[發明專利]一種含銅儲氫合金及其制備方法

無效

• 申請號: 200910017914.8
• 申請日: 2009-08-17
• 公開（公告）號: CN101638740A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 黃太仲;于潔玫;孫國新;陳長龍;王紅研
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C1/02;C21D1/26;C22F1/10;C22F1/02;H01M4/46;H01M4/26
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司
• 代理人: 李 茜

技術領域

本發明屬于電池電極材料技術領域，尤其涉及一種用于鎳氫電池(MH-Ni)負極用材料的含銅儲氫合金及其制備方法。

背景技術

隨著石油、煤炭等傳統能源危機的加劇和便攜式電動工具以及大型電動汽車等的發展，鎳氫電池正由于其高儲能量、適用于大功率充放電、無污染等優點，正得到越來越多的應用。AB_3.5型儲氫合金由于其較高的儲氫量受到人門的極大的關注，為了進一步降低合金的成本，促進其實際應用，通常采用其它元素來提高合金的充放電容量和改善充放電循環性能。

銅作為一種常用的金屬元素，常采用電鍍法或化學鍍法包覆在儲氫合金的表面，抑制合金的析氫過程。李曉峰等的研究結果也表明，在AB₅型儲氫合金表面包覆一層金屬銅能夠阻礙氫原子在合金中的擴散，從而在一定程度上抑制電極的析氫過程[李曉峰，李加勇，董會超。電源技術，2009，33(3)：185-187]。

在已開發各種鎳氫電池負極儲氫合金中，AB₅型儲氫合金是應用最為廣泛、最為成熟的一類合金。AB₅型稀土基合金為CaCu₅型六方結構，AB₅型稀土基儲氫合金是最早應用于MH/Ni電池負極材料的儲氫合金，在1984年J.J.Willems采用Co和Si部分取代LaNi₅中的Ni，解決了合金的粉化及氧化腐蝕問題[J.J.G.Willems，Philips?J.Res.，1984，39(1)：45，在循環穩定性方面取得突破進展，大大促進了AB₅型稀土基合金的實用化；后來在采用廉價的混合稀土代替使用單質稀土后，進一步降低了成本。這些使得AB₅型稀土基合金是目前應用最廣泛的MH/Ni電池用負極材料。

為了進一步擴大鎳氫電池的應用范圍，降低電池成本是目前最為重要的內容，開發高容量低成本的儲氫合金是儲氫合金研究的主要內容和熱點問題；尤其是近年來隨著各類稀土金屬價格的逐步攀升，鈷的價格由每噸二十幾萬元增長到近100萬元，開發低鈷甚至無鈷合金就成為人們研究的重點[馬建新，陳長聘，潘洪革，電池，2002，32(5)：98]。從實際研究結果來看，AB₅型稀土基合金的主要缺點就是循環性能較差，隨著充放電循環的進行，電池的電化學容量迅速衰減，滿足不了實際應用的需要。

隨著對儲氫合金研究的深入，人們在AB₅型儲氫合金研究的基礎上開發了AB₃和AB_3.5型合金，并對該類合金的電化學容量和儲氫性能進行了研究。黃丹等利用高頻熔煉方法制備了La_1+xMg_2-xNi₉(x＝0，0.5，1.0，1.5)系列合金，并對其進行了XRD分析和儲氫容量及電化學性能測定。結果表明：隨著La含量增大，合金中LaNi₅和(La，Mg)Ni₃相轉變為LaNi₃相，且Mg₂Ni相出現，晶胞體積也增大，合金的儲氫容量和電化學性能提高；當x＝1.5時，Mg₂Ni相消失，合金的儲氫性能有所下降。當x＝1.0時，即La₂MgNi₉合金具有較好的儲氫容量及電化學容量[黃丹，鄭定山，肖榮軍，蔣衛卿，郭進。稀有金屬材料與工程，2006，35(12)：1991]。上海交通大學的程利芳等也進行了LaMgNi系AB₃型儲氫合金的研究，并申請了專利(專利號：200810041445.9)，研究了稀土、鎂、鎳、鈷和二氧化鈦等對材料性能的影響，該類合金的鈷含量較高，導致其成本上升，價格也較高，限制了其大規模應用。

發明內容

本發明的目的是，針對現有技術的不足，針對AB_3.5型儲氫合金的研究現狀，本專利在綜合前期研究結果的基礎上，提供了一種含銅儲氫合金及其制備方法，采用銅取代合金中的部分鈷，并且保持合金的電化學容量基本不變。合金具有良好的充放電循環性能和較快的吸放氫速度，合金的電化學容量大于300mAh/g，儲氫容量質量百分比大于1.5％，在充放電循環過程中，保持了較高的電化學容量穩定性，同時，由于合金中鈷元素含量的低鈷，使得該合金的成本大大降低。