一种Ni制造技术

本发明专利技术公开了一种Ni

A kind of Ni

【技术实现步骤摘要】
一种Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金及其制备方法
本专利技术属于电池及电池储氢材料
，具体涉及一种Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金及其制备方法。
技术介绍
镍氢电池具有安全性好、无污染、能量密度高、倍率性能好、无记忆效应等优点，成为目前最具发展前景的“绿色能源”电池之一，在节能与新能源汽车、风光储能等战略性产业中有着广泛的应用。目前，采用高倍率性能镍氢电池的混合动力汽车(如ToyotaPruis)全球总销量已超过1200万辆。在众多商用镍氢电池中，AB5型储氢合金最早被用于电极材料，对其研究也最为广泛，其实际开发的容量已达理论极限，并已成功实现商业化。尽管AB5型合金具有较高倍率放电能力，但是其潜力仍没有得到充分发挥，高倍率放电能力、倍率稳定性、寿命和抗过充能力还有极大提升空间。因此研究者采用元素替代、热处理及表面改性等手段，通过改变合金的晶体结构、表面组成和形貌来提高储氢合金的表面电化学催化活性，从而提高合金电极的电化学性能。然而合金电极的倍率性能不仅与合金表面催化活性有关，还与氢原子在合金内部的扩散有着密切的联系，仅依靠目前的手段来提高合金电极的表面催化活性远不能满足商用镍氢电池倍率性能的需求。改进的重心应更侧重于提高氢原子在合金内部的扩散动力学。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，针对提高镍氢电池电极材料内部氢扩散能力，提供一种用作AB5型镍氢电池用储氢合金负极材料的Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金及其制备方法。通过化学计量比(5.03≤B/A≤5.34)的成分设计结合感应熔炼及退火工艺，在熔炼冷却及退火过程中弥散析出Ni2MnAl增强相，来提高合金的相界密度、降低氢化物的稳定性，从而提高合金氢扩散系数，获得兼顾寿命性能的高倍率储氢合金。因此，本专利技术的第一个目的是提供一种Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金，其结构通式为：La(3.02～3.10)xCexZrySm(1-(4.02～4.10)x-y)NizCouMnvAlw，其中0.16≤x≤.0.22，0.02≤y≤0.03，5.03≤z+u+v+w≤5.34，0.16≤u≤0.17，0.24≤v≤0.27，0.34≤w≤0.37。本专利技术的Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金，所述的A优选为La、Ce、Sm和Zr元素，所述的B优选为Ni、Co、Mn和Al元素。优选，所述的Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金，其结构式为：La0.6575Ce0.213Sm0.1039Zr0.0255Ni4.3166Co0.1655Mn0.2542Al0.35。本专利技术的第二个目的是提供所述的Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金的制备方法，包括以下步骤：a.将金属La、Ce、Zr、Sm、Ni、Co、Mn和Al按照通式La(3.02～3.10)xCexZrySm(1-(4.02～4.10)x-y)NizCouMnvAlw中各元素的物质的量比配料，置于感应熔炼炉坩埚中，抽真空后充入保护性气体至炉内压强为0.05～0.07MPa，于1400℃～1600℃熔炼0.5～1.5h，得到金属熔炼液；将金属熔炼液注入水冷锭模，冷却，得到合金铸锭；所述的通式La(3.02～3.10)xCexZrySm(1-(4.02～4.10)x-y)NizCouMnvAlw中，0.16≤x≤.0.22，0.02≤y≤0.03，5.03≤z+u+v+w≤5.34，0.16≤u≤0.17，0.24≤v≤0.27，0.34≤w≤0.37；b.将步骤a的合金铸锭置于保护性气体气氛管式炉中，抽真空后充入保护性气体至炉内压强为0.05～0.08MPa，于1000℃～1100℃退火10～20h，随炉冷却至500℃后风冷，得到Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金。优选，所述的制备方法，所述的步骤a中是于1550℃熔炼0.5h；所述的步骤b中是于1000℃退火10h。优选，所述的保护性气体为氩气、氦气、氮气、氖气、氙气或氡气中的一种或两种的混合气体。优选，所述的制备方法，在感应熔炼、冷却和退火过程中弥散析出Ni2MnAl增强相。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术固定金属镧(La)和铈(Ce)的比例为3.02～3.10以满足电极材料的耐过充性能；对A侧进行金属钐(Sm)元素的部分替代，即Sm原子物质的量相对于A侧元素原子物质的量比占10.3％～30.5％以缓解低钴(Co)带来的寿命降低问题；A侧元素中通过添加相对于A侧元素原子物质的量比为2～3％的锆(Zr)来促进形核；B侧元素镍(Ni)：钴(Co)：锰(Mn)：铝(Al)的原子物质的量比为：4.27～4.54：0.16～0.17：0.24～0.27：0.34～0.37进行多元合金化以提高循环稳定性和经济性；通过调整A侧元素和B侧元素的比例并满足5.03≤B/A≤5.34来保证AB5相的含量并获得一定丰度的弥散型Ni2MnAl增强相；通过Sm与La和Ce的比例变化来调节平衡压。采用满足La(3.02～3.10)xCexZrySm(1-(4.02～4.10)x-y)NizCouMnvAlw，其中0.16≤x≤.0.22，0.02≤y≤0.03，5.03≤z+u+v+w≤5.34，0.16≤u≤0.17，0.24≤v≤0.27，0.34≤w≤0.37通式的金属镧(La)、铈(Ce)、锆(Zr)、钐(Sm)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)和铝(Al)进行感应熔炼制备低Co、无Pr和Nd、Sm替代的Ni2MnAl相增强型AB5镍氢电池负极材料，并通过1000℃～1100℃，10～20h退火处理，保证Sm替代的AB5镍氢电池负极材料中成分的均匀性并弥散析出Ni2MnAl增强相。本专利技术的原料价格便宜，极大地降低了高倍率镍氢电池负极材料的价格；通过提高B侧元素的比例，固定A侧金属La：Ce比，用Sm部分替代La和Ce元素，在充分保持AB5主相含量的同时获得一定丰度的Ni2MnAl增强相，提高了合金的相界密度、降低了氢化物的稳定性。制备得到的Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金因显著增加了氢原子的扩散通道(相界密度)，降低了氢化物的稳定性，高倍率放电性能得到明显提高。附图说明图1是实施例1的储氢合金La0.6575Ce0.213Sm0.1039Zr0.0255Ni4.3166Co0.1655Mn0.2542Al0.35的XRD及精修结果。图2是实施例1的储氢合金La0.6575Ce0.213Sm0.1039Zr0.0255Ni4.3166Co0.1655Mn0.2542Al0.35的背散射图像和能谱结果。图3是实施例1的储氢合金La0.6575Ce0.213Sm0.1039Zr0.0255Ni4.3166Co0.1655Mn0.2542Al0.35的高倍率放电性能及其倍率稳定性。...

【技术保护点】
1.一种Ni

【技术特征摘要】
1.一种Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金，其特征在于，其结构通式为：La(3.02～3.10)xCexZrySm(1-(4.02～4.10)x-y)NizCouMnvAlw，其中0.16≤x≤.0.22，0.02≤y≤0.03，5.03≤z+u+v+w≤5.34，0.16≤u≤0.17，0.24≤v≤0.27，0.34≤w≤0.37。


2.根据权利要求1所述的Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金，其特征在于，所述的A为La、Ce、Sm和Zr元素，所述的B为Ni、Co、Mn和Al元素。


3.根据权利要求1所述的Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金，其特征在于，其结构式为：La0.6575Ce0.213Sm0.1039Zr0.0255Ni4.3166Co0.1655Mn0.2542Al0.35。


4.一种权利要求1所述的Ni2MnAl相增强的镍氢电池用AB5型储氢合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将金属La、Ce、Zr、Sm、Ni、Co、Mn和Al按照通式La(3.02～3.10)xCexZrySm(1-(4.02～4.10)x-y)NizCouMnvAlw中各元素的物质的量比配料，置于感应熔炼炉坩埚中，抽真空后充入保护性气...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵德，欧阳柳章，蒋文斌，陈敏，朱敏，
申请(专利权)人：四会市达博文实业有限公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44