一種釔-鎳稀土系儲氫合金及含該儲氫合金的二次電池的製作方法

2023-07-09 02:51:56

一種釔-鎳稀土系儲氫合金及含該儲氫合金的二次電池的製作方法
【專利摘要】本發明的一種釔-鎳稀土系儲氫合金及含該儲氫合金的二次電池，涉及一種AB3型RExYyNiz-a-bMnaAlb儲氫電極合金。所述合金具有良好的活化性能、倍率放電能力、充放電或吸放氫循環穩定性，可以在較寬的溫度範圍內使用，自放電小，其最高電化學容量可達360mAh·g-1以上。該合金作為儲氫電極的電化學性能以及作為儲氫材料的氣相吸放氫性能優於傳統LaNi5型儲氫合金，其組成中不含鎂元素，與稀土-鎂-鎳系AB3型儲氫合金相比，製造方法簡單且安全。
【專利說明】-種紀-鎮稀±系儲氨合金及含該儲氨合金的二次電池

【技術領域】
[OOOU 本發明設及一種AB3型RE-Y-NiMnAl儲氨合金。

【背景技術】
[0002] 儲氨合金是上世紀60年代末發現的一類具有高存儲氨密度的功能材料，已有儲 氨合金從組成上大致可分為六類；稀上系ABs型如LaNi 5;儀系如Mg2Ni、MgNi、La2Mgi7;稀 ± -儀-鑲系 AB3_4型如 La sMgNig，LasMg2Ni23, LasMgNiw;鐵系 AB 型如 TiNi、TiFe ;錯、鐵系 Laves 相 AB2型如 ZrNi 2;飢系固溶體型如（Va.gTia.i)i_xFex。
[0003] 目前廣泛使用的儲氨材料是LaNig型儲氨合金。該合金主要用作金屬氨化物-鑲 二次電池（MH/Ni)的負極材料，其理論電化學容量為373mAh，g^，實際應用的商品負極材料 Mm(NiCoMnAl)e(其中Mm為混合稀±金屬）的最大容量大約350mAh ? g^。為了開發電化學 性能更好或儲氨量更大的儲氨合金，對儀基合金的研究給予了高度的重視。儀基儲氨合金 材料的理論電化學容量高，尤其是稀± -儀-鑲系ABs型、A 2B7型、A sBi9型儲氨合金的研究 取得了重要進展，並進入產業化應用階段。錯、鐵系W及飢系儲氨材料由於活化困難、成本 太高等原因都未被廣泛應用。
[0004] 文獻《An electrochemical s1:udy of new Lai-xCeANig (0《X《1) hydrogen storage alloys》巧lectrochimica Acta，46(2001) ;2385-2393)和文獻《New ternary intermetallic compounds belonging to the R-Y-Ni(R = La， Ce)system as negative electrodes for 化-MH batteries》（Journal of Alloys and Compounds,330-332(2002); 782-786)報導了 AB3型La-Y-Ni儲氨合金，但合金中不含有Mn和A1元素，且儲氨容量最高 只有 260mAh ? g-1。
[0005] 目前廣泛研究的AB3型稀±-儀-鑲系儲氨合金中Mg元素為主成分之一。如 CN102660700A公開了一種ABg型儲氨合金及製備方法。AB 3型儲氨合金的化學式為；La。.35 Pr〇.3〇MgxNi2.9〇Al〇.3〇,其中X = 0. 30?0. 35。該專利合金成份中不含有Y元素，但必需含有 Mg元素，由於活潑金屬元素儀的蒸汽壓高，使得製造難度增大，合金成分難W控制，同時揮 發的微細儀粉易燃易爆而存在安全隱患。


【發明內容】

[0006] 本發明旨在提供一種不含有Mg元素的稀±系儲氨合金，W克服現有技術中的不 足。
[0007] 本發明設及一種通式為RExYyNi,_,_bMn,Alb的稀±系儲氨合金，其中，RE = La、Ce、 Pr、Nd、Sm、Gd 中的一種或幾種元素，x > 0, y > 0. 5, x+y = 3 ;9. 5 > z > 8. 5 (z = 9 時為 化學計量比ABs型；z聲9時為非化學計量比AB 3型），3. 5 > a+b > 0。
[000引進一步地，RE元素優選的含量範圍為0. 5?2. 0 ;
[0009] 進一步地，Mn元素優選的含量範圍為0. 5?2. 0 ;
[0010] 進一步地，A1元素優選的含量範圍為0. 2?1. 0。
[0011] 採用高溫烙煉-快澤法製備合金，其工藝過程如下所述：組成中各單質金屬或中 間合金原料的純度均> 99. 0%，按照化學分子式配比計算並準確稱取各原料，將原料依次 放入Al2〇3相蝸，抽真空至3. OPa，充入惰性氣體Ar至0. 055MPa。升溫烙煉，保溫約6min後 速凝。速凝銅漉線速度為3. 4m/s。銅漉常通冷卻水，冷卻水溫25°C。易燒損原料需適量增 加配比，增加比例如下表：
[0012]

【權利要求】
1. 一種稀土系儲氫合金，其特徵在於：組成通式為RExYyNiz_a_bMnaAlb，其中RE為La、Ce、 Pr、Nd、Sm、Gd中的一種或幾種元素；x> 0,y多 0? 5,x+y= 3 ;9. 5 >z多 8. 5 ;3. 5 ^a+b > 0〇
2. 如權利要求1所述的一種稀土系儲氫合金，其特徵在於：2. 0多x多0. 5。
3. 如權利要求1或2所述的一種稀土系儲氫合金，其特徵在於：2. 0多a多0. 5。
4. 如權利要求1或2所述的一種稀土系儲氫合金，其特徵在於：1. 0多b多0. 2。
5. 如權利要求1或2所述的一種稀土系儲氫合金，其特徵在於：z= 9。
6. 如權利要求1所述的一種稀土系儲氫合金，其特徵在於：2. 0多x多0. 5， 2. 0 多a多 0. 5,1. 0 多b多 0. 2,z= 9。
7. -種稀土系儲氫合金的製備方法，其特徵在於：按照化學分子式配比計算並準確稱 取各單質金屬原料，原料純度均大於99. 0% ;將原料放入A1203坩堝，抽真空至3.OPa，充入 惰性氣體Ar至0. 055MPa;升溫熔煉，保溫約6min後速凝，速凝銅輥線速度為3. 4m/s，銅輥 常通冷卻水，冷卻水溫25 °C。
8. 如權利要求7所述的一種稀土系儲氫合金的製備方法，其特徵在於：在速凝步驟結 束後，合金在真空或惰性氣體保護下，750°C下退火熱處理8h。
9. 一種儲氫合金電極，其特徵在於以權利要求1-6中任一項所述的稀土系儲氫合金作 為儲氫介質。
10. -種二次電池，其特徵在於含有權利要求9所述的儲氫合金電極。
【文檔編號】C22C30/00GK104513925SQ201410427281
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】閆慧忠, 李寶犬, 熊瑋, 王利, 李金
申請人:包頭稀土研究院, 瑞科稀土冶金及功能材料國家工程研究中心有限公司, 天津包鋼稀土研究院有限責任公司