专利名称：用于镍氢电池的储氢合金材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及镍氢电池领域，特别是涉及一种用于镍氢电池的储氢合金材料及其制备方法。
背景技术：
镍氢电池由氢离子和金属镍合成。与镍镉电池相比，镍氢电池的电量储备更多(多30% )、质量更轻、使用寿命更长，且镍氢电池对环境无污染，工艺成熟，因此，镍氢电池的使用量也越来越大，但是镍氢电池的价格比镍镉电池要贵很多。镍氢电池的负极材料的活性成分为储氢合金材料。目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、错系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金，而稀土系的储氢合金由于其具有较好的化学循环稳定性、寿命较长而成为工业化发展的方向。稀土系的储氢合金主要采用的稀土金属为钕、镨等，而近年来随着国家加强对稀土的宏观调控，稀土价格增长迅猛，尤其是金属镨、钕价格增加过快，直接导致了镍氢电池用储氢合金价格上涨，增加了镍氢电池的成本，阻碍了镍氢电池的工业化生产的发展。
发明内容
基于此，有必要提供一种成本较低且性能较好的用于镍氢电池的储氢合金材料。一种用于镍氢电池的储氢合金材料，按质量百分比，包括49. 9% 51. 1%的镍、10. 16% 10. 56% 的钴、4. 34% 4. 74% 的锰、I. 5% I. 9% 的铝、20. 5% 24. 5% 的镧、
8.4 0Z0 10. 4%的铈、O 2%的镨及O 2%的钕，其中，所述镨与所述钕的质量和为O 2%。在其中一个实施例中，令所述镧、铈、镨及钕的摩尔量之和为A，令所述镍、钴、锰及铝的摩尔量之和为B，则A B = 4.95 5. I。在其中一个实施例中，成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、24. 5%的镧及8. 4%的铈。在其中一个实施例中，成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、22. 5%的镧、9. 4%的铈及1%的镨。在其中一个实施例中，成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、22. 5%的镧、8. 4%的铈、I %的镨及1%的钕。在其中一个实施例中，成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、20. 5%的镧、10. 4%的铈、I %的镨及I %的钕。在其中一个实施例中，成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、23. 5%的镧、8. 4%的铈及1%的钕。在其中一个实施例中，成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、22. 5%的镧、8. 4%的铈及2%的钕。在其中一个实施例中，成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、20. 5%的镧、10. 4%的铈及2%的镨。此外，还提供上述储氢合金材料的制备方法，包括如下步骤按质量百分比，称取49. 9% 51. I %的镍、10. 16 % 10. 56%的钴、4. 34 % 4. 74%的锰、I. 5% I. 9%的铝、20. 5% 24. 5%的镧、8. 4% 10. 4%的铈、O 2%的镨及O 2%的钕，混合得到混合物料；其中，所述镨与所述钕的质量和为O 2%。在惰性气体的条件下，将所述混合物料在温度为1200°C 2000°C中熔炼4小时 10小时，铸成合金锭；及在惰性气体中将所述合金锭在600°C 1000°C中保温4小时 10小时，冷却，得到所述储氢合金材料。 上述用于镍氢电池的储氢合金材料采用成本较低的稀土金属镧和铈部分取代或是完全取代价格高昂的镨和钕，成本降低了 10 % 20 %，且上述用于镍氢电池的储氢合金材料的IC充放循环寿命为518次 534次、克容量为342mAh/g 346mAh/g，平衡氢压(H/M = O. 4,45度测量)为O. 123atm O. 128atm。因此，上述用于镍氢电池的储氢合金材料成本较低且性能较好，可以应用于镍氢电池负极。
图I为一实施方式的用于镍氢电池的储氢合金材料的制备方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对用于镍氢电池的储氢合金材料及其制备方法进一步说明。—实施方式的用于镍氢电池的储氢合金材料。按质量百分比，该用于镍氢电池的储氢合金材料包括49.9% 5L I %的镍、10. 16% 10. 56%的钴、4. 34% 4. 74%的锰、
I.5% I. 9%的铝、20. 5% 24. 5%的镧、8. 4% 10. 4%的铈、O 2%的镨及O 2%的钕，其中，镨与钕的质量和为O 2%。镍为氢气进入合金内部的通道。钴为抑制合金充放电过程中的粉化。锰能够调节合金吸放氢平台。铝能够抑制碱液对合金的腐蚀。镧能够存储氢，且容量较高，但是容易被腐蚀、活化快、寿命较差。铈能够存储氢，寿命较好、耐腐蚀性能较好，但容量较低、活化慢。镨能够存储氢，容量介于镧和铈之间，耐腐蚀性能和寿命均介于镧和铈之间。钕能够存储氢，容量介于镧和铈之间、耐腐蚀性能和寿命均介于镧铈之间。通过按照上述质量百分比将.镍、钴、锰、铝、镧、的铈、镨及钕共同制备成用于镍氢电池的储氢合金材料可以不仅可以使储氢合金的成本降低10% 20%，所制备出的用于镍氢电池的储氢合金材料的IC充放循环寿命为518 534次、克容量342 346mAh/g，平衡氢压(H/M = O. 4，45度测量)为O. 123 O. 128atm。其中，储氢的化学反应式如下Ni (OH) 2+20H—2e_ = Ni00H+2H20 ；4M (合金)-2H20+2e_ = 4MH+20H'在其中一个实施例中，令镧、铈、镨及钕的摩尔量之和为A，令镍、钴、锰及铝的摩尔量之和为B，则A B = 4. 95 5. I。该值的大小决定了用于镍氢电池的储氢合金材料的综合性能，例如循环寿命、克容量及平衡氢压。该值过大和过小均会影响储氢材料的综合性能。在优选的实施方式中，A B = 5. 006 5. 043，此时储氢合金材料的综合性能性能较好。在其中一个实施例中，用于镍氢电池的储氢合金材料的成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、24. 5%的镧及8. 4%的铈。 在其中一个实施例中，用于镍氢电池的储氢合金材料的成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、22. 5%的镧、9. 4%的铈及1%的镨。在其中一个实施例中，用于镍氢电池的储氢合金材料的成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、22. 5%的镧、8. 4%的铈、I %的镨及1%的钕。在其中一个实施例中，用于镍氢电池的储氢合金材料的成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、20. 5%的镧、10. 4%的铈、I %的镨及1%的钕。在其中一个实施例中，用于镍氢电池的储氢合金材料的成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、23. 5%的镧、8. 4%的铈及1%的钕。在其中一个实施例中，用于镍氢电池的储氢合金材料的成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、22. 5%的镧、8. 4%的铈及2%的钕。在其中一个实施例中，用于镍氢电池的储氢合金材料的成分为50. 5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、20. 5%的镧、10. 4%的铈及2%的镨。上述用于镍氢电池的储氢合金材料按质量百分比，其成分为49. 9% 51. 1%的镍、10. 16% 10. 56%的钴、4. 34% 4. 74%的锰、I. 5% I. 9%的铝、20. 5% 24. 5%的镧、8. 4% 10. 4%的铈、O 2%的镨及O 2%的钕，且镨与钕的质量和为O 2%，采用成本较低的稀土金属镧和铈部分取代或是完全取代价格高昂的镨和钕，成本降低了 10 % 20%,且上述用于镍氢电池的储氢合金材料的IC充放循环寿命为518 534次、克容量342 346mAh/g,平衡氢压(H/M = O. 4，45度测量)为O. 123 O. 128atm。因此，因此，上述用于镍氢电池的储氢合金材料成本较低且性能较好，可以应用于镍氢电池负极。如图I所示，一种上述储氢合金材料的制备方法，包括如下步骤步骤SI :按质量百分比，称取49. 9% 51. I %的镍、10. 16 % 10. 56%的钴、
4.34% 4. 74% 的锰、L 5% L 9% 的铝、20. 5% 24. 5% 的镧、8. 4% 10. 4% 的铈、O 2%的镨及O 2%的钕，混合得到混合物料。其中，镨与钕的质量和为O 2%。步骤S2 :在惰性气体的条件下，将混合物料在温度为1200°C 2000°C中熔炼4小时 10小时，铸成合金锭。惰性气体可以为氦、氖、氩等气体。步骤S3 :在惰性气体中将合金锭在600°C 1000°C中保温4小时 10小时，冷却，得到储氢合金材料。上述制备方法简单，可广泛推广应用。以下为具体实施例部分实施例一储SL合金材料为 La0.705Ce0.24Ni3.442Co0.703Mn0.331A10.273(I)按质量百分比，称取50. 5%的镍、10. 36%的钴、4.54%的锰、I. 7%的铝、24. 5%的镧及8. 4%的铈，混合得到混合物料。(2)在氩气的条件下，将混合物料在温度为2000°C中熔炼4小时，铸成合金锭。
(3)在氩气中将合金锭在600°C中保温10小时，冷却，得到本实施例的储氢合金材料。最后将合金锭粉碎到所需要的粒度即可。表Ia为本实施例的储氢合金材料Laa705Ce0.24Ni3.442Co0.703Mn0.331Al0.273 的测试结果。表 Ib 为传统的储氢合金材料 Laa59Cea24Praci28Nd0.OssNi3.442Co0.703Mn0.33ιΑ10.273的测试结果。从表Ia及Ib中可以看出，本实施例的储氢合金材料 La0. 705Ce0. 24NI3. 442。0(1. 703尬10. 33lAl(|. 273 与传统的储氢合金材料 Latl. 59Ce0.24PrQ. Q28NdQ. 083Ni 3.442Coa 331Α1α 273的循环寿命、克容量及平衡氢压均相近。表 Ia
平衡氢压(atm, H/M=0.4,
A:B 循环寿命(IC) 克容量(mAh/g)____45度测量_
5.0245163480.125表 Ib
A B循环寿命(IC)克容量(mAh/g)平衡氢压(atm，H/M = O. 4，
45度测量
5.043520345O. 128其中，本实施例的储氢合金材料Laa7ci5Cea24Ni1 442Coa7tl3Mna331Ala 273比传统的储氢合金的价格便宜4.4元/千克。实施例二储SL合金材料为Laa59Cea 354Nii 482Coa 689Mna316Ala222(I)按质量百分比，称取51. I %的镍、10. 16%的钴、4. 34%的锰、I. 5%的铝、20. 5%的镧及12. 4%的铈，混合得到混合物料。(2)在氩气的条件下，将混合物料在温度为1200°C中熔炼10小时，铸成合金锭。(3)在氩气中将合金锭在1000°C中保温4小时。冷却，得到本实施例的储氢合金材料。最后将合金锭粉碎到所需要的粒度即可。表2为本实施例的储氢合金材料Laa59C
eO. 354附3. 482^Ο0. 689^0. 316^1。. 222 的测试结果。表 2
平衡氢压(atm, H/M=0.4,
A:B 循环寿命(IC) 克容量(mAh/g)____45度测量_
5.029__532__342__0.126_
其中，本实施例的储氢合金材料Laa59Cea 354Ni1 482Coa 689Mna316Ala 222比传统的储氢合金的价格便宜4.4元/千克。
实施例三储SL合金材料为Laa 648Cea 297Nii4cilCoa717Mna 345Ala282(I)按质量百分比，称取49. 9%的镍、10. 56%的钴、4. 74%的锰、I. 9%的铝、22. 5%的镧及10. 4%的铈，混合得到混合物料。(2)在氩气的条件下，将混合物料在温度为1500°C中熔炼8小时，铸成合金锭。(3)在氩气中将合金锭在800°C中保温8小时，冷却，得到本实施例的储氢合金材料。最后将合金锭粉碎到所需要的粒度即可。表3为本实施例的储氢合金材料Laa648
CeO. 297NI3. 40lCo0. 717Mn0, 345AI0. 282
的测试结果。表权利要求
1.一种用于镍氢电池的储氢合金材料，其特征在于，按质量百分比，包括49. 9% .51. 1%的镍、10. 16% 10. 56%的钴、4. 34% 4. 74%的锰、I. 5%~ I. 9%的铝、20. 5%~.24. 5%的镧、8. 4% 10. 4%的铈、O 2%的镨及O 2%的钕，其中，所述镨与所述钕的质量和为O 2%。
2.根据权利要求I所述的用于镍氢电池的储氢合金材料，其特征在于，令所述镧、铈、镨及钕的摩尔量之和为A，令所述镍、钴、锰及铝的摩尔量之和为B，则A B = 4. 95 5. I。
3.根据权利要求I所述的用于镍氢电池的储氢合金材料，其特征在于，成分为50.5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、24. 5%的镧及8. 4%的铈。
4.根据权利要求I所述的用于镍氢电池的储氢合金材料，其特征在于，成分为50.5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、22. 5%的镧、9. 4%的铈及1%的镨。
5.根据权利要求I所述的用于镍氢电池的储氢合金材料，其特征在于，成分为50.5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、22. 5%的镧、8. 4%的铈、I %的镨及1%的钕。
6.根据权利要求I所述的用于镍氢电池的储氢合金材料，其特征在于，成分为50.5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、20. 5%的镧、10. 4%的铈、I %的镨及1%的钕。
7.根据权利要求I所述的用于镍氢电池的储氢合金材料，其特征在于，成分为50.5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、23. 5%的镧、8. 4%的铈及I %的钕。
8.根据权利要求I所述的用于镍氢电池的储氢合金材料，其特征在于，成分为50.5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、22. 5%的镧、8. 4%的铈及2%的钕。
9.根据权利要求I所述的用于镍氢电池的储氢合金材料，其特征在于，成分为50.5%的镍、10. 36%的钴、4. 54%的锰、I. 7%的铝、20. 5%的镧、10. 4%的铈及2%的镨。
10.一种储氢合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 按质量百分比，称取49. 9% 51. 1%的镍、10. 16% 10. 56%的钴、4. 34% 4. 74%的锰、I. 5% I. 9%的铝、20. 5% 24. 5%的镧、8. 4% 10. 4%的铈、O 2%的镨及O .2%的钕，混合得到混合物料；其中，所述镨与所述钕的质量和为O 2%。
在惰性气体的条件下，将所述混合物料在温度为1200°C 2000°C中熔炼4小时 10小时,铸成合金锭 '及 在惰性气体中将所述合金锭在600°C 1000°C中保温4小时 10小时，冷却，得到所述储氢合金材料。
全文摘要
一种用于镍氢电池的储氢合金材料，按质量百分比，包括49.9％～51.1％的镍、10.16％～10.56％的钴、4.34％～4.74％的锰、1.5％～1.9％的铝、20.5％～24.5％的镧、8.4％～10.4％的铈、0～2％的镨及0～2％的钕，其中，镨与钕的质量和为0～2％。上述用于镍氢电池的储氢合金材料采用成本较低的稀土金属镧和铈部分取代或是完全取代价格高昂的镨和钕，成本降低了10％～20％，且其1C充放循环寿命为518次～534次、克容量为342mAh/g～346mAh/g，平衡氢压(H/M＝0.4，45度测量)为0.123atm～0.128atm。因此，上述用于镍氢电池的储氢合金材料成本较低且性能较好，可以应用于镍氢电池负极。
文档编号C22C30/00GK102634692SQ20121011735
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者姜龙, 廖兴群, 张立天, 李文良, 杨瑞寒, 杨金洪, 蒋义淳, 蔡小娟, 邹剑平, 钱文连, 陈跃辉 申请人:深圳市豪鹏科技有限公司