掺杂的A5B19型含钐储氢合金、电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种掺杂的A

【技术实现步骤摘要】
掺杂的A5B19型含钐储氢合金、电池及制备方法
本专利技术涉及一种掺杂的A5B19型含钐储氢合金、电池及制备方法。
技术介绍
稀土储氢合金作为重要的能源储存和转换材料，与氢反应生成金属氢化物，在特定温度及压力条件下可大量吸氢和放氢，且吸/放氢反应快、可逆性优良，能够实现氢能的规模化开发与利用。稀土储氢合金由于具有优良的电化学性能，已广泛应用于新能源汽车、通讯基站储备电源和便携式电动工具等领域中。AB3-3.8型La-Mg-Ni系稀土储氢合金具有较高的电化学容量(约380mAh/g)，但其组成中金属Mg的熔点较低，饱和蒸汽压较高，使得冶金熔炼时极易挥发和产生粉尘爆炸，不仅给制备合金带来很大的安全隐患，同时对控制Mg含量与相组成以及电极与电池性能的一致性带来较大困难。CN101376941A公开了一种贮氢合金，该贮氢合金的组分式为LaaM(1-a)NixCuyFezCouMnvAlw表示的组成，其中M表示除镧之外的稀土金属中的至少两种，a、x、y、z、u、v、w分别为La、Ni、Cu、Fe、Co、Mn和Al的摩尔分数；0.5≤a≤0.8，2.6≤x≤3.2，0.5≤y≤0.9，0.1≤z≤0.2，0.05≤u≤0.1，0.4≤v≤0.6，0.2≤w≤0.4，4.8≤x+y+z+u+v+w≤5.3。该贮氢合金最大放电容量不佳，活化周期较长。CN108172807A公开了一种多元素单相A5B19型超晶格储氢合金电极材料，该储氢合金材料的化学组成为La1-a-b-c-d-ePraNdbSmcGddMgeNik-x-y-zCoxAlyMnz，式中，a、b、c、d、e、k、x、y和z表示摩尔比，其数值范围为：0≤a≤0.05，0≤b≤0.15，0≤c≤0.20，0≤d≤0.05，0.16≤e≤0.30，3.65≤k≤3.80，0≤x≤0.20，0.05≤y≤0.20，0≤z≤0.20。该贮氢合金电极材料含有金属元素Mg，提高了其电化学性能，但是该储氢合金的使用寿命较低；而且在金属冶炼过程中增加了制备成本，具有很大的安全隐患。CN108048693A公开了一种A5B19型贮氢合金，化学组成为La0.6Sm0.2Mg0.2Ni3.6-xCoxAly，其中x和y表示摩尔比，x＝0、0.3、1或1.5；y＝0或0.2。该贮氢合金含有金属元素Mg，提高了最大放电容量，但是其第100次循环的容量和电化学活化性能均不高。CN104513925B公开了一种2H型A5B19贮氢合金电极材料，其化学组成为LaxMyMgzNir，式中x、y、z、r为各原子比，且0.6≤x≤0.7、0.1≤y≤0.2、0.1≤z≤0.20、3.70≤r≤3.85；所述M为稀土元素Pr、Nd、Sm或Gd中的一种。该贮氢合金电极材料含有金属元素Mg。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本申请的专利技术人进行了深入研究。本专利技术的一个目的在于提供一种掺杂的A5B19型储氢合，该储氢合金的具有优异的电化学活化性能和最大放电容量；进一步地，该储氢合金的使用寿命较长。本专利技术的另一个目的在于提供上述储氢合金的制备方法。本专利技术的再一个目的在于提供一种电池。本专利技术采用如下技术方案实现上述目的。一方面，本专利技术提供一种掺杂的A5B19型含钐储氢合金，其具有如下化学组成：REaSmbNicMnxAlyMzZruTiv其中，a、b、c、x、y、z、u和v分别表示RE、Sm、Ni、Mn、Al、M、Zr和Ti的摩尔分数；其中，RE选自稀土金属元素中的一种或多种，但不为Sm；M选自Fe、Sn、Cr、Zn、V、W、Cu、Mo和Si元素中的一种或多种；所述储氢合金不含有Mg；其中，a>0，b>0.1，a+b＝3；13>c+x+y+z≥11，4≥x+y>0，3≥z≥0，3≥u+v>0。根据本专利技术的含钐储氢合金，优选地，12.8>c+x+y+z+u+v≥11.8。根据本专利技术的含钐储氢合金，优选地，11.9>c≥10.3。根据本专利技术的含钐储氢合金，优选地，所述掺杂的A5B19型含钐储氢合金不含有Co；RE选自Y、Gd、Pr、Nd、La、Ce和Sc元素中一种或多种；M选自Fe、V和Cu元素中的一种或多种。根据本专利技术的含钐储氢合金，优选地，2.5≥b/a≥1.4；且RE中含有La，La为RE总摩尔数的50～100mol％。根据本专利技术的含钐储氢合金，优选地，12.8>c+x+y+z+u+v≥11.8，1.5≥x+y>0.8，0.5≥z≥0。根据本专利技术的含钐储氢合金，优选地，0.8≥u+v>0.3。根据本专利技术的含钐储氢合金，优选地，其具有如下式之一表示的化学组成：LaSm2Ni10.6Mn0.5Al0.3Zr0.5Ti0.3，LaSm2Ni11.7Mn0.5Al0.3Zr0.5Ti0.3，LaSm2Ni10.6Al0.8Zr0.5Ti0.3，La0.5Ce0.5Sm2Ni10.6Mn0.5Al0.3Zr0.5Ti0.3，La0.8Ce0.2Sm2Ni10.4Mn0.5Al0.5Zr0.5Ti0.3，La0.7Ce0.3Sm2Ni10.3Mn0.5Al0.3Fe0.3Ti0.3。另一方面，本专利技术提供上述含钐储氢合金的制备方法，包括如下步骤：(1)将化学组成如REaSmbNicMnxAlyMzZruTiv所示的原料置于真空熔炼炉中，抽真空至真空度为20Pa以下，再充惰性气体至相对真空度为-0.01～-0.1MPa，在1300～1500℃熔炼，得到熔炼产物；(2)将熔炼产物形成固体合金，在相对真空度为-0.1～-0.005MPa和温度为850～1050℃下热处理10～48h，得到含钐储氢合金。再一方面，本专利技术提供一种电池，包括上述含钐储氢合金。本专利技术的掺杂的A5B19型储氢合金含有稀土金属元素钐及其他至少一种稀土金属元素，再掺杂锆和/或钛元素，提高了储氢合金的最大放电容量，同时改善了电化学活化性能。进一步地，通过选择RE元素的种类及调整各元素之间的比例，可以延长储氢合金的使用寿命。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。在本专利技术中，绝对真空度表示容器中的实际压力。相对真空度表示容器压力与1个标准大气压的差值。惰性气体包括氮气或氩气等。<储氢合金>本专利技术的掺杂的A5B19型含钐储氢合金具有如下化学组成：REaSmbNicMnxAlyMzZruTiv。本专利技术的RE选自稀土金属元素中的一种或多种，但不为Sm。具体地，RE选自Pm、Eu、Ho、Pr、Nd、Gd、La、Ce、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Y、Lu和Sc元素中的一种或多种。优选地，RE选自Y、Gd、Pr、Nd、La、Ce和Sc元素中一种或多种。更优选地，RE含有La。在本专利技术的某些实施方案中，RE含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂的A

【技术特征摘要】
1.一种掺杂的A5B19型含钐储氢合金，其特征在于，其具有如下化学组成：
REaSmbNicMnxAlyMzZruTiv
其中，a、b、c、x、y、z、u和v分别表示RE、Sm、Ni、Mn、Al、M、Zr和Ti的摩尔分数；
其中，RE选自稀土金属元素中的一种或多种，但不为Sm；M选自Fe、Sn、Cr、Zn、V、W、Cu、Mo和Si元素中的一种或多种；所述储氢合金不含有Mg；
其中，a>0，b>0.1，a+b＝3；13>c+x+y+z≥11，4≥x+y>0，3≥z≥0，3≥u+v>0。


2.根据权利要求1所述的含钐储氢合金，其特征在于，12.8>c+x+y+z+u+v≥11.8。


3.根据权利要求1所述的含钐储氢合金，其特征在于，11.9>c≥10.3。


4.根据权利要求1所述的含钐储氢合金，其特征在于，所述含钐储氢合金不含有Co；RE选自Y、Gd、Pr、Nd、La、Ce和Sc元素中一种或多种；M选自Fe、V和Cu元素中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的含钐储氢合金，其特征在于，2.5≥b/a≥1.4；且RE中含有La，La为RE总摩尔数的50～100mol％。


6.根据权利要求1所述的含钐储氢合金，其特征在于，12.8>c+x+y+z+u+v≥11.8，1.5≥x+y&...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利，赵玉园，徐津，闫慧忠，周淑娟，熊玮，李宝犬，李金，张旭，郑天仓，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，
类型：发明
国别省市：内蒙;15