高容量稀土镁基贮氢电极合金

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高容量稀土镁基贮氢电极合金目前，商业化MH/Ni二次电池的负极活性材料是AB5型混合稀土系储氢电极合金，该类合金由于受单一CaCu5 型结构的限制，储氢能力有限，理论电化学容量仅为348 mAh/g，难以满足MH/Ni二次电池进一步提高能量密度的要求，特别是面对Li-ion 电池的激烈竞争。本项目通过系统研究La-Mg-Ni-Co基贮氢电极合金的成分、结构及其电化学性能的关系，开发出了具有PuNi3型主相结构特征的稀土镁基储氢电极合金，其电化学容量是现有商业化AB5型合金的1.3倍，为进一步提高Ni/MH二次电池的能量密度奠定了基础。

本专利提出一种新的高容量稀土镁基贮氢电极合金及其制备方法。随着球磨时间的增加，合金非晶化程度增大，从而导致放电容量增大。三种非晶合金中，球磨70h的TiNi2合金电极的放电容量最高，为173.3mAh/g。

目录

二、技术要点

（解决的技术难题、技术指标等）

TiNi合金电极活化相关困难，随充放电循环进行，放电容量不断增加，而TiNi和T1Ni2合金电极初始放电容量较高，但循环稳定性不好，放电容量逐渐降低。对球磨70h的三种非晶合金样品进行相关文档退火热处理，晶化后样品的放电容量均明显增加，其中TiN1合金电极容量高达289.2mAh/g，但循环稳定性不好，除TiNi外放电容量都急剧下降。电化学性能测试表明，合金电极的动力学性能较好，氢的氧化还原反应控制着电极反应。退火热处理及延凝聚态物提长球磨时间可使合金电极表现出相对较好的反应活性和放电容量，所有合金电极中，TiNi2的综合电化学性能较好。主要性能指标可以达到0.2C放电容量370 mAh/g ； 1C循环寿命800次。

三、成果形式

（专利、著作权、新产品、新技术等）

技术、专利

四、应用领域及应用场景

化工材料，可广泛应用于新能源汽车、储能装备、分布式电源等节能装备和智能装备中，为各种装备提供动力电池。

五、当前应用成效

MH/Ni贮氢电极制备方法的研究是拓宽NiMH电池应用领域的关键技术。稀土基AB5型贮氢合金，AB2型Laves相贮氢合金，V基固溶体贮氢合金，Mg基贮氢合金等作为氢化物电极材料被发现并进行部分应用。研究表明，传统方法下，AB5型合金的容量已经接近理论值，进一步提高其容量相当困难。La-Mg-Ni系贮氢合金目前被认为是性能优质且具有良好前景的电极材料合金。学者的研究发现La5Mg2Ni23型合金Lao.7Mgo.3Ni2.8Coo.s的放电容量高达410mAh·g1，并在30次充放电循环中有较好的循环稳定性。RMg2Ni,(R=La、Ce、Pr、Nd、Sm和Gd)合金的结构具有PuNi3型结构。

为了进一步提高La-MgNi系(PuNi型)贮氢合金的循环稳定性，在La2Mg(Ni.sCo.1s)，合金中加入微量的硼，并进行了真空快淬处理，对硼及快淬工艺对合金电化学性能及微观结构的影响作了较为全面的研究。

经过研究和实际测试表明，导致贮氢合金容量衰减的主要原因是合金在充放电过程中的氧化和粉化。贮氢合金吸氢时必然导致体积膨胀而产生晶格内应力，这是导致贮氢合金粉化的内在驱动力。硼对铸态合金循环寿命的作用包括两方面，Ni2B相的形成增加了相界面积，在相界处可能成为吸放氢时应力释放的缓冲区，从而提高合金的抗粉化能力。快淬处理后，N2B相消失。由于晶粒细化和非晶相的存在能显著提高合金的抗粉化能力，因此快淬使含硼合金循环寿命提高的主要原因是快淬导致的晶粒细化和非晶相的形成。

六、应用推广的领域和场景

主要用于高性能Ni/MH动力电池。

七、应用推广的价值和前景

（产业带动能力、效率提升能力、市场规模等）

经过行业推广应用可以有效提升智能装备的动力，提升电池的寿命和能量密度，具有行业推广价值。

八、技术优化的方向和途径

在不同应用场景下进一步测试其稳定性和安全性，提升整体性能和效率，性能指标进一步提高。