多元钐镍储氢材料、负极、电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多元钐镍储氢材料、负极、电池及制备方法。本发明专利技术的多元钐镍储氢材料的组成为RE

Multiple samarium nickel hydrogen storage materials, negative electrodes, batteries and preparation methods

【技术实现步骤摘要】
多元钐镍储氢材料、负极、电池及制备方法
本专利技术涉及一种多元钐镍储氢材料、负极、电池及制备方法。
技术介绍
随着工业的发展和人们物质生活水平的提高，能源的需求与日俱增。近几年来，能源主要来自化石燃料，其使用不可避免地污染环境，所以寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，引起人们的广泛关注。储氢材料是一类能够可逆地吸收和释放氢气的材料。储氢合金是指在一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。在储氢合金中，稀土储氢材料具有优良的动力学性能和电化学性能，得到了广泛关注。目前，稀土储氢材料主要用于镍氢(MH-Ni)二次电池的负极材料。CN101376941A公开了组成为LaaM1-aNixCuyFezCouMnvAlw的贮氢合金，M表示除La之外的稀土金属中的至少两种，可为Sm，a为0.4-0.9，x为2.5-3.6，y为0.4-1.0，z为0-0.2，u为0-0.2(不含0)，v为0.4-0.7，w为0.2-0.4，x+y+z+u+v+w为4.8-5.3。该贮氢合金电机完全活化次数在4次以上，最大放电容量仅为320mAh/g以下，因此该合金的活化性能和电化学性能均不佳。US5496424公开了组成为R1-xAx(Ni5-yBy)z的贮氢合金，R可为La，A可为Sm，B可为Al、Mn，x为0-0.5，y为0-1(不含0)，z为0.8-1.2。上述合金的活化性能和电化学性能也不好。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一种多元钐镍储氢材料，其具有优异的活化性能。进一步地，本专利技术的多元钐镍储氢材料使用寿命更长。更进一步地，本专利技术的多元钐镍储氢材料具有较高的最大放电容量。本专利技术的另一个目的在于提供上述多元钐镍储氢材料的制备方法。本专利技术的再一个目的在于提供一种负极。本专利技术的又一个目的在于提供一种电池。本专利技术采用如下技术方案实现上述目的。一方面，本专利技术提供一种多元钐镍储氢材料，其组成如式(1)所示：RExSmyNiaMnbAlcMd(1)其中，RE选自除Sm以外的稀土金属元素中的一种或多种，x表示RE的摩尔分数；y表示Sm的摩尔分数；M选自Cu、Fe、Co、Sn、V、W、Cr、Zn、Mo和Si元素中的一种或多种，d表示M的摩尔分数；a表示Ni的摩尔分数；b表示Mn的摩尔分数；c表示Al的摩尔分数；其中，x>0，y≥0.5，且y+x＝6；23≥a≥12，7>b≥0，7>c≥0，5≥d>0，且25≥a+b+c+d≥17。根据本专利技术的多元钐镍储氢材料，优选地，RE选自La、Ce、Pr、Nd、Gd、Y和Sc元素中的一种或多种。根据本专利技术的多元钐镍储氢材料，优选地，M含有Co，还含有Cu、Fe、Sn、V、W、Cr和Zn元素中的一种或多种；5≥b+c>1。根据本专利技术的多元钐镍储氢材料，优选地，4≥x>1，5>y≥1，且y/x≥1.6。根据本专利技术的多元钐镍储氢材料，优选地，22≥a≥13，3≥b>0，3≥c>0，4≥d>0。根据本专利技术的多元钐镍储氢材料，优选地，M符合下列条件之一：1)M为Co时，22>a>17；2)M为Fe时，18>a>12，2>b>0.5；3)M为Cu时，19≥a+b+c+d≥17，或25≥a+b+c+d>20。根据本专利技术的多元钐镍储氢材料，优选地，其组成如下式之一所示：La2Sm4Ni15MnAlCu，La2Sm4Ni15MnAlFe，La2Sm4Ni15MnAlCo，La2Sm4Ni15MnAlSn，La2Sm4Ni15MnAl(VFe)1，La2Sm4Ni15MnAlW，La2Sm4Ni17.5MnAl1.5Cu，La2Sm4Ni17.5MnAl1.5Fe，La2Sm4Ni17.5MnAl1.5Co，La2Sm4Ni17.5MnAl1.5Sn，La2Sm4Ni17.5MnAl1.5(VFe)1，La2Sm4Ni17.5MnAl1.5W，La2Sm4Ni20.3MnAl0.5Co，La2Sm4Ni20.3MnAl0.5Cu，La2Sm4Ni20.3MnAl0.5Fe，La2Sm4Ni20.3MnAl0.5Sn，La2Sm4Ni20.3MnAl0.5(VFe)1，La2Sm4Ni20.3MnAl0.5W，La2Sm4Ni17.5MnAl0.5CoCu，La2Sm4Ni17.5Mn0.5Al0.5CoCuSn0.5，La2Sm4Ni17.5Mn0.5Al0.5CoCuW0.5，La2Sm4Ni20.3MnAl0.5Co0.5Cu0.5，La2Sm4Ni20.3MnAl0.5Zn0.5Cu0.5，La2Sm4Ni17.5Mn0.5Al0.5FeCuSn0.5，La2Sm4Ni14.5MnAl0.5CuSn，La2Sm4Ni14.5MnAl0.5CuCo，La2Sm4Ni14MnAlCuW0.5Fe0.5，La2Sm4Ni14.5MnAl(VFe)1Co0.5，La2Sm4Ni17MnAl0.5W(VFe)1Sn0.5，La2Sm4Ni19.3MnAl0.5Zn0.5Cu0.5(VFe)1。另一方面，本专利技术还提供上述多元钐镍储氢材料的制备方法，包括如下步骤：1)熔炼步骤：将金属原料置于相对真空度为-0.01～-0.1MPa的环境中，在1200～1600℃下熔炼得到熔炼产物；所述金属原料的整体组成如式(1)所示；2)成型步骤：将熔炼产物快淬甩带得到合金片或者浇铸得到合金锭；3)热处理步骤：将合金片或合金锭置于绝对真空度为0.0001～0.05Pa的环境中，在750～1050℃下热处理10～60h，得到多元钐镍储氢材料。再一方面，本专利技术提供一种负极，其包括负极材料，所述负极材料包括质量比为1∶3～8的负极活性物质和导电剂，所述负极活性物质包括上述多元钐镍储氢材料；所述导电剂为镍粉、乙炔黑或石墨。又一方面，本专利技术提供一种电池，包括电池壳体以及密封在电池壳体内的电极组和碱性电解液；所述电极组包括正极、负极和隔膜；其中，所述隔膜为多孔维尼纶无纺布、尼龙无纺布或聚丙烯纤维膜；其中，所述负极包括负极材料，所述负极材料包括质量比为1∶3～8的负极活性物质和导电剂，所述负极活性物质包括上述多元钐镍储氢材料；所述导电剂为镍粉、乙炔黑或石墨。本专利技术的多元钐镍储氢材料具有优异的活化性能。电极完全活化需要循环的次数可以降低低至1次左右。在本专利技术的优选方案中，多元钐镍储氢材料制备的电极同时具有较高的最大放电容量和较长的使用寿命。进一步地，多元钐镍储氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元钐镍储氢材料，其特征在于，其组成如式(1)所示：/nRE

【技术特征摘要】
1.一种多元钐镍储氢材料，其特征在于，其组成如式(1)所示：
RExSmyNiaMnbAlcMd(1)
其中，RE选自除Sm以外的稀土金属元素中的一种或多种，x表示RE的摩尔分数；y表示Sm的摩尔分数；M选自Cu、Fe、Co、Sn、V、W、Cr、Zn、Mo和Si元素中的一种或多种，d表示M的摩尔分数；a表示Ni的摩尔分数；b表示Mn的摩尔分数；c表示Al的摩尔分数；
其中，x>0，y≥0.5，且y+x＝6；23≥a≥12，7>b≥0，7>c≥0，5≥d>0，且25≥a+b+c+d≥17。


2.根据权利要求1所述的多元钐镍储氢材料，其特征在于，RE选自La、Ce、Pr、Nd、Gd、Y和Sc元素中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的多元钐镍储氢材料，其特征在于，M含有Co，还含有Cu、Fe、Sn、V、W、Cr和Zn元素中的一种或多种；5≥b+c>1。


4.根据权利要求1所述的多元钐镍储氢材料，其特征在于，4≥x>1，5>y≥1，且y/x≥1.6。


5.根据权利要求1所述的多元钐镍储氢材料，其特征在于，22≥a≥13，3≥b>0，3≥c>0，4≥d>0。


6.根据权利要求1所述的多元钐镍储氢材料，其特征在于，M符合下列条件之一：
1)M为Co时，22>a>17；
2)M为Fe时，18>a>12，2>b>0.5；
3)M为Cu时，19≥a+b+c+d≥17，或25≥a+b+c+d>20。


7.根据权利要求1所述的多元钐镍储氢材料，其特征在于，其组成如下式之一所示：
La2Sm4Ni15MnAlCu，
La2Sm4Ni15MnAlFe，
La2Sm4Ni15MnAlCo，
La2Sm4Ni15MnAlSn，
La2Sm4Ni15MnAl(VFe)1，
La2Sm4Ni15MnAlW，
La2Sm4Ni17.5MnAl1.5Cu，
La2Sm4Ni17.5MnAl1.5Fe，
La2Sm4Ni17.5MnAl1.5Co，
La2Sm4Ni17.5MnAl1.5Sn，
La2Sm4Ni17.5MnAl1.5(VFe)1，
La2Sm4Ni17.5MnAl1.5W，
La2Sm4Ni20.3MnAl0.5C...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝犬，赵玉园，张旭，徐津，李金，闫慧忠，周淑娟，熊玮，郑天仓，王利，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，
类型：发明
国别省市：内蒙;15