贮氢合金的应用。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种具有超高容量特性的低成本AB5型贮氢合金，其特征在于，该贮氢合金具有La_aCe_1-a-bMg_bNi_cCo_dMn_eAl_f，式中，a、b、c、d、e、f表示摩尔比，其数值范围为：0.65≤a≤0.78，0≤b≤0.04，3.6≤c≤3.8，0.65≤d≤0.78，0.35≤e≤0.45，0.15≤f≤0.2，4.9≤c+d+e+f≤5.15。

所述贮氢合金具有CaCu₅型结构，同时为B侧处于4.9和5.15之间的化学计量比。

通式中，La的范围为0.65≤a≤0.78。如果La的含量低于0.65的话，合金的平衡氢压太高，电化学容量低。如果La的含量高于0.78的话，合金的平衡氢压偏低，寿命也会降低。

通式中，Mg的范围为0≤b≤0.04。如果Mg的含量高于0.04，会析出第二相，降低合金电化学容量和寿命。

通式中，Ni的范围为3.6≤c≤3.8。如果Ni的含量低于3.6，会降低合金的电化学活化性能。如果Ni含量高于3.8，降低合金电化学容量。

通式中，Co的范围为0.65≤d≤0.78。如果Co的含量低于0.65，合金的循环性能会恶化。如果Co的含量高于0.78，合金的自放电性能会降低。

通式中，Mn的范围为0.35≤e≤0.45。如果Mn的含量低于0.35，合金的平衡氢压会太高，从而导致电池内压高，容易漏液。如果Mn的含量高于0.45，合金的自放电性能会降低。

通式中，Al的范围为0.15≤f≤0.2。如果Al的含量低于0.15，合金的容量增加，但是循环寿命明显变差。如果Al的含量高于0.2，合金的容量会明显降低。

通式中，合金化学计量比的范围为4.9≤c+d+e+f≤5.15。如果化学计量比低于4.9，合金的循环寿命会降低。如果化学计量比高于5.15，合金的电化学容量会降低。