[发明专利]储氢合金阳极及其制造方法

说明书

本发明涉及到一种用于蓄电池电极的储氢合金阳极及其制造方法，更确切地说是一种用于可有效防止内压上升从而延长电池寿命的封闭式Ni-MH蓄电池的电极的储氢合金阳极及其制造方法。

人们通常知道，储氢合金是一种具有在预定的氢气压力或温度条件下通过电化学反应可逆地吸收和发射氢的功能的材料。具有上述特性的合金可用于热泵或高纯氢气的提纯。已广泛地指出这种合金也可用于Ni-MH蓄电池之类的蓄电池。

由于储氢合金可重复充电并具有高的能量密度，故采用这种储氢合金作为阳极的Ni-MH电池的工作方式不同于其它铅酸蓄电池系统。可重复充电的电池采用一个能够借助于电化学反应而可逆地储存氢的阳极。在采用这种阳极的电池中，氢氧化镍通常被用作阴极材料，当然同样也可用其它的阴极材料。电池中的阴极和阳极在碱性电解质中彼此分隔开，并在阴极和阳极之间有一合适的隔板。

比起常规蓄电池(Ni-Cd电池、铅酸蓄电池和锂电池)来，采用可重复充电的储氢合金作为阳极的蓄电池具有下列优点。

首先，储氢可充电电池不含有污染环境并对使用者有害的镉、铅或锂。

其次，带有储氢阳极的电化学电池具有比铅或镉电池更高的比充电容量。因此，储氢电池的能量密度比常规情况高，从而适用于商业目的。

在采用储氢合金作为阳极的蓄电池中，充放电反应方程如下。主要的是，当电势加于电极之间时，阳极材料M吸收氢而被充电。

    (充电)

在放电时，被储存的氢以水的形式还原以发射一个电子。

(M－H)＋OH^-→M＋H₂O＋e^-   (放电)

上述充放电反应方程总括如下：其中“M”是储氢合金。

在可逆的蓄电池中，此反应是可逆的。

发生在蓄电池阴极处的反应是可逆的。例如在氢氧化镍阴极处的反应方程如下：

    (充电)

    (放电)

同时，提出了各种用来作为储氢合金的合金，这些合金主要分为三个系列即AB₂、AB₅和AB。

中AB₂系列中的前面的一些组成物有ZrMn₂、TiNi₂、ZrCr₂、ZrV₂、ZrMo₂等，此系列中的另一组成物是Mg-Ni储氢合金。这些储氢合金的氢化和去氢不是由借助外电源的电子运动引起的，而是由同压力和温度有关的推力引起的。

AB₅系列中有LaNi₅、MnNi₅等，而AB系列中有TiNi、TiFe等。这些合金要用于实际工业中是很困难的。

LaNi₅的问题是价格昂贵且退化很快。为此，更多地使用的是借助于用便宜的稀土元素混合物的稀土金属混合物(mischmetal)来取代La而获得的MnNi₅。但MmNi₅的问题是难以开始激活且其平衡分解压很高。

TiFe价廉且退化性能好，但难以开始激活。ZrMn₂的平衡分解压低以至除了200℃以上的高温之外，它不能在正常温度下使用。TiNi和TiNi₂的合金表面上形成了一层妨碍氢的吸收和发射的钝化态涂层。

为了补偿各种合金的缺陷并充分利用其性能，已开发了多种系列的合金，并同时推动了涂有金属的合金粉末的微包封，以便开发适合于工业应用领域特征的合金。

通常，当从上述储氢合金中选取耐碱的并带有大的氢吸收/发射量的合金作为阳极材料时，此合金可成为具有很大放电容量的阳极。于是，若同熟知的镍阴极结合，就可以制造高能量密度的碱蓄电池。考虑到碱性蓄电池的市场，制作封闭型而不是敞开型的电池是有利可图的。为此一种采用储氢合金的高容量封闭型Ni-MH电池通常受到重视。