[发明专利]一种稀土系储氢合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土系储氢合金。

背景技术

近十几年来，由于个人电脑、移动电话、电动工具及电动汽车等产品的快速发展，促进了与之配套的二次电池的发展，使得Ni-MH电池的研究及发展具有现实意义，然而它的关键技术之一就是负极材料储氢合金的研究。稀土系AB₅型储氢电极合金以LaNi₅、MmNi₅(Mm：富Ce混合稀土)、MlNi₅(Ml：富La混合稀土)等为代表的稀土系储氢合金，其最大储氢密度为14％(质量)，其表面的稀土氧化物和表面下层的氧化物/Ni界面即使在室温下也具有将氢分子离解的初期活化特性，故电化学循环寿命性能非常优越。

稀土系AB₅型储氢合金作为MH-Ni电池负极的主要原材料已得到大量的研究和广泛的应用，它具有活化容易、高倍率放电性能好、P-C-T平台平坦、电催化活性好等特点，已普遍应用于日本和我国的电池工业中，合金粉的生产厂家也基本集中在这两个国家。作为动力电池，与Ni-Cd电池、锂离子电池相比，Ni-MH电池从经济、性能及应用前景等综合考虑，拥有一定的优势。目前典型的商品化AB₅型储氢合金成分是MlNi_3.55Co_0.75Mn_0.4Al_0.3，其中元素Co对稀土系储氢合金的电化学性能起着极其重要作用，其作用如下：①减少合金吸放氢时的体积变化，抑制合金的粉化；②充放电循环时，在合金表面形成保护膜，抑制合金的腐蚀，提高合金寿命；③在金属颗粒表面起催化作用，改善合金活化性能和快速充放电能力。但是Co元素价格昂贵，合金中不到10wt％含量的Co，其成本却占合金原材料成本的约50％，生产的成本较高。

目前，利用多元合金优化是改善合金储氢性能、降低合金成本的一个解决上述生产成本较高的有效途径。通过采用不同的元素分别部分替代合金中B侧的Co元素，及采用其它稀土元素替代合金A侧，可以使储氢合金降低成本，使其具有适当的平台氢压，且平台长而平，使合金有较大的吸氢量，较低的合金吸氢膨胀系数、高的抗腐蚀能力等。但是可供考虑采用的合金元素有很多，并且其各组成元素之间的协同作用对合金性能影响很大，在制备储氢合金时对替代元素的选择具有很大的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种含钴量较低的稀土系储氢合金，以降低储氢合金的生产成本。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种稀土系储氢合金，该合金的化学式具有如下通式：Ml_1-xDy_x(Ni_aCo_bAl_cMn_dCu_eFe_fSn_gCr_hZn_i)，其中0＜x＜0.3，2＜a＜4，0＜b≤0.15，0.3≤c≤0.35，0.2＜d＜0.5，0＜e＜0.2，0＜f＜0.25，0＜g＜0.22，0≤h＜0.18，0＜i＜0.28，Ml为混合稀土。

所述a+b+c+d+e+f+g+h+i为5。

所述的储氢合金是由Dy，Ni，Co，Al，Mn，Cu，Fe，Sn，Cr，Zn和Ml为原料熔炼而成。

所述的原料Dy，Ni，Co，Al，Mn，Cu，Fe，Sn，Cr，Zn的纯度均在99.5％以上。

所述的混合稀土Ml包括La，及Ce、Pr、Nd中的一种或者三者的任意组合。

本发明的稀土系储氢合金采用廉价的Dy替代合金A侧元素，采用Cu，Cr，Zn，Fe，Sn替代合金B侧的Co元素，以降低储氢合金的生产成本。由于Cu与Co在化学元素周期表中所处的位置关系，决定其化学性质的相似性，能改善合金的循环稳定性和快速充放电性能；由于Cr能在合金表面形成致密的氧化膜，防止合金进一步氧化，并且有降低合金显微硬度的作用；Zn能提高单位质量的电池容量，降低吸氢平台压，稳定放电电压，提高倍率放电能力；微量的Fe掺杂能提高合金的放电容量；Sn的加入能降低平衡压力，增强氧化物稳定性，减少滞后效应，提高合金放电容量及循环稳定性。