[发明专利]一种镍氢电池用稀土-镁-镍系多相储氢合金及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于电池及电池储氢材料技术领域，具体涉及一种镍氢电池用稀土-镁-镍系储氢合金及其制备方法。

背景技术：

随着地球环境的不断恶化，高性价比二次能源的需求日益紧迫。镍氢电池具有绿色环保、比能量密度高、安全性好、循环寿命长、充电快速、无记忆效应、价格适宜等优点，已广泛应用于军事装备、电动工具、家用电器等领域，同时在电动汽车领域展现出巨大的市场优势。商业上应用的镍氢电池负极材料主要为稀土系AB₅型储氢合金，以LaNi₅为代表，该合金易粉化、储氢容量低，价格昂贵，远不能满足动力电池的需求。元素替代也是改善合金电化学性能的有效途径之一。A侧多采用Ce、Pr、Nd等稀土元素进行替代，Pr、Nd价格高，影响最终产品的价格。B侧多采用Co、Mn、Al等元素进行替代。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高放电容量、长循环寿命，同时自放电及低温性能得到改善的，用作镍氢电池负极材料的稀土-镁-镍系多相储氢合金及其制备方法。

除本公司对Ag、Sr、Ge替代B侧元素进行了研究外，没有其它相关的文献报道。Au替代B侧元素的研究还未见报道。Re-Mg-Ni系A₂B₇型合金具有较高的电化学容量，但循环稳定性差是其致命缺点。若储氢合金产品中AB₅相和A₂B₇相保持在合适的比例，将使合金既具有较高的电化学容量，又获得良好的循环稳定性。通过元素替代、成分优化及工艺调整，形成一种新型稀土-镁-镍系多相储氢合金，保证合金中AB₅相和A₂B₇相的相对含量，提高电化学性能，是本发明需要解决的关键技术问题。

本发明的镍氢电池用稀土-镁-镍系多相型储氢合金，其特征在于，其结构通式为：Ln_aMg_bNi_xY_yZ_z，其中Ln是从稀土元素中选出的至少一种元素，优选为La和Ce，Y为Co、Mn、Al、Cu、Nb、V、Fe、Zn、Ti、Cr、As、Ga、Mo、Sn、In、W、Si、B、P选出的至少一种元素，Z为Ag、Sr、Ge、Au中选出的至少一种元素，0.5≤a<1，0<b<0.5，2.5<x<4.5，0<y<2，0<z≤1，其中AB₅相占10-90％，A₂B₇相占10-90％，其余杂相比例不多于30％。

本发明还提供了上述镍氢电池用稀土-镁-镍系多相型储氢合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)将金属元素Ln、Mg、Ni、X和Y按照通式Ln_aMg_bNi_xY_yZ_z中的a、b、x、y、z的摩尔比配料，置于感应熔炼炉的坩埚中，抽真空后充入保护性气体，炉内压强为1.0×10⁰-1.0×10^-6MPa，于1400-2000K熔炼2-20h，得到金属熔炼液；将金属熔炼液注入水冷锭模，冷却，得到合金铸锭，所述的保护性气体为氩气、氮气、氢气、氦气、氖气、氙气或氡气中的一种或两种的混合气体；通式Ln_aMg_bNi_xY_yZ_z中的Ln是从稀土元素中选出的至少一种元素，Y为Co、Mn、Al、Cu、Nb、V、Fe、Zn、Ti、Cr、As、Ga、Mo、Sn、In、W、Si、B、P选出的至少一种元素，Z为Ag、Sr、Ge、Au中选出的至少一种元素，0.5≤a<1，0<b<0.5，2.5<x<4.5，0<y<2，0<z≤1；

(b)将步骤(a)的合金铸锭置于热处理炉中，抽真空后充入保护性气体，炉内压强为5.0×10⁰-1×10^-6MPa，于1000-1800K热处理5-48h，气流粉碎后得到镍氢电池用稀土-镁-镍系多相型储氢合金，所述的保护性气体为氩气、氮气、氢气、氦气、氖气、氙气或氡气中的一种或两种的混合气体。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：