[發明專利]貯氫合金及其制備方法和采用該貯氫合金的負極及電池

有效

• 申請號: 200710147642.4
• 申請日: 2007-08-31
• 公開（公告）號: CN101376941A
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發明（設計）人: 潘勇智;耿偉賢
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C19/03;C22C1/02;H01M4/38;H01M10/30
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 王鳳桐;董占敏

技術領域

本發明涉及一種貯氫合金及其制備方法和采用該貯氫合金的負極及電池。

背景技術

近年來，由于便攜式電子器件的發展和交通動力能源的革命，高能電池能源的研究與開發已成為世界各國學術界和產業革命的熱點。鎳氫電池因為能量高、安全性好、無污染、無記憶效應等優點而受到廣泛重視，是電子設備的主要供電電池類型之一。

在鎳氫電池中，負極活性物質一般為貯氫合金，貯氫合金的性能直接影響采用該貯氫合金的電池的容量以及循環性能等。目前，研究較多的是以LaNi₅為基礎的AB₅型貯氫合金，AB₅型貯氫合金由于平臺壓適中，電化學性能良好，已經作為鎳氫電池的負極活性物質實用化。對于AB₅型貯氫合金的研究主要集中在A、B兩側的金屬元素替代上，通過用其它元素對A、B兩側的金屬元素進行替代，從而提高貯氫合金的活化性能、放電容量以及循環性能等。

目前，B側元素替代一般采用過渡金屬元素Co、Al、Mn、Cr等中的一種或幾種部分置換Ni金屬元素，其中Co的加入能提高貯氫合金的循環性能，因此，目前的貯氫合金通常都加入有鈷。A側元素替代一般采用其他稀土元素如Ce、Pr、Nd等部分替代La元素，或者A側直接采用混合稀土，也有采用金屬元素Ca、Ti、Zr等部分置換A側的La元素。

例如，CN?1567619A公開了一種富鑭貯氫合金粉，其化學通式為MlNi_5-x-y-z-vCo_xMn_yAl_zQ_v，其特征在于，Ml為富鑭混合稀土，Q為W、V、Zr單體元素或其混合元素，0.64≤x≤0.86，0.27≤y≤0.39，0.2＜z≤0.3，0.001≤v≤0.01。

另外，CN?1143837A公開了一種堿性的金屬氧化物-金屬氫化物電池，其正極含有金屬氧化物，其負極是由貯氫合金構成，其中除了鈰鑭合金之外，還包含鎳和鈷元素，而且具有CaCu₅型的晶體結構，其特征是該合金中的部分鈷被鐵和/或銅所取代，而且具有如下的化學組成：MmNi_vAl_wMn_xCo_yM_z，其中Mm為鈰鑭合金，M為Fe和/或Cu，其它參數為0.2≤x≤0.4，0.1＜z≤0.4，0.2≤y≤0.4，0.3≤w≤0.5，4.9≤v+w+x+y+z≤5.1。

上述公開的貯氫合金的放電容量以及循環性能均較好，因為上述貯氫合金中鎳、鈷的含量均很高。鎳、鈷是貯氫合金中不可或缺的元素，其中鎳對合金高容量、高倍率充放電性能有重要作用；鈷對合金的電化學性能，尤其是循環性能起關鍵性作用。因此商品化的AB₅型貯氫合金中都含有較高的鈷、鎳。降低鎳、鈷的含量會導致貯氫合金電化學性能下降。但是，鎳以及鈷的價格昂貴，尤其是鈷，雖然貯氫合金中鈷含量一般僅在10重量％左右，卻占原料成本的40-50％。

因此，在不影響貯氫合金放電容量以及循環性能等電化學性能的前提下，降低貯氫合金中鎳、鈷的含量是降低貯氫合金制備成本的關鍵。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中貯氫合金制備成本高的缺點，提供一種制備成本低并具有優良的活化性能、放電容量以及循環性能的貯氫合金及其制備方法和采用該貯氫合金的負極及電池。

本發明提供了一種貯氫合金，其中，該貯氫合金具有式La_aM_(1-a)Ni_xCu_yFe_zCo_uMn_vAl_w表示的組成，式中，M表示除鑭之外的稀土金屬中的至少兩種，a、x、y、z、u、v、w分別為La、Ni、Cu、Fe、Co、Mn和Al的摩爾分數，0.4≤a≤0.9，2.5≤x≤3.6，0.4≤y≤1.0，0≤z≤0.2，0＜u≤0.2，0.4≤v≤0.7，0.2≤w≤0.4，4.8≤x+y+z+u+v+w≤5.3。