[发明专利]稀土电容电池用贮氢合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土电容电池用贮氢合金及其制备方法，属于新能源与高效节能技术领域。

背景技术

进入21世纪以来，随着能源危机和环境污染日益加剧，节能减排的呼吁日趋高涨，世界经济的稳定增长和人类社会的可持续发展，也迫切需要发展新型能源和改进能源利用方式。装配稀土电容电池的纯电动公交车因具有集中度高，推广应用具有环境、经济、社会效益明显的优势，受到广泛关注。

稀土电容电池负极采用贮氢合金等电池材料与碳等电容器材料分层涂浆的匹配结合，需要使用贮氢合金，在贮氢合金表层覆盖碳等电容器材料的前提下，要求贮氢合金具有耐腐蚀性、高催化活性、强反应动力学性和倍率性能。

当前商业化的贮氢合金为AB₅型，但AB₅型合金通常需要进行酸、碱等表面处理，才能应用于动力电池，如混合动力车用镍氢电池，其贮氢合金通常经过碱液处理，以使其表面富含镍，提高反应活性，获得较高的功率增长，但此方法存在较大的污水处理问题，且工艺繁琐；也有单位采用烧结工艺，获得较大的催化活性，但烧结极片存在变形性大，极片必须比较薄，且烧结极片比较脆，机械强度增加的同时，柔性度降低，而贮氢合金在充放电过程中具有较大的膨胀率，缺乏柔性度的烧结极片反而容易粉化，降低电池使用寿命。因此，烧结极片面积比较小，电池质量比能量≤50Wh/Kg，容量≤100Ah，寿命≤500次，应用领域也局限于不计较成本、功率要求特殊的领域，如激光设备。此外，有科研单位进行添加Co₃O₄的AB₅合金的电化学性能研究，比容量具有一定的提高，但Co₃O₄直接加入到合金粉中直接使用，存在分散性差、附着力低，其催化性能难以发挥，因此，合金粉仍需金星表面处理，以提高其倍率性能。

《电池》发表的“添加Co₃O₄的AB₅型贮氢合金的的电化学性能”中将Co₃O₄直接加入合金粉中，直接使用，对合金粉比容量和催化性能有一定作用，但催化性能有限，且附着力不强，分散不均匀。

目前，缺乏无需后续表面处理、能直接使用、其极片更无需烧结、制备的贮氢合金具有催化活性高、寿命长的特征的稀土电容电池用贮氢合金。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种稀土电容电池用贮氢合金，贮氢合金颗粒表面覆盖金属氧化物作为高效催化剂，无需表面处理，满足稀土电容电池用负极电池材料的质量要求；且提供其制备方法，遵循一次制备原理，常温搁置与真空处理相结合，实现贮氢合金成分分步均匀。

本发明所述的稀土电容电池用贮氢合金，在稀土金属和金属中加入纳米级Co₃O₄和纳米级CeO₂制备而成。

纳米级Co₃O₄和纳米级CeO₂颗粒较小，比表面积大，是常用的高效催化剂，加入的主要作用是为了提高贮氢合金的催化活性和耐腐蚀，从而提高合金的倍率性能和循环寿命。合金表面覆盖催化活性较强的Co₃O₄和CeO₂，使贮氢合金整体催化活性、反应动力学性大幅度提高，而覆盖表面的金属氧化物作为催化剂的同时，也可以作为贮氢合金的保护层，延缓合金的腐蚀速度，提高其电极的循环使用寿命。

纳米级Co₃O₄和纳米级CeO₂质量比为1：1-2。纳米级Co₃O₄和纳米级CeO₂均具有较强的催化性能，为了催化性能具有较好的协同作用，纳米级Co₃O₄和纳米级CeO₂的质量比为1：1～2，优选1：1。

纳米级Co₃O₄和纳米级CeO₂的加入量为稀土金属和金属重量总和的0.5-3%。加入量不可太少，少了不便于均匀覆盖，多了则覆盖太厚，降低贮氢合金的贮氢速率。

稀土金属为La、Ce、Pr和Nd，金属为Ni、Co、Mn和Al。La、Ce、Pr和Nd为电池级混合稀土，部分来自回收材料，Ni为金属镍快和回收的泡沫镍，Co为钴块，Mn为金属锰片，Al为金属铝块，原材料纯度≥99.5%。