镍氢电池负极活性材料、镍氢电池负极的制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有良好高倍率放电性能的镍氢电池负极活性材料以及应用。
【背景技术】
[0002]镍氢电池具有电化学比能量高、耐过充/放电性能好、无记忆效应和环境友好等优点，被称为高能绿色二次电池，已被广泛应用于各类数码产品、笔记本电脑和电动工具等。目前，随着国家大力推行低碳政策和节能减排措施，新能源汽车得到了更为广泛的关注，而作为过渡型产品的混合动力汽车是目前研究的一个热点，其中大多数混合动力汽车采用镍氢动力电池。作为镍氢电池负极活性物质的储氢材料的研究经历了 AB5，AB2，AB型，AB3型等几个阶段，而V基固溶体储氢合金作为第三代新型储氢合金以其较高的理论储氢容量而得到了广泛的关注和研究。
[0003]目前的研究表明，一般的V基固溶体合金不具备电催化活性，研究表明在V基合金中添加适量的金属元素，可以在合金中形成第二相，并呈三维网状分布，这种结构作为电催化剂和微集流体可以改善其电化学活性和充放电能力，但目前V基储氢合金电极的高倍率放电性能普遍较差，为此需在这方面深入研究。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种镍氢电池负极活性材料、镍氢电池负极的制备方法及应用。
[0005]—种镍氢电池负极活性材料，V基固溶体储氢，元素组成为Ti。.4^^0.1VL iNi0.4Cr0.2Mn0.6O
[0006]所述的镍氢电池负极活性材料，在20°C下，放电电流密度600mA/g时，放电容量达到了 245.1 mAh/g，高倍率放电能力(HRD)高达71.5%。
[0007]—种所述的镍氢电池负极的制备方法，负极活性材料Tia4ZraiVuNia4Cra2Mnae^金由纯度多99.9wt%的纯金属按组成配料，Ar气保护下，在真空电弧炉中熔炼而成，合金试样翻转重熔三次，以保证样品的均匀性；将铸态储氢合金机械粉碎成平均粒度180目的合金粉；称取0.75 g羰基Ni粉与0.15g储氢合金粉混合，装入钢模，在油压机上冷压成型制成直径10mm，厚度Imm的圆形负极片。
[0008]所述的Mn金属在高温易挥发，配料开始的时候比终产品实际组分含量多lwt%。
[0009]所述的油压机压力调节到12-14MPa，保压3min后取出圆形负极片。
[0010]一种采用所述的镍氢电池负极活性材料的镍氢电池，所述镍氢电池的负极采用所述的镍氢电池负极活性材料制备，正极为高容量的烧结式Ni (0H)2/Ni00H。
[0011]本发明的有益效果是通过合理的元素配比，制备出了高倍率放电性能优良的镍氢电池负极活性材料，在20°C下，放电电流密度600mA/g时，放电容量达到了 245.1 mAh/g，高倍率放电能力(HRD)达到了 71.5%。
【附图说明】
[0012]图1为放电电流密度与放电容量(a部分)和HRD (b部分)之间的关系(20°C );
图2为Ti。.JraiV1.Pia4Crll2Mna6合金的XRD图谱。由图可见该合金由BCC结构的主相和CHLaves型结构的第二相组成；
图3为Ti。.JraiVuNia4Crll2Mnae^金的扫描电镜图片。由图可见该合金由两相组成，这与XRD分析的结果基本一致。第二相CHLaves相沿着BCC主相的晶界析出，形成网状结构，这一结构可在充放电过程中，起到电催化相和微集流体的作用。
【具体实施方式】
[0013]Ti。.JraiV1.Pia4Cra2Mna6合金由纯金属(纯度彡99.9wt%)按组成配料(由于锰在高温易挥发，所以配料的时候比实际含量多lwt%)，在真空电弧炉中(Ar气保护下)熔炼而成，合金试样翻转重熔多次(一般3次)，以保证样品的均匀性。将铸态储氢合金机械粉碎成平均粒度180目的合金粉。称取0.75 g羰基Ni粉与0.15g储氢合金粉混合，装入钢模，在油压机上冷压成型(压力调节到12-14MPa，保压3min后取出)，制成直径约10mm，厚度约Imm的圆形电极片。
[0014]本发明合金组成与本研究组在2014年发表于材料科学与工程学报的《Ti。.4Zr。.J1.^na5Nia4Crx(x=0，0.1, 0.2, 0.3)储氢合金的微观结构和电化学性能》中的Tia4ZraiVhlMna5Nia4Cra2合金的组成较为相似，比较而言，本发明 Ti。.JraiVhlNia4Crll2Mna6合金在放电电流密度为480 mA/g时，高倍率放电性能HRD为78.6%高于Ti。.4Zr0.J1.!Mn0.5Ni0.4Cr0.2合金的70.7 %，并在放电电流密度为600 mA/g时仍能达到71.5%ο但Tia4Zr。.J1.^na8Ni0.4Cr。.2合金的高倍率放电性能已大幅下降(具体数据未公开)，故Ti。.4Zr0.^1.1N1.4Cr。.2Mna6合金的组成配比更有利于合金的高倍率放电性能。
[0015]储氢电极合金的电化学性能测试在开口三电极系统中进行，其中负极为待测的储氢合金电极，正极为高容量的烧结式Ni (0H)2/Ni00H，其电化学容量远高于研究电极的理论容量，参比电极为Hg/HgO，电解液是6mol/L的KOH溶液，在正极与负极室之间设有隔膜，以防止正极上产生的氧气扩散到储氢合金电极表面。组成模拟电池后，将其置于20°C恒温水浴中进行测试。储氢电极的电化学性能测试采用恒电流充放电方法进行，充电电流密度为60mA/g，截至电压为0.8V，测试仪器为DC- 5型电池测试仪，并与计算机进行连接，测试结果由计算机自动采集并记录。结果如图1所示。在20°C下，放电电流密度600mA/g时，放电容量达到了 245.1 mAh/g，高倍率放电能力(HRD)达到了 71.5%。
[0016]合金物相分析在日本产的D/max-2500/pc X-射线衍射仪上进行，Cu-K α福射，阶梯扫描参数为4° /min，40KV，200mA。合金的分析图谱如图2所示。
[0017]合金的表面形貌分析由日本产的KYKY-2800型扫描电子显微镜完成。分析结果如图3所示。
【主权项】
1.一种镍氢电池负极活性材料，其特征是:V基固溶体储氢，元素组成为Ti。.4ΖΓ0.1VL iNi0.4Cr0.2Mn0.6O2.根据权利要求1所述的镍氢电池负极活性材料，其特征是:在20°C下，放电电流密度600mA/g时，放电容量达到了 245.1 mAh/g，高倍率放电能力(HRD)高达71.5%。3.一种根据权利要求1所述的镍氢电池负极的制备方法，其特征是:负极活性材料TiaZr0.1VuNit^Crt^Mn。』合金由纯度彡99.9wt%的纯金属按组成配料，Ar气保护下，在真空电弧炉中熔炼而成，合金试样翻转重熔三次，以保证样品的均匀性；将铸态储氢合金机械粉碎成平均粒度180目的合金粉；称取0.75 g羰基Ni粉与0.15g储氢合金粉混合，装入钢模，在油压机上冷压成型制成直径10mm，厚度1mm的圆形负极片。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述的Μη金属在高温易挥发，配料开始的时候比终产品实际组分含量多lwt%。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述的油压机压力调节到12-14MPa，保压3min后取出圆形负极片。6.一种采用权利要求1所述的镍氢电池负极活性材料的镍氢电池，其特征是:所述镍氢电池的负极采用所述的镍氢电池负极活性材料制备，正极为高容量的烧结式Ni (0H)2/Ni00Ho
【专利摘要】本发明公开了一种镍氢电池负极活性材料、镍氢电池负极的制备方法及应用。镍氢电池负极活性材料组成为Ti0.4Zr0.1V1.1Ni0.4Cr0.2Mn0.6，它是通过元素配比，并在熔炼炉中熔炼，并进行粉碎，然后制成模拟电池，进行电化学性能测试，结果表明在20℃下，放电电流密度600mA/g时，放电容量达到了245.1？mAh/g，高倍率放电能力（HRD）高达71.5%。
【IPC分类】H01M4/1395, H01M10/34, H01M4/38
【公开号】CN105355895
【申请号】CN201510691790
【发明人】杭州明, 邴智刚, 翁文翔, 许恒
【申请人】浙江省质量检测科学研究院
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月23日