[發明專利]一種超低溫環境用鎳氫電池

在審

• 申請號: 201911420833.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111180697A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 唐穎斐;石映星
• 申請（專利權）人: 深圳拓量技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M10/30;C22C19/03
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達;王滔

本發明屬于鎳氫電池技術領域，尤其涉及一種超低溫環境用鎳氫電池，包括正極、負極、隔膜以及電解液，負極包括負極基體和涂覆在負極基體上的貯氫合金層，貯氫合金層包括第一貯氫合金粉和第二貯氫合金粉，第一貯氫合金粉包括占第一貯氫合金粉和第二貯氫合金粉總質量百分比分別為19～24％的La、9～12％的Ce和0.5～2％的Nd，第二貯氫合金粉包括占第一貯氫合金粉和第二貯氫合金粉總質量百分比分別為57～63％的Ni，5～7.5％的Co，0.8～2.2％的Al和0.5～2％的Mn。能夠在?40℃的超低溫環境中充電并放電，0.1C放電效率≥95％，0.2C放電效率≥70％，滿足了在超低溫環境下鎳氫電池的使用要求。

技術領域

本發明屬于鎳氫電池技術領域，尤其涉及一種超低溫環境用鎳氫電池。

背景技術

隨著新能源汽車領域的快速發展，一系列先進的電池技術己經或者將來有望應用于該領域，包括鋰離子電池、鎳氫化物電池、超級電容器等。其中，鋰離子電池具有能量密度高、功率密度高、自放電小等優點，成為純電動汽車領域使用最廣泛的能量存儲裝置。然而，較差的安全性能和低溫性能以及高昂的電池成本等缺點，阻礙了其在電動汽車領域的大規模推廣應用。

鎳氫電池作為一種成熟的二次電池技術，具有優良的安全性、耐過充/過放性能以及良好的高低溫性能、易回收且具有較高的可回收價值等，己大規模應用于混合動力汽車領域，同時也是最早應用于純電動汽車領域的能量存儲裝置。

然而，鎳氫電池在低溫性能的表現一直不夠優越。常規的鎳氫電池使用溫度一般在-20℃～+40℃之間，低于-20℃以后，鎳氫電池的放電效率逐漸降低，當溫度只有-40℃時，鎳氫電池的放電效率低于50％，不能滿足現有電動汽車對鎳氫電池低溫性能的要求。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，提供一種超低溫環境用鎳氫電池，能夠提高鎳氫電池在-20～-40℃的超低溫環境中的充放電性能，提高放電效率。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種超低溫環境用鎳氫電池，包括正極、負極、隔膜以及電解液，所述負極包括負極基體和涂覆在所述負極基體上的貯氫合金層，所述貯氫合金層包括第一貯氫合金粉和第二貯氫合金粉，所述第一貯氫合金粉包括占所述第一貯氫合金粉和所述第二貯氫合金粉總質量百分比分別為19～24％的La、9～12％的Ce和0.5～2％的Nd，所述第二貯氫合金粉包括占所述第一貯氫合金粉和所述第二貯氫合金粉總質量百分比分別為57～63％的Ni，5～7.5％的Co，0.8～2.2％的Al和0.5～2％的Mn。其中，Nd的適當加入可降低平衡氫壓，能夠使得鎳氫電池在低溫下放電，但是過多的Nd會對循環性能穩定性不利，而Ce的原子半徑小于La，減少了合金晶胞體積，即減少了充放電過程中進出合金晶格的氫原子數量，減弱了氫原子對合金晶格結構的破壞作用，提高合金循環穩定性。Co的原子半徑大于Ni，增加合金晶胞體積，晶胞內可容納氫原子增多，即參與充放電氫原子也相應增多，合金放電容量增加。Al能夠降低平衡氫壓，提高合金在堿液中的耐腐蝕性，減少合金的吸氫膨脹和粉化速率，改善合金的循環壽命。通過第一貯氫合金粉和第二貯氫合金粉的協同作用，滿足了鎳氫電池在低溫-40℃條件下的放電性能。

作為本發明所述的超低溫環境用鎳氫電池的一種改進，所述第一貯氫合金粉還包括占所述貯氫合金粉總質量百分比為0～0.5％的Pr，以及占所述貯氫合金粉總質量百分比為0～0.5％的金屬A，所述金屬A為Zr、Y和Mg中的至少一種。Pr元素能夠提高鎳氫電池的放電容量，改善電池的循環穩定性，但是過多的Pr元素也會給體系帶來不利影響。Y的電負性高，加入適量的Y可提高合金的耐腐蝕能力。Mg作為一種低原子量的吸氫元素，其金屬及合金具有很高的儲氫和放電容量。Mg元素的電負性更接近于La，而原子半徑更接近Ni，因此，Mg的含量要在適當的范圍內，Mg的含量過多，會替代一部分Ni，使得合金中出現大量的表面懸空鍵，增加體系的能量，從而導致熱力學不穩定。