[发明专利]一种Ce2Ni7型单相超晶格贮氢合金电极材料及其制备方法

说明书

一种Ce₂Ni₇型单相超晶格贮氢合金电极材料，其合金的化学组成为：(La_{1‑a‑b‑c}Nd_aSm_bMg_c)(Ni_1‑xCo_xAl_yMn_z)_k合金化学组分，式中，a、b、c、x、y、z、k表示摩尔比，其数值范围为：0.05≤a≤0.15，0≤b≤0.20，0.20≤c≤0.27，0≤x≤0.06，0≤y≤0.03，0≤z≤0.03，3.28≤k≤3.50；且该贮氢合金为Ce₂Ni₇型单相结构：其相峰度为100wt.％；上述Ce₂Ni₇型单相超晶格贮氢合金电极材料的制备方法主要是采用金属单质或合金化合物为原料，通过常规中频感应熔炼方法制备铸态合金，然后进行密封退火处理。本发明的合金可直接作为镍/金属氢化物电池负极材料使用，合金的最大放电容量在350mAh/g以上，100周充/放电循环后容量保持率在90％以上。

技术领域：

本发明属于电极材料技术领域，特别涉及一种电池负极材料及其制备方法。

背景技术：

化石能源的快速消耗和日益严重的环境问题迫使人们寻求节能环保的交通工具，例如纯电动车和混合动力电动车等新能源汽车，而开发持久耐用的先进动力电池是电动汽车发展的关键问题之一。虽然近年面临着锂(Li)离子二次电池发展的冲击，但是镍/金属氢化物(Ni/MH)电池由于具有高功率密度、可控的电池尺寸、高压下安全性强和耐过充/放电性能以及价格低、环境友好等优势仍然被认为是混合电动汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)和电动工具等首选使用的动力电池之一。目前商品化Ni/MH电池负极材料为AB₅型贮氢合金，但是因其较低的放电容量，此类电极材料日渐难以满足动力电池的发展需求。为了提高Ni/MH电池市场竞争力和产业优势，开发具有容量高且寿命长的新型负极材料成为关键所在。

近年来，镧–镁–镍(La–Mg–Ni)系贮氢合金作为Ni/MH负极材料，由于具有较高的放电容量和较好的高倍率放电性能备受关注，然而较差的循环寿命限制了其作为Ni/MH电池负极材料的产业化应用。研究发现，该类贮氢合金是一种超晶格结构合金，它是由[A₂B₄]和[AB₅]亚单元按照一定比例沿c轴堆垛而成的，可分为AB₃型(1:1)、A₂B₇型(1:2)和A₅B₁₉型(1:3)超晶格结构，而每种化学组成相同的超晶格结构又根据其包含的[A₂B₄]亚单元(可以看成是Laves相结构)的不同可分为2H型和3R型，且每种超晶格结构类型的合金电极具有不同的电化学性能特性[T.Kohno,H.Yoshida,F.Kawashima,T.Inaba,I.Sakai,M.Yamamotoand M.Kanda,J.Alloy.Compd.311(2000)L5]。其中，A₂B₇型贮氢合金电极不仅表现出与AB₃型贮氢合金电极相近的高放电容量，还具有与A₅B₁₉型贮氢合金电极相近的循环稳定性，表现出良好的综合电化学性能而受到广泛关注。但是，此类A₂B₇型贮氢合金电极材料的循环稳定性还尚不够令人满意，面临商品化其循环寿命还需进一步提高。