CN1056249C - 电动车用镍－－氢化物二次电池储氢合金材料 - Google Patents

电动车用镍－－氢化物二次电池储氢合金材料 Download PDF

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Abstract

本发明是一种电动车用镍-氢化物二次电池储氢合金材料，该合金由混合稀土Mm与元素Ni，Co，Zr，Nb，Li，Mn，B和Al组成。该合金在MmNiCoMnAl五元合金的基础上加入Zr，Nb，Li等元素，可以改变合金的结构，提高合金的强度和抗粉化能力，抑制材料的进一步氧化，并对电池的正极具有良好的保护作用，使储氢合金材料具备优良的电化学性能，达到1000次以上的循环寿命，从而满足了电动车电池对合金材料的要求。

Description

电动车用镍——氢化物二次电池储氢合金材料
本发明涉及合金材料，特别是一种用于电动车的镍——氢化物二次电池储氢合金材料。
电动车的开发与应用是解决世界性石油危机与环境污染的重要途径。要使电动车满足使用要求，应达到：一次充电行程200公里以上，时速可达80公里/小时，并且驱动电池可使用1000循环。然而，这种具有比能量高，可高率放电，寿命大于1000次等综合电性能优良的电池正是电动车研究的关键。
在众多二次电池中，镍——氢化物电池，可以快速充电，具有很大的电化学容量，很高的重量比能量，并且无污染，可高倍率放电，无记忆效应。因此，是电动车的首选电池。众所周知，制作镍——氢化物二次电池的关键是优质的储氢合金材料。目前，已开发的储氢合金材料主要是：稀土系、钛系、镁系和钙系、而可应用于电池生产的仅有稀土系储氢合金材料。例如AA型5号电池，使用MmNiMnCoAl五元合金，虽然电池的最高容量可达1300mAH，重量比能量达55WH/Kg，但其循环寿命很短，远不能满足电动车对储氢合金材料的要求。
本发明的目的旨在克服现有技术中的缺点，而提出一种电化学容量高，寿命长的电动车用镍——氢化物二次电池储氢合金材料，以满足电动车的使用要求。
本发明的目的可以通过下述技术方案实现。
电动车用镍——氢化物二次电池储氢合金材料由混合稀土MmNi5-t与添加元素Zrx，Nby，Llz MnuBv和Alw组成，原子百分比t，x+y+z+u+v+w，其中：
        x            0.001-0.8；
        y            0.001-0.5；
        z            0.001-0.2；
        u            0.001-0.5；
        v            0.001-0.3；
        w            0.001-0.5。
本发明合金材料在添加元素中还可以加入Cos，Co与Zr，Nb，Li，Mn，B，Al的原子百分比之和，即s+x+y+z+u+v+w＝t。s的原子百分比为0.001-1。
将本发明的上述各合金成分在中频感应加热炉中冶炼成合金锭，并用锷式粉碎机将其粉碎成Φ6-Φ8mm的合金颗粒，然后再用振动磨粉机磨成Φ28-Φ35μm的合金粉末，即可来制作镍——氢化物二次电池的负极板栅。
本发明为了提高合金材料的寿命、采用了加入Zr，Nb等高熔点金属元素的方法。Zr和Nb加入，以金属化合物的形式存在于材料的晶界与相界，改变了合金的结构，提高了合金抗粉化的能力。但是Zr，Nb的加入，在材料的强度提高的同时，也给合金粉的加工带来困难。为此，我们加入Li，它不仅可以溶于晶界、相界，形成氢氧化物，抑制材料的进一步氧化，而且微量溶出的Li所形成的氢氧化物对电池正极还具有优良的保护作用。总之，本发明的储氢合金材料，具有很高的电化学性能，高于1000次的循环寿命。
本发明中，合金MmNi5-tCosZrxNbyLizMnuBvAlw的较好的原子百分比为：
        s            0.001-0.5；
        x            0.001-0.2；
        y            0.001-0.2；
        z            0.001-0.1；
        u            0.001-0.2；
        v            0.001-0.2；
        w            0.001-0.3。
本发明可以有很多实施例如：
合金由：MmNi4Co0.2Zr0.05Nb0.07Li0.08Mn0.2B0.1Al0.3组成。
合金由：MmNi3.8Co0.5Zr0.08Nb0.05Mn0.2Al0.2Li0.07B0.1组成。
合金由：MmNi4Co0.25Zr0.1Nb0.1Li0.05B0.05Mn0.25Al0.2组成。
合金由：MmNi4.2Zr0.1Nb0.1Li0.08B0.1Mn0.2Al0.22组成。
合金由：MmNi3.8Co0.4Zr0.05Nb0.05Mn0.3Li0.05B0.05Al0.3组成。
合金由：MmNi4Zr0.2Nb0.2Li0.08B0.2Mn0.3Al0.02组成。
合金由：MmNi4.3Zr0.1Co0.2Nb0.1Li0.05B0.050Mn0.1Al0.1组成。
合金由：MnNi4.2Co0.2Zr0.1Nb0.1B0.05Li0.05Mn0.2Al0.1组成。
此外，下列表格中给出了一些实施例及其分别制成电池负极板栅后所测得的实验数据。
元素 Mm    Ni     Co     Zr      Nb      Li    Mn      B       Al    电化学容   循环500次容量   循环1000次容量
                                                                                0.2C放电深度    0.2C放电深度合金                                                                     量mAH/g    100％mAH/g      80％mAH/g
1    1     3.8    0.5    0.08    0.05    0.07  0.2     0.1     0.2     268          238             216
2    1     4      0.25   0.1     0.1     0.05  0.25    0.05    0.2     282          263             252
3    1     4.2    -      0.1     0.1     0.08  0.2     0.1     0.22    276          236             212
4    1     3.8    0.4    0.05    0.05    0.05  0.3     0.05    0.3     268          231             212
5    1     4      0.2    0.2     0.1     0.05  0.2     0.1     0.15    280          231             211
6    1     4.2    0.1    0.1     0.1     0.1   0.2     0.1     0.1     276          221             198
7    1     4      0.3    0.08    0.08    0.04  0.2     0.1     0.2     281          263             248
8    1     3.8    0.4    0.1     0.1     0.05  0.3     0.05    0.3     278          262             236
9    1     4.4    0.2    0.05    0.05    0.05  0.1     0.05    0.1     292          268             24310    1     4.4    -      0.1     0.1     0.05  0.2     0.05    0.1     294          242             20311    1     4.4    -      0.15    0.15    0.05  0.1     0.05    0.1     293          242             22412    1     3 8    -      0.8     0.3     0.05  -       -       0.05    262          243             23813    1     3.8    -      0.3     0.5     0.05  0.1     0.05    0.2     258          232             21814    1     3.8    -      0.2     0.2     0.05  0.2     0.15    0.4     262          222             21815    1     4      -      0.1     0.1     0.05  0.3     0.15    0.3     278          242             21616    1     4      -      0.2     0.1     0.05  0.3     0.05    0.3     276          232             212

Claims (11)

1、一种电动车用镍——氢化物二次电池储氢合金材料，其特征在于合金材料由混合稀土MmNi5-t与添加元素Zrx，Nby，LlzMnuBv和Alw组成，原子百分比t＝x+y+z+u+v+w，其中：
        x            0.001-0.8；
        y            0 001-0.5；
        z            0.001-0.2；
        u            0.001-0.5；
        v            0.001-0.3；
        w            0.001-0.5。
2、按照权利要求1所述的合金材料，其特征在于添加元素中还可以有Cos，各元素的原子百分比t＝x+y+z+u+v+w+s；s为0.001-1。
3、按照权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于各元素的原子百分比为：
        s            0.001-0.5；
        x            0.001-0.2；
        y            0.001-0.2；
        z            0.001-0.1；
        u            0.001-0.2；
        v            0.001-0.2；
        w            0.001-0.3。
4.按照权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于合金的组成为：MmNi4Co0.2Zr0.05Nb0.07Li0.08Mn0.2B0.1Al0.3。
5、按照权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于合金的组成为：MmNi3.8Co0.5Zr0.08Nb0.05Mn0.2Al0.2Li0.07B0.1。
6、按照权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于合金的组成为：MnNi4Co0.25Zr0.1Nb0.1Li0.05B0.05Mn0.25Al0.2。
7、按照权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于合金的组成为：MmNi4.2Zr0.1Nb0.1Li0.08B0.1Mn0.2Al0.22。
8、按照权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于合金的组成为：MmNi3.8Co0.4Zr0.05Nb0.05Mn0.3Li0.05B0.05Al0.3。
9、按照权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于合金的组成为：MmNi4Zr0.2Nb0.2Li0.08B0.2Mn0.3Al0.02。
10、按照权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于合金的组成为：MmNi4.3Zr0.1Co0.2Nb0.1Li 0.05B0.050Mn0.1Al0.1。
11、按照权利要求1或2所述的合金材料，其特征在于合金的组成为：MmNi4.2Co0.2Zr0.1Nb0.1B0.05Li0.05Mn0.2Al0.1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1062057A (zh) * 1991-12-28 1992-06-17 南开大学 储氢合金电极
CN1078268A (zh) * 1992-04-30 1993-11-10 中国科学院上海冶金研究所 氢电极用储氢合金及其熔炼方法

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