[發明專利]用于可再充電電池中的無序金屬氫化物合金

有效

• 申請號: 201480046998.7
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN105492638B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: K-H·楊;T·烏奇
• 申請（專利權）人: 奧佛電池公司
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;H01M4/38
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 李穎;林柏楠

提供結構上和組成上無序的電化學活性合金材料，其具有卓越的容量和循環壽命，以及優異的高倍率放電能力。該合金采用無序A₂B₄+x(AB₅)結構，其中x是1和4之間的數字。結合特制量的電化學活性AB₅二次相材料的此晶體結構產生優異的電化學性質。

相關申請的交叉引用

本申請依賴于2013年6月25日提交的美國專利申請號13/926,093并要求其優先權，其全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及合金材料和其制造方法。具體而言，本發明涉及能夠吸附和解吸氫的金屬氫化物合金材料。提供了顯現改進的高倍率放電能力的無序金屬氫化物合金材料。

發明背景

某些金屬氫化物(MH)合金材料能夠吸附和解吸氫。這些材料可用作儲氫介質和/或可用作燃料電池和包括鎳/金屬氫化物(Ni/MH)與金屬氫化物/空氣電池系統的金屬氫化物電池的電極材料。

當在MH電池中的陰極和MH陽極之間施加電勢時，負極材料(M)通過氫的電化學吸附充電以形成金屬氫化物(MH)和電化學放出氫氧離子。一旦放電，儲存的氫釋放以形成水分子并放出電子。在鎳MH電池的正極處發生的反應也是可逆的。大多數MH電池使用氫氧化鎳正極。在氫氧化鎳正極處發生以下充電和放電反應。

在具有氫氧化鎳正極和儲氫負極的MH電池中，電極通常被非機織物、毛氈、尼龍或聚丙烯分離器隔開。電解質通常是堿性水性電解質，例如，20至45重量百分比的氫氧化鉀。

參考其成員組成元素占據的結晶位點，在MH電池系統中具有效用的MH材料的一個具體分組被稱為AB_x類材料。例如，在美國專利5,536,591和美國專利6,210,498中公開了AB_x型材料。這樣的材料可以包括但不限于改性的LaNi₅型(AB₅)以及萊夫斯相基的活性材料(AB₂)。為了儲存氫，這些材料可逆地形成氫化物。這樣的材料利用通用的Ti--Zr--Ni組成，其中至少Ti、Zr和Ni與Cr、Mn、Co、V和Al中的至少一種或多種共同存在。材料是多相材料，其可包含但不限于一種或多種萊夫斯相晶體結構。

這些現有AB₅MH材料承受不足的氫吸附能力，其等同于低的能量密度。這已經使得增加采用這些材料的系統的容量極其困難。另一方面，AB₂合金通常承受高成本和低的高倍率性能。

部分地由于其高容量，基于稀土(RE)鎂的AB₃或A₂B₇型MH合金是將作為Ni/MH電池中的負極替換當前使用的AB₅MH合金的有希望的候選物。雖然大多數RE-Mg-Ni MH合金基于作為稀土金屬的純La(La-only)，但最近已經報道了一些純Nd A₂B₇(AB₃)合金。在這些材料中，AB_3.5化學計量被認為在儲存容量、激活、高倍率放電能力(HRD)、荷電保持能力和循環穩定性之間提供最佳整體平衡。一個純Nd A₂B₇合金的壓力-濃度-溫度(PCT)等溫線在α相處顯示了非常尖銳的離源角[K.Young等，Alloys Compd.2010；506：831]，其可以在低的荷電狀態條件期間維持相對高的電壓。與可商業獲得的AB₅MH合金相比，純Nd A₂B₇在60℃儲存期間展現了更高的正極利用率和更小的電阻增加，但是也在循環期間承受更高的容量衰減[K.Young等，Int.J.Hydrogen Energy，2012；37：9882]。已知的A₂B₇合金的另一個問題是相對于現有AB₅合金系統其承受更差的HRD。