[发明专利]一种镍氢电池用AB5型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AB₅型储氢合金及其制备方法。

背景技术：

储氢材料是储氢技术发展的基础，自20世纪60年代末LaNi₅被发现具有良好的储氢性能以来，LaNi₅型储氢合金已经商业化多年，至今仍是主体的储氢材料。但传统的LaNi₅型储氢合金在循环性能方面难以满足要求，研究表明，元素替代可以提高其循环稳定性。AB₅型储氢合金的A侧多采用Ce、Pr、Nd等稀土元素进行替代，B侧多采用Co、Mn、Al等元素进行替代。Pr、Nd及Co元素的替代显著改善了合金的循环稳定性，然而这几种原料价格昂贵，资源稀少，导致合金成本居高不下。从生产成本方面考虑，应尽可能采用廉价的Ce替代La，Cu、Fe等多元素联合替代Ni、Co，并调整合金成分、优化制备工艺，从而达到提高合金性能并降低成本的目的。但是，在镍氢电池循环过程中，铜、铁的存在易形成枝晶，造成电池短路，因此无铜、无铁也是未来发展的趋势。

发明内容：

本发明是为了解决现有技术中存在的储氢合金普遍使用钴、镨、钕导致高成本，而铜和铁在循环过程中易产生枝晶造成电池短路的问题，提供一种放电容量及循环寿命满足镍氢电池要求、低成本的无钴、镨、钕、铜和铁的镍氢电池用AB₅型储氢合金及其制备方法。

本发明的第一个目的是提供一种镍氢电池用AB₅型储氢合金，其特征在于，其结构通式为：Ml_1-xZr_xNi_zM_y，其中Ml为La、Ce、Y中选出的至少一种元素，M为Mn、Al中选出的至少一种元素，0.005≤x≤0.05，4.3≤z≤5.0，5.1<z+y<5.9。

本发明的第二个目的是提供上述的镍氢电池用AB₅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Re、Zr、Ni和Y按照结构通式Ml_1-xZr_xNi_zM_y中的1-x、x、z、y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5.0×10^-1-1.0×10^-4MPa，于1150-1500℃熔炼1-4h，得到金属熔融液；将金属熔融液注入水冷锭模，冷却，得到合金铸锭；通式Ml_1-xZr_xNi_zM_y中的Ml为La、Ce、Y中选出的至少一种元素，M为Mn、Al中选出的至少一种元素，0.005≤x≤0.05，4.3≤z≤5.0，5.1<z+y<5.9；

(b)将步骤(a)的合金铸锭置于卧式热处理炉中，抽真空后充入保护性气体，炉内压强为1.0×10^-1-1.0×10^-2MPa，于900-1200℃退火5-15h，粉碎后得到镍氢电池用AB₅型储氢合金。

步骤(a)和步骤(b)所述的保护性气体优选为氩气、氮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：

本发明按结构通式(Ml_1-xZr_xNi_zM_y)准备称量金属镧、铈、钇、锆、镍、锰和铝等原料，进行感应熔炼，严格控制合金成分，并适当退火，制备出低成本、高性能的镍氢电池用AB₅型储氢合金材料。制得的镍氢电池用AB₅型储氢合金不含有价格昂贵的钴、镨和钕以及易形成枝晶的铜和铁，具有成本低、放电容量高、循环寿命好等优点。

附图说明：

图1为实施例1中储氢合金粉的PCT曲线。

图2为实施例3中储氢合金粉的PCT曲线。

图3为实施例5中储氢合金粉的PCT曲线。

图4为实施例8中储氢合金粉的PCT曲线。

图5为实施例12中储氢合金粉的XRD测试结果。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1