[发明专利]一种单相或多相AB4

说明书

本发明提供了一种单相或多相AB₄型La‑Y‑Ni基超晶格储氢合金及其制备方法，及该储氢合金在镍氢电极中的应用，以及含储氢合金的镍氢电极。所述超晶格储氢合金的化学组成为La_1‑xY_xNi_4‑yMn_y，式中，x、y表示摩尔比，其数值范围为：0.5≤x≤0.6，0≤y≤0.33，所述超晶格储氢合金为单相AB₄型超晶格储氢合金或以AB₄型相为主相的多相AB₄型超晶格储氢合金。本发明的工艺条件简单、成本低廉，制备的单相或多相AB₄型超晶格合金具有放电容量高、循环寿命长及大电流放电性能好的特点，展现了作为镍氢电池负极材料的应用潜力。

技术领域

本发明涉及镍氢电池领域，具体涉及一种单相或多相AB₄型La-Y-Ni基超晶格储氢合金及其制备方法。

背景技术

具有高容量和长循环寿命的新型储氢合金在镍金属氢化物(Ni-MH)电池负极材料的研究受到广泛关注。与传统的LaNi₅基负极材料相比，RE-Mg-Ni基(RE 是一种稀土元素)超晶格储氢合金表现出更好的放电容量(高达414mAh/g)、活化性能和高倍率放电性能，因为其超晶格结构具有n：1(n＝1、2、3或4)的 [AB5]和[A2B4]亚单位沿c轴交替堆积，分别形成AB₃型、A₂B₇型、A₅B₁₉型或 AB₄型相。RE-Mg-Ni基合金已成为第三代镍氢电池的负极材料。

研究已表明Y元素在La-Ni基超晶格合金中起着与Mg元素类似的作用，在吸/放氢过程中都能抑制氢致非晶化。此外，在超晶格合金中用Y替代Mg可以避免高温制备中Mg的挥发。Yan等人制备了一种A₂B₇型LaY₂Ni_9.7Mn_0.5Al_0.3合金，含有Ce₂Ni₇型主相和少量Gd₂Co₇型相，该合金的最大放电容量为385.7 mAh/g，300次循环后的放电容量保持率为76.6％，表明Y合金化可以提高合金的储氢能力和吸/脱氢过程中的结构稳定性。Liu等人制备了主相为Ce₂Ni₇型和 Gd₂Co₇型的La_3-xY_xNi_9.7Mn_0.5Al_0.3(x＝1,1.5,1.75,2,2.25,2.5)合金，随着Y含量的增加，最大放电容量从279.3mAh/g(x＝1)增至383.8mAh/g(x＝2.5)。因此， La-Y-Ni基合金有望成为高容量镍氢电池负极的候选材料。

合金的电化学性能与晶体结构密切相关。通过元素部分取代来调节合金的晶胞体积，对改善储氢合金的吸/放氢平台压和电化学放电容量有重要影响。Wei 等制备了A₂B₇型LaY₂Ni_10.5-xMn_x(x＝0.0,0.5,1.0,2.0)合金，x＝0.5的合金获得了 392.9mAh/g的最大放电容量，远高于x＝0的合金207.5mAh/g。Shi等报道在 La_5.42Y_18.50Ni_76.08-xMn_x(x＝0,2,4,6)合金中，LaY₂Ni₉相的相丰度随着Mn含量的增加而增加，放电容量从275.2mAh/g增加到379.6mAh/g。因此，添加Mn元素被认为适用于调节La-Y-Ni基储氢合金的热力学性能。