本发明专利技术所公开的技术是一种适于低自放电，高倍率性能好，长寿命的动力电池负极用的储氢合金及其制备工艺，其合金成分为NdaPrbMgcLnd(NixAlyAz)，其中Ln是从Zr、Ti、Sm和Ca中选出的至少一种元素，A是从Mn、V、Cr、Zn、Cu、Si和B中选出的至少一种元素，a、b、c、d满足下述条件：a≥0.5，b＞0，0＜c≤0.2，d＞0，a+b+c+d＝1；x、y、z满足下述条件：0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.05，3.0≤x+y+z≤3.5。该合金以氦气作为保护气氛进行熔炼，将该合金进行热碱表面处理后，制备成动力电池负极用储氢合金。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种长寿命低自放电型镍氢动力电池负极用储氢合金及其制备工艺。采用本专利技术的储氢合金将大大改善镍氢动力电池的自放电性能，同时保证其具有较长的使用寿命和较好的高倍率性能。
技术介绍
镍氢电池是综合性能较好的一种二次电池，其应用广泛，包括混合动力车、照相机、手机、电动工具等。近年来，在大家努力下，储氢合金在比容量、循环寿命、低温等性能方面得到了很大的提高。但是，镍氢电池的自放电较大，给用户的使用带来了不便，受到了研究人员的关注。日本相关研究人员通过调整正极、电解液、隔膜等电池配方，使自放电性能得到了一定的改善，并主要应用于通讯电池。而针对动力电池用的高倍率性能好、低自放电型储氢合金的研究相对较少。目前，镍氢动力电池在应用过程中仍然存在自放电较大的问题。当电池满电搁置一段时间后，用户经常发现电池由于自放电原因，出现电量不足，无法使用。
技术实现思路
本专利技术旨在解决镍氢动力电池的高自放电的难题，提供一种长寿命低自放电型动力电池用负极储氢合金及其制备工艺，采用本专利技术的储氢合金的动力电池负极在搁置一段时间后，仍然具有较高的荷电量，可以更好的保证电池的一致性和良好的循环寿命。为实现上述目的，本专利技术采取 以下技术方案:本专利技术所公开的储氢合金具有NdaPrbMgeLnd(NixAlyAz)的通式，其中Ln是从Zr、T1、Sm和Ca中选出的至少一种元素，A是从Mn、V、Cr、Zn、Cu、Si和B中选出的至少一种元素，式中 0.5, b >0,0 < c ^ 0.2,d>0,且 a+b+c+d = I ；0.01 ^ y ^ 0.25,0 ^ z ^ 0.05,3.0 ^ x+y+z ^ 3.5o该合金以氦气作为保护气氛进行熔炼。氦气的压力为0.1-0.8atm。氦气的压力优选为 0.3-0.6atm。将获得的合金破碎获得平均粒径50 70 μ m合金粉，并将其进行一定时间的热碱表面处理，使合金表面形成富镍层，提高其表面催化活性，在保证合金比容量的前提下，改善其大电流性能。在所述的镍氢电池用储氢合金中，当Mg的摩尔比c超过0.2时，合金组织不均匀，耐腐蚀性较差，吸放氢时易粉 化，合金的循环寿命明显变差；另一方面，当Mg元素的比例含量较少时，储氢合金贮氢能力明显降低，且自放电较严重。在所述储氢合金中，Al元素具有很重要的作用，最佳Al元素含量范围应满足0.01 0.25，当Al元素含量小于0.01时，此储氢合金很容易受到镍氢电池电解液腐蚀，不但镍氢电池循环寿命会大大下降，而且镍氢电池内部的电解液会因为氧化储氢合金变得越来越少，造成镍氢电池内阻增大。另一方面，当Al元素含量大于0.25时，储氢合金的最大储氢量会下降，因此应根据实际应用需求适度调节储氢合金中Al元素含量，优选Al元素含量范围为0.05彡y彡0.2。在所述合金中，Ln是从Zr、T1、Sm、Ca中选出的至少一种元素，可以有效的改善合金在吸放氢时压力变化引起滞后现象，防止其用于镍氢电池负极时，放电电压下降。采用少量的Zr、T1、Sm、Ca可以改善合金的吸放氢滞后效应，这几种元素的原子半径较小，原子间的结合力加强，晶胞体积减小，氢平衡压降低，改善合金的滞后效应，同时可以抑制合金的粉化，提闻合金的寿命。在所述合金中添加微量的Pr，可以使合金在保证低自放电性能的前提下，进一步提闻合金的寿命。所述的合金采用氦气作为保护气氛进行熔炼，合金中镁的损失明显减少，同时合金性能一致性提高。此外，本专利技术还涉及该合金的热碱表面处理，处理液为氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂中的一种或多种，配成碱浓度为5 8M，处理液温度保持在60 75摄氏度。通过将获得的合金破碎获得平均粒径50 70 μ m合金粉，并将其进行热碱表面处理，除去合金表面过量偏析的Mg，并使合金表面形成富镍层，提高其表面催化活性，在保证合金比容量的前提下，改善其大电流性能。—种长寿命低自放电型镍氢动力电池负极用储氢合金的制备方法，该方法包括下述步骤:(I)、分别以Nd、Pr、Mg、Ln, Ni, Al和A的单`质为原料，其中，Ln是从Zr、T1、Sm和Ca中选出的至少一种元素，A是从Mn、V、Cr、Zn、Cu、Si和B中选出的至少一种元素，按照上述储氢合金的化学式组成及化学计量比称取所需的原料；熔炼成储氢合金的铸锭；(2)、将步骤(I)中熔炼的储氢合金铸锭在氩气气氛中以950°C 980°C进行5小时 7小时热处理；(3)、在惰性气氛中对热处理后的储氢合金锭进行机械粉碎，将其筛分后，得到平均粒径50 70 μ m合金粉；(4)、配制温度60 80摄氏度，浓度为5 8M的碱溶液，对步骤(3)得到的合金粉进行的表面处理，最后，用去离子水清洗合金粉，即得到本专利技术的储氢合金。在步骤(4)中，表面处理的时间一般不少于0.5小时；表面处理的时间优选为0.5 4小时。本专利技术的优点是:本专利技术的储氢合金是适于低自放电，高倍率性能好，长寿命的动力电池负极用的储氢合金，采用本专利技术的储氢合金的动力电池负极在搁置一段时间后，仍然具有较高的荷电量，可以更好的保证电池的一致性和良好的循环寿命。具体实施例方式实施例一采用高频磁悬浮熔炼炉将由金属钕，金属镨，金属镁，金属锆，金属镍和金属铝在0.8atm的氦气保护气氛下熔炼成规定合金的铸锭，其组成为Nda5Pra3Mgai5Zratl5 (Ni3.25Α1αι)，并通过诱导结合等离子体光谱分析(ICP)进行测定。首先，将该储氢合金铸锭，在氦气气氛中以950°C进行5小时热处理，使合金组织均匀，在惰性气氛中对合金锭进行机械粉碎，将其筛分后，得到平均粒径为65 μ m。其次，配制温度60 80摄氏度，浓度为5 SM的碱溶液，对该合金粉进行的表面处理I小时。最后，用去离子水清洗合金粉。准确称取200mg以上贮氢合金粉和SOOmg羰基镍粉，均匀混合后，装入模具中，在580MPa压力下冷压成016mmXlmm的小圆片作为待测合金电极片。去毛刺，将电极片称重，并按照合金粉与镍粉的比例计算出电极片内贮氢合金的实际质量。然后，电极片用泡沫镍包裹并压制成型，再与镍带点焊在一起，作为待测合金电极。合金电极的电化学性能测试在开口式H型玻璃三电极测试系统中进行，辅助电极为电化学容量远高于待测合金电极的烧结式氢氧化镍电极(Ni(0H)2/Ni00H)，参比电极为自制的汞-氧化汞(Hg/HgO)电极，电解液为6mol/LK0H+15g/L LiOH水溶液，测试温度通过恒温水浴保持在30°C。合金电极的电化学性能测试(包括大电流性能、循环稳定性)均采用恒电流充放电方式进行，测试仪器为武汉金诺LAND系列电池测试系统，测试过程由计算机实时监控并自动采集和记录数据。合金电极采用60mA.g—1恒流充电500min,静置15min,然后60mA.g—1恒流放电，截止电位为0.6V,静置15min,依次循环。在此充放电制度下,达到合金的稳定最大放电容量后，采用450mA.g_ 1恒流充电65min,静置IOmin,然后用450mA.g_1恒流放电,截止电位为0.6V，静置lOmin，依次循环。在此充放电制度下，用第100周期的放电容量与极大放电容量的比值即循环100周期后的容量保持率(S.，% )来表征合金的循环稳定性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种长寿命低自放电型动力电池用负极储氢合金，其特征在于：该储氢合金成分为NdaPrbMgcLnd(NixAlyAz)，其中Ln是从Zr、Ti、Sm和Ca中选出的至少一种元素，A是从Mn、V、Cr、Zn、Cu、Si和B中选出的至少一种元素，a、b、c、d满足下述条件：a≥0.5，b＞0，0＜c≤0.2，d＞0，a+b+c+d＝1；x、y、z满足下述条件：0.01≤y≤0.25，0≤z≤0.05，3.0≤x+y+z≤3.5。
【技术特征摘要】
1.一种长寿命低自放电型动力电池用负极储氢合金，其特征在于:该储氢合金成分为NdaPrbMgcLnd(NixAlyAz)，其中Ln是从Zr、T1、Sm和Ca中选出的至少一种元素，A是从Mn、V、Cr、Zn、Cu、Si和B中选出的至少一种元素，a、b、C、d满足下述条件:a彡0.5，b > O，O< c ^ 0.2, d > O, a+b+c+d = I ;x、y、z 满足下述条件:0.0l < y < 0.25,0 < z < 0.05,3.0 ^ x+y+z ^ 3.5o2.根据权利要求1所述的长寿命低自放电型动力电池用负极储氢合金，其特征在于:合金采用氦气作为保护气氛进行熔炼，氦气的压力为0.1-0.8atm。3.根据权利要求2所述的长寿命低自放电型动力电池用负极储氢合金，其特征在于:氦气的压力为0.3-0.6atm。4.根据权利要求1所述的长寿命低自放电型动力电池用负极储氢合金，其特征在于:该储氢合金为平均粒径50 70 μ m的合金粉。5.根据权利要求4所述的长寿命低自放电型动力电池用负极储氢合金,其特征在于:该储氢合金的合金粉表面经60 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：简旭宇，尉海军，朱磊，王忠，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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