本发明专利技术涉及制备高温镍氢电池的负极储氢材料。其特征在于其表达式为（Ｍｍ↓［１－ｘ］Ｄｙ↓［ｘ］）↓［１］Ｎｉ↓［３．５５］Ｃｏ↓［０．７５］Ｍｎ↓［０．４］Ａｌ↓［０．３］，其中０＜ｘ≤０．０６５，Ｍｍ为由Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ元素组成的稀土混合物。该材料的制备方法是采用抽真空后并通入氩气保护的感应炉中熔炼并铸锭。采用本发明专利技术负极储氢材料和与现有负极储氢材料相比较具有高温电化学容量高，适用温度范围宽等特点。
【技术实现步骤摘要】
可用于高温镍氢电池的负极储氢材料
本专利技术属于功能材料领域。具体地涉及用于制备有高温性能要求的镍氢电池的负极储氢材料。技术背景近年来由于无绳可充电的电动工具快速发展，给人们的工作带来了极大的方便，因此对二次可充电的电池需求量也大大增加。过去用于电动工具的可充电电池主要是镍镉电池，但镍镉电池容量较低，又具有严重的环境污染，属淘汰产品，镍氢电池以其高容量、长寿命、无污染等优异特性，且与镍镉电池的电压类似，因而成为最佳的替代品。与一般电子产品不同，电动工具在使用过程中要求大电流放电，另外为了缩短充电时间也要求镍氢电池应具有大电流充电功能，而在大电流充、放电过程中在电池内阻上消耗的能量就要增加，从而导致电池温度的升高(通常要升高到40～55℃左右)，现有技术中的镍氢电池产品，电池的容量随着温度的升高下降较快，镍氢电池主要是由氢氧化镍正极、储氢合金负极、隔膜、氢氧化钾电解液所组成。整个电池的性能与每一部件的性能都息息相关，电池的容量随着温度的升高下降的一个主要的原因是负极材料的容量随温度增加下降较快，因此急需具有好的高温性能的负极储氢材料，特别是当前人们正在努力开发电动汽车用的可充电镍氢电池，电动汽车用可充电镍氢电池更需要储氢材料具有好的大电流充、放电特性和高温使用性能，并且比电动工具用电池性能的要求更为苛刻(充、放电电流更大、温升更高)，因此研究开发具有良好高温电化学充放电特性的储氢材料就变得极为迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过成分改善得到一种在高温下(30-80℃)比目前市-->售产品电化学充放电容量高得多的负极储氢材料，该负极储氢材料的组成(原子比)为：A1B5，其特征在于组成负极储氢材料中的，A为La、Ce、Pr、Nd、Dy元素；B为Ni、Co、Mn、Al元素；该材料的成分(重量％)为：La 20.34-21.53％；Ce 7.09-7.50％；Pr 0.92-0.98％；、Nd2.47-2.61％；Dy 0.50-2.50％；Co 10.43-10.46％；Mn 5.19-5.20％；Al1.91-1.92％；其余为Ni。采用本专利技术负极储氢材料和与现有负极储氢材料相比较具有高温电化学容量高，适用温度范围宽等特点以满足对高温性能有要求的镍氢电池产品。目前对于镍氢电池而言，所用的负极储氢材料主要是混合稀土MmNi5-型储氢合金，合金电化学容量一般在300mAh/g左右，为了提高负极储氢合金的容量，目前正在开发的有Zr-基AB2型拉夫斯相合金、Ti-Zr基AB型合金和A2B型Mg2Ni镁基合金，但由于活化慢或循环寿命差等原因除少部分AB2型合金外，其他合金均未达到实际应用。AB5储氢合金是由易生成稳定氢化物的元素A(如Mm，Ca，Zr)与其他元素B(如Ni，Al，Mn，Si，Zn，Cr，Fe，Cu，Co等)组成的金属间化合物，属CaCu5型六方结构，其电化学充放电容量主要来源于吸放氢过程中，来自于电解液中的氢离子在储氢合金电极上发生氧化还原过程中的电子转移，已知镍-金属氢化物电池电化学电池通常用下面的充放电反应表示：充电在负极，当给负电极施加一个电极势时，电解液中的水被分解成氢原子，被吸入到合金中，氢氧根离子被留在电解液中： (1)在正极，充电反应为与镍镉电池相同的氢氧化亚镍的氧化： (2)放电在负极，氢被释放并与氢氧根离子结合成水，同时贡献出一个电子形成电流。 (3)-->在正极，氢氧化镍被还原成低价态氢氧化亚镍。 (4)该类材料在吸氢后，氢是以原子态存在于合金晶格中的间隙位置上。该类材料在吸氢时，最初形成含氢量较低的α相固溶体，随着吸氢量的增加，α相转变为含氢量高的β相。作为一个气固反应，α与β相间相互转变过程的吸放氢压力通常是一定值。当全部转变为β相后，平衡氢压继续升高。该过程通常由压力-浓度-等温线(P-C-T曲线)来表示(见附图1)，由于电池通常工作在一个大气压下，因此对于镍氢电池应用，只有在吸放氢压力低于一个大气压时，氢原子才会进入到储氢合金当中，对电化学容量形成贡献，否则将会形成氢分子变成气体析出，附图l为储氢合金的理想P-C等温线(Tl＜T2＜T3)。由附图l可见，随温度升高P-C-T曲线平台升高，吸氢压力增高，且平台变短，这就意味着合金的可逆吸放氢容量随温度升高而降低。实际使用的储氢合金吸收和放出的P-C等温线表现出一些滞后现象，同时平台有一些倾斜。储氢合金的吸氢压力与温度的关系符合Van’t-Hoff方程，1nP=ΔHRT-ΔSR,]]>并在吸氢时放热，放氢时吸热。根据Van’t Hoff方程可知，在高温下容量较好的储氢合金，其高温下的吸氢压力必然相对较低，因而生成氢化物的稳定性则提高。目前镍氢电池用储氢合金主要由Mm、Ni、Co、Mn、Al组成，典型成份为MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3，其中Mm为主要成分为La、Ce、Pr、Nd的混合稀土，由图2可见该合金随温度增加电化学容量下降很快，通过我们的研究发现，在合金中添加重稀土元素镝(Dy，重量百分比为0＜Dy＜2.5wt％)可使合金的高温性能明显的改善，从而得到一种可满足高温镍氢电池使用的储氢材料。因此本专利技术所提出的高温镍氢电池用负极储氢材料成分组成(原子比)为：(Mm1-xDyx)1Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3(0＜x≤0.065)，其中混合稀土Mm的成份组成如表1所示。图2给出了在(30-80℃)温度范围内不同Dy含量时的电化学充放电测试结果，可见Dy的加入可使合金的高温电化学充放电容量明显提高，所得到的最好结果为50℃时的电化学充、放电容量大于310mAh/g，70℃时充、放电容量达到260mAh/g以上，80℃时最高充、放电容量可达223mAh/g。因此将使得该负极储氢材料应用在高温下会有更强的优势。-->附图说明在本专利技术说明书中，附图标记说明如下：附图1为储氢合金的理想P-C等温线(T1＜T2＜T3)；附图2为储氢合金的高温容量(30-80℃)测试结果。具体实施方式根据表2中合金A1B5各元素的重量百分比进行配料，将配好的合金原料于抽真空后并通入氩气保护的感应炉中进行熔炼并铸锭，待得到铸态储氢合金后于室温研磨成小于200目的合金粉待用。然后将小于200目的负极合金粉和镍粉按1∶1的比例混合，并加入适量的聚乙烯醇溶液作为粘结剂，然后冷压成直径为(d＝15mm)的圆饼做为负电极使用，所用的正电极为与镍氢电池相同的[Ni(OH)2-NiOOH]电极，正电极的容量设计为远高于负电极的容量，以使负电极材料在充电时达到充分饱和，[Hg/HgO/6M KOH]为参比电极。在电极性能测试过程中，首先在30℃采用60mA/g的电流对负极储氢材料进行充分化成，化成制度如下：采用60mA/g的电流充电400分钟，充电后停顿15分钟，然后以60mA/g的电流放电到负电极电位相对于参比电极的电极电位为-0.5伏为止，再进行下一轮充、放本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种镍氢电池用负极储氢材料，其特征在于其表达式为（Ｍｍ↓［１－ｘ］Ｄｙ↓［ｘ］）↓［１］Ｎｉ↓［３．５５］Ｃｏ↓［０．７５］Ｍｎ↓［０．４］Ａｌ↓［０．３］，其中０＜ｘ≤０．０６５，Ｍｍ为由Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ元素组成的稀土混合物。
【技术特征摘要】
1、一种镍氢电池用负极储氢材料，其特征在于其表达式为(Mm1-xDyx)1Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3，其中0＜x≤0.065，Mm为由La、Ce、Pr、Nd元素组成的稀土混合物。2.根据权利要求1所述负极储氢材料，其特征在于x＝0.052。3.根据权利要求1所述的负极储氢材料，其特征在于所述材料在较高温度...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘华福，吴建民，
申请(专利权)人：刘华福，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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