[发明专利]一种镁-钯-钴三元镍氢电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料领域，特别涉及一种镁-钯-钴三元镍氢电池负极材料，还涉及该电极材料的制备方法。

背景技术

镁基材料由于具有丰富的地球储量、轻质、高吸氢容量(7.6wt.％H₂)等特性，在过去几十年中一直受到人们的广泛关注。为获得高效、低成本的储氢材料，人们对于镁基复合物/合金材料投入了大量的研究和开发工作。除了镁基材料的气态储氢特性外，很多是投入到电化学储氢研究当中的。镁基储氢电极合金材料具有与锂电池材料相当的能量密度的潜质，如能成功应用于动力电池中，对于新兴的电动汽车和混合动力汽车而言将是非常有意义的，因为这将成为一种水性电解质、安全可靠，可高倍率重放的动力电池。作为镍氢电池(Ni-MH)负极的备选材料，镁基电极合金在过去二十年里已经取得了一定的技术进步，特别是在提高循环充放电容量和循环稳定性方面。

然而，以往镁基电极合金的研究主要集中在Mg-Ni体系上，Mg-Co系合金的研究主要集中在气态储氢领域。

对于镁钴系储氢合金，直到上个世纪末，才有人提出并制备方法。由于检测条件的有限，当时的研究者并不清楚其中的确切结构。通过不断的探索和研究，人们发现镁钴系储氢合金中的主要相是体心立方结构的纳米晶而不是非晶结构，并且提出了最适合储氢的晶格常数为0.3nm左右。进一步研究发现，球磨过程中，合金发生了一系列相变化；不同球磨参数造成的不同吸放氢性能，也印证了适合储氢的晶格常数为0.3nm的这一说法。

与镁镍合金的研究不同，目前尚未有镁-钴系合金作为镍氢电池负极材料的研究。本发明通过对镁钴合金作镍氢电池负极材料做了一系列研究和阐述，发现其具有优秀的放电容量特性和电极动力学性能，说明其具有应用于镍氢电池负极材料的潜力。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的提供一种高容量、高电极活性的镁-钴系储氢电极材料及其制备方法。

技术方案：一种镁-钯-钴三元镍氢电池负极材料，由摩尔比为(100-x-y)：x：y的镁粉、钯粉与钴粉制成，其中，1≤x≤7，10≤y≤60。

本发明还提供上述镁-钯-钴三元镍氢电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：在惰性气体保护下，将镁粉、钯粉与钴粉混匀、球磨，即得。

优选地，球磨时间为100～150h，球料比为(20～100):1，球磨机公转速度为400～500rpm。

本发明还提供上述镁-钯-钴系储氢电极材料作为镍氢电池负极材料的应用。

有益效果：本发明提供的镁-钯-钴三元镍氢电池负极材料原料来源丰富、价格低廉、能量密度大。

以往的研究表明：体心立方相(BCC相，下同)Mg-Co在室温条件下，Mg-Co合金很难放出氢气；BCC相Mg-Co合金在气态条件下，不能可逆地吸放氢。然而，本发明方法制得的镁-钯-钴三元镍氢电池负极材料可在室温条件下实现电化学可逆吸放氢。

以往的研究表明：二元Mg-Co合金在镁高于63％摩尔含量的情况下，一般难以形成体心立方相，不利于储氢。然而，本发明通过添加Pd元素，使得高Mg含量的Mg-Co-Pd三元组合形成均一化的体心立方相合金；相较于未添加Pd元素的Mg_-Co二元合金，结构均一的Mg-Co-Pd合金，电化学容量极大提高了，并展现了较高的电化学活性，特别是在Pd元素为3％及5％原子含量的情况下，容量达到了600mAh g^-1。

附图说明

图1Mg₄₅Pd₅Co₅₀和Mg₅₀Co₄₅Pd₅合金粉末的X射线衍射谱图；

图2Mg₆₀Pd₇Co₃₃合金扫描电镜表面形貌图；

图3Mg₆₀Pd₇Co₃₃合金X射线电子能谱图；

图4Mg_67-xPd_xCo₃₃(x＝0,1,3,5,7)合金的首次放电曲线；

图5Mg_67-xPd_xCo₃₃(x＝0,1,3,5,7)合金的线性极化曲线

具体实施方式