高容量稀土鎂基貯氫電極合金

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高容量稀土鎂基貯氫電極合金目前，商業化MH/Ni二次電池的負極活性材料是AB5型混合稀土系儲氫電極合金，該類合金由於受單一CaCu5 型結構的限制，儲氫能力有限，理論電化學容量僅為348 mAh/g，難以滿足MH/Ni二次電池進一步提高能量密度的要求，特別是面對Li-ion 電池的激烈競爭。本項目通過系統研究La-Mg-Ni-Co基貯氫電極合金的成分、結構及其電化學性能的關係，開發出了具有PuNi3型主相結構特徵的稀土鎂基儲氫電極合金，其電化學容量是現有商業化AB5型合金的1.3倍，為進一步提高Ni/MH二次電池的能量密度奠定了基礎。

本專利提出一種新的高容量稀土鎂基貯氫電極合金及其製備方法。隨着球磨時間的增加，合金非晶化程度增大，從而導致放電容量增大。三種非晶合金中，球磨70h的TiNi2合金電極的放電容量最高，為173.3mAh/g。

目錄

二、技術要點

（解決的技術難題、技術指標等）

TiNi合金電極活化相關困難，隨充放電循環進行，放電容量不斷增加，而TiNi和T1Ni2合金電極初始放電容量較高，但循環穩定性不好，放電容量逐漸降低。對球磨70h的三種非晶合金樣品進行相關文檔退火熱處理，晶化後樣品的放電容量均明顯增加，其中TiN1合金電極容量高達289.2mAh/g，但循環穩定性不好，除TiNi外放電容量都急劇下降。電化學性能測試表明，合金電極的動力學性能較好，氫的氧化還原反應控制着電極反應。退火熱處理及延凝聚態物提長球磨時間可使合金電極表現出相對較好的反應活性和放電容量，所有合金電極中，TiNi2的綜合電化學性能較好。主要性能指標可以達到0.2C放電容量370 mAh/g ； 1C循環壽命800次。

三、成果形式

（專利、著作權、新產品、新技術等）

技術、專利

四、應用領域及應用場景

化工材料，可廣泛應用於新能源汽車、儲能裝備、分布式電源等節能裝備和智能裝備中，為各種裝備提供動力電池。

五、當前應用成效

MH/Ni貯氫電極製備方法的研究是拓寬NiMH電池應用領域的關鍵技術。稀土基AB5型貯氫合金，AB2型Laves相貯氫合金，V基固溶體貯氫合金，Mg基貯氫合金等作為氫化物電極材料被發現並進行部分應用。研究表明，傳統方法下，AB5型合金的容量已經接近理論值，進一步提高其容量相當困難。La-Mg-Ni系貯氫合金目前被認為是性能優質且具有良好前景的電極材料合金。學者的研究發現La5Mg2Ni23型合金Lao.7Mgo.3Ni2.8Coo.s的放電容量高達410mAh·g1，並在30次充放電循環中有較好的循環穩定性。RMg2Ni,(R=La、Ce、Pr、Nd、Sm和Gd)合金的結構具有PuNi3型結構。

為了進一步提高La-MgNi系(PuNi型)貯氫合金的循環穩定性，在La2Mg(Ni.sCo.1s)，合金中加入微量的硼，並進行了真空快淬處理，對硼及快淬工藝對合金電化學性能及微觀結構的影響作了較為全面的研究。

經過研究和實際測試表明，導致貯氫合金容量衰減的主要原因是合金在充放電過程中的氧化和粉化。貯氫合金吸氫時必然導致體積膨脹而產生晶格內應力，這是導致貯氫合金粉化的內在驅動力。硼對鑄態合金循環壽命的作用包括兩方面，Ni2B相的形成增加了相界面積，在相界處可能成為吸放氫時應力釋放的緩衝區，從而提高合金的抗粉化能力。快淬處理後，N2B相消失。由於晶粒細化和非晶相的存在能顯著提高合金的抗粉化能力，因此快淬使含硼合金循環壽命提高的主要原因是快淬導致的晶粒細化和非晶相的形成。

六、應用推廣的領域和場景

主要用於高性能Ni/MH動力電池。

七、應用推廣的價值和前景

（產業帶動能力、效率提升能力、市場規模等）

經過行業推廣應用可以有效提升智能裝備的動力，提升電池的壽命和能量密度，具有行業推廣價值。

八、技術優化的方向和途徑

在不同應用場景下進一步測試其穩定性和安全性，提升整體性能和效率，性能指標進一步提高。