[發明專利]一種高容量的鎂-鈷系儲氫電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410690517.8
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104451218B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 張耀;莊向陽;詹樂宇;陳堅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;B22F1/00;C22C19/07;C22C16/00;C22C23/00;C22C14/00;C22C30/00;H01M4/38;H01M4/46
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 沈振濤

技術領域

本發明屬于電池材料領域，特別涉及一種高容量的鎂-鈷系儲氫電極材料，還涉及該電極材料的制備方法。

背景技術

鎂基材料由于具有豐富的地球儲量、輕質、高吸氫容量(7.6wt.％H₂)等特性，在過去幾十年中一直受到人們的廣泛關注。為獲得高效、低成本的儲氫材料，人們對于鎂基復合物/合金材料投入了大量的研究和開發工作。除了鎂基材料的氣態儲氫特性外，很多是投入到電化學儲氫研究當中的。鎂基儲氫電極合金材料具有與鋰電池材料相當的能量密度的潛質，如能成功應用于動力電池中，對于新興的電動汽車和混合動力汽車而言將是非常有意義的，因為這將成為一種水性電解質、安全可靠，可高倍率重放的動力電池。作為鎳氫電池(Ni-MH)負極的備選材料，鎂基電極合金在過去二十年里已經取得了一定的技術進步，特別是在提高循環充放電容量和循環穩定性方面。

然而，以往鎂基電極合金的研究主要集中在Mg-Ni體系上，Mg-Co系合金的研究主要集中在氣態儲氫領域。Mg-Co合金的理論電化學容量可達1000mAh/g以上(以Mg₂CoH₅計)，有望成為新一代高能量密度鎳氫電池負極材料。然而，Mg-Co系合金在室溫下很難放出氫氣，儲氫不具備可逆性。因而制備可逆充放電能力的Mg-Co系合金具有重要意義。

發明內容

發明目的：為了克服上述現有技術的不足，本發明旨在提供一種高容量、高電極活性的鎂-鈷系儲氫電極材料及其制備方法。

技術方案：本發明提供一種高容量的鎂-鈷系儲氫電極材料，所述鎂-鈷系儲氫電極材料包括體心立方相Mg-Co二元合金材料和體心立方相Mg-Co-M三元合金材料；所述體心立方相Mg-Co二元合金材料由摩爾比為(100-x)：x的鎂粉與鈷粉制成，其中，37≤x≤50；所述體心立方相Mg-Co-M三元合金材料由摩爾比為(100-z)：z：y的鎂粉、替代金屬粉與鈷粉制成，其中，30≤y≤70，0＜z≤30，替代金屬為Zr或Ti；優選地，5≤z≤30。

本發明還提供了上述高容量的鎂-鈷系儲氫電極材料的制備方法，所述鎂-鈷系儲氫電極材料包括體心立方相Mg-Co二元合金材料和體心立方相Mg-Co-M三元合金材料；所述體心立方相Mg-Co二元合金材料的制備包括以下步驟：在惰性氣體保護下，將鎂粉與鈷粉混勻、球磨，即得；所述體心立方相Mg-Co-M三元合金材料的制備包括以下步驟：在惰性氣體保護下，將鎂粉、替代金屬粉與鈷粉混勻、球磨，即得。

球磨時間優選為20-120h，球料比為(20～100):1，球磨機公轉速度為100～450rpm。

本發明還提供了上述鎂-鈷系儲氫電極材料作為鎳氫電池負極材料的應用。

有益效果：本發明提供的鎂-鈷系儲氫電極材料原料來源豐富、價格低廉、能量密度大。

以往的研究表明：BCC相Mg-Co合金具有較高的氣態儲氫量，但是在室溫條件下，Mg-Co合金很難放出氫氣；BCC相Mg-Co合金在氣態條件下，不能可逆地吸放氫。然而，本發明方法制得的鎂-鈷系儲氫電極材料可在室溫條件下實現電化學可逆吸放氫；此外，添加Zr的Mg-Co-Zr三元合金，容量比Mg-Co提高約20％，添加Ti的Mg-Co-Ti三元合金的電化學反應活性相對于Mg-Co二元合金有很大提高。

附圖說明

圖1Mg_100-xCo_x(x＝37，40，45，50)樣品首次放電曲線；

圖2Mg_100-xCo_x(x＝37，40，45，50)樣品的線性極化曲線；

圖3Mg_100-xCo_x(x＝37，40，45，50)樣品的交流阻抗譜；

圖4Mg-Co-M(M＝Zr，Ti)三元合金的首次放電曲線；

圖5Mg-Co-M(M＝Zr，Ti)三元合金的線性極化曲線；

圖6Mg-Co-M(M＝Zr，Ti)三元合金的交流阻抗譜。

具體實施方式

以下實施例使用的鎂粉的粒徑為300目，鈷粉的粒徑為200目。

實施例1