[发明专利]具有改进的激活和高倍率性能的金属氢化物合金

说明书

本发明涉及一种多相金属氢化物合金材料，其中包括改性剂元素，所述合金材料主要地是Ni，并且还包含：具有AB_x型晶体结构的第一主相或相组，所述第一主相或相组具有大于0的其中所述改性剂元素的浓度；和第二相，其中所述第二相中所述改性剂元素的浓度比所述第一相或相组中所述改性剂元素的浓度高至少10倍，所述合金能够可逆地吸收和解吸氢。本发明还涉及一种包含该合金材料的可充电金属氢化物电池。

本申请是由奥佛电池公司于2013年4月18日提交的国际申请号为PCT/US2013/037125的发明名称为“具有改进的激活和高倍率性能的金属氢化物合金”的国际申请的分案申请。该国际申请PCT/US2013/037125进入中国国家阶段的日期为2014年10月17日，国家申请号为201380020576.8。

技术领域

本发明涉及合金材料及其制造方法。特别是，本发明涉及能够吸收和解吸氢的金属氢化物合金材料。特别是，本发明涉及其中包含改性剂元素(modifier element)的多相金属氢化物型合金材料。

背景技术

如在本领域中知道的，某些合金材料能够吸收和解吸氢。这些材料可作为氢存储介质和/或作为金属氢化物电池、燃料电池、金属氢化物空气电池系统等的电极材料。这样的材料一般被称为金属氢化物材料。

关于其成员组成元素占据的结晶位，在金属氢化物电池系统中具有应用的一类特定的金属氢化物材料被称为AB_x类材料。AB_x型材料例如在美国专利5,536,591和美国专利6,210,498中公开，二者的公开内容都通过引用并入本文。目前，强烈关注的是将被称为AB₂合金的特定组AB_x材料应用在金属氢化物电池系统中。这是由于下述事实：不同于很多目前使用的AB₅合金材料，AB₂型合金材料一般不加入大量昂贵、稀土元素。此外，包含AB₂材料的电池一般表现出高的电荷存储容量。

如在本领域中知晓的，在使用前，金属氢化物电池必须经历激活过程。该过程典型地包括：让电池通过一次或多次特别勾画(profiled)的充/放电周期，并且该过程是必要的以确保电池显示其最大电荷存储容量。高倍率(high-rate)性能是任何电池系统的另一个重要参数，并且是电池以高倍率传递能量的能力的量度。高倍率性能在大功率应用中是非常重要的参数，例如电动汽车、电动工具等，其中必须迅速提供大量电力。

在此之前，AB₂材料在金属氢化物电池系统中的应用受到限制，这是由于下述事实：与AB₅等材料相比，AB₂材料往往难以激活并表现出低的高放电率性能。如将在下文详细解释的，本发明认识到，如果AB₂金属氢化物合金包含催化第二相，那些合金的激活和高倍率性能将显著提升。进一步，依据本发明，已经发现，这些相可以通过将改性剂元素引入合金材料中形成。

本发明的材料至少包括第一相和第二相。第一相(其可包含相组)具有AB₂型晶体结构并且也被称为“主相”。第二相包含显著高于第一相中浓度的改性剂元素浓度。本发明材料成本相对低，并且当其并入金属氢化物电池系统中时将表现出大电荷存储容量，连同显著地改进的激活和高倍率放电性能。本发明的这些和其他优势将从接下来的附图、讨论和描述中显现出来。

发明内容

发明概述