[发明专利]稀土储氢合金电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镍——金属氢化物电池的负极材料领域，尤其是一种稀土储氢合金电极材料及其制备方法。

背景技术

我国是稀土大国，拥有世界四分之三的稀土资源。稀土元素因其独特的原子结构而具有奇特的电、磁、光等性能，广泛应用于稀土发光材料、稀土金属氢化物电极材料、稀土永磁材料、磁光存储材料等，是尖端科技领域必不可少的微量元素。现代科技迅猛发展，人们对电子产品的性能要求越来越高，电子产品性能的提高迫切需要容量更大、循环稳定性更好的电池。此外，随着世界能源紧缺和对汽车尾气排放法规的增多，使得电动汽车将成为未来的主流交通工具，而电动汽车的动力源——动力电池一直是制约世界汽车工业厂商研发电动汽车的瓶颈，性能优异的动力型电池日益成为世界各国研究的重点，其研究方向集中在大功率、长寿命、高比能量和安全性能方面，同时要求环境友好、抗震动性好、对环境温度要求不高、可快速充电等。稀土金属氢化物电池负极材料因容量大、循环稳定好、高倍率放电性能好成为研究的新领域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有活化容易、放电容量高、中值电压高、高倍率放电能力好、循环稳定性好等优越性能的稀土储氢合金电极材料及其制备方法，以提高镍——金属氢化物电池放电功率、比能量、循环寿命，并降低其生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：稀土储氢合金电极材料，由稀土元素RE、元素Fe、元素M、合金RE-Fe、合金RE-M按合金的化学组成式RE₆Fe_23-xM_x配制；稀土元素RE是La（镧）、Ce（铈）、Pr（镨）、Nd（钕）、Sm（钐）、Eu（铕）、Gd（钆）、Tb（铽）、Dy（镝）、Ho（钬）、Er（铒）、Tm（铥）、Yb（镱）、Lu（镥）、Sc（钪）或Y（钇）；元素M是Mn（锰）、Cr（铬）或V（钒）。由于稀土元素RE的化学性质与物理性质相近可以形成替代式固溶体，因此不同的稀土元素在化学式中可以相互替代与元素Fe、M形成稳定的RE₆Fe_23-xM_x相。

合金的化学组成式为Gd₆Fe₂₃、Gd₆Fe₂₀Mn₃、Gd₆Fe₁₄Mn₉或Gd₆Fe₆Mn₁₇。

稀土元素RE占该合金电极材料的原子百分比约为21at.％，元素Fe与元素M之和占该合金电极材料的原子百分比约为79at.％。由于元素Fe、M具有许多相同或相近的物理性质和化学性质，可以在很宽的成分范围内相互替代形成固溶体，因而金属元素M可以替代合金材料中的Fe，并且Mn可以完全替代合金中的Fe，M在合金中含量很高时仍可以形成稳定的RE₆Fe_23-xM_x相。

该合金电极材料为单相RE₆Fe_23-xM_x结构或多相结构；多相结构是RE₆Fe_23-xM_x相与RE₂Fe_17-xM_x相、REFe_3-xM_x相、REFe_xM_12-x相中的一相或多相的组合。

该合金电极材料采用高温熔铸法、电弧熔炼法、粉末冶金法、高频感应法或机械合金法制备，制备过程需要在惰性气氛或高真空环境中进行。

上述稀土储氢合金电极材料的制备方法，合金电极材料中锰含量较少时，采用非自耗真空电弧炉法，按计量称量各金属组份，在高纯氩气的气氛中，用金属钛或锆作为吸气材料，使用电弧熔炼，制得RE₆Fe_23-xM_x合金。