含钆和镍的储氢合金、负极、电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含钆和镍的储氢合金、负极、电池及制备方法。该储氢合金其组成为RE

【技术实现步骤摘要】
含钆和镍的储氢合金、负极、电池及制备方法
本专利技术涉及一种含钆和镍的储氢合金、负极、电池及制备方法。
技术介绍
储氢合金是上世纪60年代末发现的一类具有高储氢密度的功能材料。在已开发的一系列储氢合金中，稀土储氢合金具有优良的动力学性能和电化学性能，通常用作镍氢(MH-Ni)二次电池负极材料。稀土储氢合金的理论电化学容量高，尤其是稀土镍系AB3型、A2B7型、A5B19型储氢合金的研究取得了重要进展，并进入产业化应用阶段，成为研发热点。CN1072268C公开了一种贮氢合金，化学组成为(R1-xLx)(Ni1-yMy)z，其中，R表示La、Ce、Pr、Nd或其混合元素；L表示Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc、Mg、Ca及其混合元素；M表示Co、Al、Mn、Fe、Cu、Zn、Ti、Mo、Si、V、Cr、Nd、Hf、Ta、W、B、C、O或其混合元素；0.05≤x≤0.4，0≤y≤0.5，3≤z≤4.5。该储氢合金的电池寿命低，制备工艺复杂且不易活化。CN1165542A公开了一种贮氢合金，化学组成为(R1-xLx)(Ni1-yMy)z，其中，R表示La、Ce、Pr、Nd或这些的混合元素；L表示Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc、Mg、Ca或这些的混合元素；M表示Co、Al、Mn、Fe、Cu、Zr、Ti、Mo、Si、V、Cr、Nd、Hf、Ta、W、B、C或这些的混合元素；0.01≤x≤0.1，0≤y≤0.5，4.5≤z≤5。该储氢合金存在电池容量较低(320mAh/g以下)、电池寿命短及活化周期较长等缺陷。CN104513925B公开了一种稀土系储氢合金，组成通式为RExYyNiz-a-bMnaAlb，其中RE为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd中的一种或几种元素；x＞0，y≥2，x+y＝3；9.5＞z≥8.5；3.5≥a+b＞0。该储氢合金的电池自放电特性不佳，最大放电容量低。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本申请的专利技术人进行了深入研究。本专利技术的一个目的在于提供一种含钆和镍的储氢合金，其具有更高的最大放电容量。进一步地，本专利技术的含钆和镍储氢合金具有优良的自放电特性和较长的使用寿命。更进一步地，本专利技术的含钆和镍的储氢合金，活化能力强。本专利技术的另一个目的在于提供上述储氢合金的制备方法。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含钆和镍的储氢合金，其具有式(1)表示的组成：RExGdyLzNid-a-b-cMnaAlbMc(1)其中，RE选自除Gd、Y和Sm以外的稀土金属元素中的一种或多种；L选自Y和Sm稀土金属元素中的一种或两种；M选自Cu、Fe、Co、Sn、V、W、Cr、Zn、Mo和Si元素中的一种或多种；其中，x、y、z、a、b、c和d表示各个元素的摩尔分数；其中，x>0，y≥0.01，y≥z>0，且x+y+z＝6；26>d≥15.6；4.5≥a+b>0；2.5>c≥0。根据本专利技术所述的含钆和镍的储氢合金，优选地，所述储氢合金不含金属元素Mg。根据本专利技术所述的含钆和镍的储氢合金，优选地，RE选自La、Ce、Pr、Nd和Sc稀土金属元素中的一种或多种。根据本专利技术所述的含钆和镍的储氢合金，优选地，RE含有La，L为Y。根据本专利技术所述的含钆和镍的储氢合金，优选地，x＝2，y+z＝4；22.8≥d≥18，2.5≥a+b>1，且a和b均不为0。根据本专利技术所述的含钆和镍的储氢合金，优选地，3≥y≥2，2≥z>0.5。根据本专利技术所述的含钆和镍的储氢合金，优选地，其具有如下式之一表示的组成：La2Gd3YNi19.4MnAl0.6，La1.5Ce0.5Gd3YNi20MnAl，或La1.5Ce0.5Gd2SmYNi19.5Mn0.5Al。另一方面，本专利技术还提供一种制备上述含钆和镍的储氢合金的制备方法，包括如下步骤：1)将如式(1)组成的原料置于熔炼炉中，先对熔炼炉用惰性气体进行洗炉，再将熔炼炉抽真空至绝对真空度为10Pa以下，然后向熔炼炉内充惰性气体至相对真空度为-0.01～-0.1MPa，加热至1300～1500℃进行熔炼，得到熔炼产物；2)将熔炼产物通过快淬甩带形成合金片或者浇铸得到合金锭；3)将合金片或合金锭置于相对真空度为-0.1～-0.005MPa的热处理炉中，在800～1050℃下热处理10～48h，得到含钆和镍的储氢合金。再一方面，本专利技术还提供一种负极，包括负极材料，所述负极材料包括负极活性物质和导电剂；其中，负极活性物质包括如上所述的含钆和镍的储氢合金。又一方面，本专利技术还提供一种电池，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，所述负极为如上所述的负极。本专利技术的含钆和镍的储氢合金提高了Gd稀土金属元素的含量，并配合适量的Y和/或Sm、Ni、Mn和/或Al元素，提高了储氢合金的最大放电容量。进一步地，通过选择RE元素的种类及调整各元素之间的比例，可以提高储氢合金电池的使用寿命，改善其自放电特性。更进一步地，储氢合金的活化性能得到提高。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。在本专利技术中，绝对真空度表示容器中的实际压力。相对真空度表示容器压力与1个标准大气压的差值。惰性气体包括氮气或氩气等。<储氢合金>本专利技术的含钆和镍的储氢合金具有式(1)表示的组成：RExGdyLzNid-a-b-cMnaAlbMc(1)。本专利技术的储氢合金除了含有一些不可避免的杂质，不再添加其他额外的成分；优选地，所述储氢合金不含金属元素Mg。本专利技术的RE选自除Gd、Y和Sm以外的稀土金属元素中的一种或多种。具体地，RE选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Sc元素中的一种或多种。优选地，RE选自La、Ce、Pr、Nd和Sc中的一种或多种元素。更优选地，RE含有La。根据本专利技术的一个实施方式，RE为La和Ce；其中，La为RE总摩尔数的50～80mol％。x表示稀土金属元素RE的摩尔分数，x>0；优选地，3≥x>1；更优选地，2.5≥x≥1.5。y表示稀土金属元素Gd的摩尔分数。y>0.01；优选地，优选地，y>0.1；更优选地，y>1。在某些实施方案中，5>y≥1.5。在另一些实施方案中，3≥y≥2。在本专利技术中，L选自Y和Sm稀土金属元素中的一种或两种。在某些实施方案中，L为Y。在另一些实施方案中，L为Y和Sm。Y和Sm的摩尔比可以为1:1。z表示L稀土金属元素的摩尔分数，y≥z>0；优选地，3>z>0.5；更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含钆和镍的储氢合金，其特征在于，其具有式(1)表示的组成：/nRE

【技术特征摘要】
1.一种含钆和镍的储氢合金，其特征在于，其具有式(1)表示的组成：
RExGdyLzNid-a-b-cMnaAlbMc(1)
其中，RE选自除Gd、Y和Sm以外的稀土金属元素中的一种或多种；L选自Y和Sm稀土金属元素中的一种或两种；M选自Cu、Fe、Co、Sn、V、W、Cr、Zn、Mo和Si元素中的一种或多种；
其中，x、y、z、a、b、c和d表示各个元素的摩尔分数；
其中，x>0，y≥0.01，y≥z>0，且x+y+z＝6；26>d≥15.6；4.5≥a+b>0；2.5>c≥0。


2.根据权利要求1所述的含钆和镍的储氢合金，其特征在于，所述储氢合金不含金属元素Mg。


3.根据权利要求2所述的含钆和镍的储氢合金，其特征在于，RE选自La、Ce、Pr、Nd和Sc稀土金属元素中的一种或多种。


4.根据权利要求3所述的含钆和镍的储氢合金，其特征在于，RE含有La，L为Y。


5.根据权利要求1～4任一项所述的含钆和镍的储氢合金，其特征在于，x＝2，y+z＝4；22.8≥d≥18，2.5≥a+b>1，且a和b均不为0。


6.根据权利要求5所述的含钆和镍的储氢合金，其特征在于，3≥y≥2，2≥z>0.5。

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