一种A2B7-A7B制造技术

本发明专利技术记载了一种A2B7‑

【技术实现步骤摘要】
一种A2B
7-A7B
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双相超晶格储氢合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于储氢材料
，特别涉及到一种A2B
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双相超晶格储氢合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]对于Ni/MH电池负极材料的研究和开发一直是一个热点。近年来发展起来的新型La-Mg-Ni基储氢合金由于其自身的超晶格结构，容量可以达到商业化AB5型储氢合金容量的1.3倍（410 mAh/g）。该类合金的超晶格相结构是由[A2B4]亚单元和[AB5]亚单元沿c轴方向堆垛而成，按照堆垛比例的不同，超晶格相又可分为AB3型相（[A2B4]/[AB5]=1:1）、A2B7型相（[A2B4]/[AB5]=1:2）、A5B
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型相（[A2B4]/[AB5]=1:3）和AB4型相（[A2B4]/[AB5]=1:4）等。其中A2B7型储氢合金拥有较好的综合电化学性能。
[0003]近期，Li等在La2Mg(Ni
0.8
,Co
0.2
)9合金中发现了A7B
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型相，该合金相是由6个[AB5]亚单元和4个[A2B4]亚单元以[AB5]-[A2B4]-2[AB5]-[A2B4]-[AB5]-[A2B4]-2[AB5]-[A2B4]的顺序沿c轴方向堆垛而成。据报道，A7B
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型相拥有良好的放电容量和电化学循环稳定性 [Y.M. Li, Z.C. Liu, G.F. Zhang, Y.H. Zhang, H.P. Ren, J. Power Sources 441 (2019) 126667]。但是在该报道中，相关储氢合金是由AB3相、A7B
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相和A2B7相组成的三相合金。由于AB3相结构稳定性差且抗腐蚀能力较低，对合金整体性能，特别是循环稳定性具有不利影响。因此如果能够制备出A2B
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双相合金，将对镍氢电池负极材料的开发具有重要意义。然而事实上，制备既有A2B7型相又有A7B
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型相的合金比较困难。首先超晶格结构合金相组成比较相近，且结构相似，如果热处理温度或时间把握不好，很容易生成其它杂相，而且由于AB5相包晶反应温度较高，在热处理中不宜消除，也常常存在于合金中；其次，由于Mg元素蒸气压较高，其含量的控制也是一个难点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种具有高放电容量和倍率放电性能的A2B
7-A7B
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双相超晶格储氢合金及其制备方法。
[0005]一种(La,Pr)-Mg-Ni基超晶格储氢合金，具有A2B7和A7B
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双相结构。
[0006]上述超晶格储氢合金的制备方法，采用先中频感应熔炼后进行分步热处理的方法，具体步骤为：（1）配料熔炼合金：选择金属单质或者金属间化合物，按照合金的化学组成La
0.65
Pr
0.15
Mg
0.25
Ni
3.25
进行配料，其中La和Pr过量3 wt%，Mg过量20 wt%，采用中频感应熔炼法制备合金铸锭；（2）热处理：取熔炼好的合金铸锭，放入密封的镍壳容器中，再将装有合金铸锭的镍壳置于真空管式炉中，在
±ꢀ
0.02 MPa的氩气气氛下进行分步退火处理。
[0007]较佳的，密封的镍壳容器满足合金铸锭质量与镍壳容器内腔容积之比为5~6 g：15~25cm3。
[0008]较佳的，热处理具体过程如下：在抽真空状态下，先从室温以5 K/min的速率升温到373 K，保温2 h；再充入氩气，在
±ꢀ
0.02 MPa的氩气气氛下，以5 K/min的速率升温到903 K，保温2 h；然后以1 K/min的速率升温到1233~1243 K，保温12 h；接下来以5 K/min的速率降温到773 K；最后，使合金随炉空冷至室温。
[0009]和现有技术相比，本专利技术所具有的优势为：1、本专利技术首次提供了一种A2B
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双相超晶格合金的制备方法，且经济成本低，生产效率高；2、通过将常规中频感应熔炼制得的合金铸锭包裹在四周密封的镍壳中，再进行退火热处理，可以有效控制Mg元素的挥发，且工艺简单稳定，有利于实际应用；3、在制备得到的双相储氢合金中，当A7B
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型相的相丰度达到15.4 wt%时，合金拥有较高的放电容量、倍率放电性能和循环稳定性，其最大放电容量可以达到413 mAh/g，当放电电流密度为1500 mA/g时，该合金的高倍率放电性能为52.7%，同时该合金100周容量保持率为82.0%，且合金成本低廉，制备工艺简单，可以广泛应用于Ni/MH电池负极材料以及其它储氢领域。
附图说明
[0010]图1为本专利技术制备的镍壳容器的实物制备过程示例。
[0011]图2为本专利技术对比例和实施例1~3制备的(La,Pr)-Mg-Ni基双相储氢合金的XRD图谱。
[0012]图3为本专利技术对比例和实施例1~3制备的(La,Pr)-Mg-Ni基双相储氢合金在活化过程中的放电容量和循环周数关系曲线图。
[0013]图4为本专利技术对比例和实施例1~3制备的(La,Pr)-Mg-Ni基双相储氢合金的放电电压和容量关系曲线图。
[0014]图5为本专利技术对比例和实施例1~3制备的(La,Pr)-Mg-Ni基双相储氢合金的容量保持率和循环周数关系曲线图。
[0015]图6为本专利技术对比例和实施例1~3制备的(La,Pr)-Mg-Ni基双相储氢合金的高倍率放电性能（HRD）曲线图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步阐述。
[0017]本专利技术的构思是：A7B
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相是在超晶格合金中最新发现的一种相结构，目前只发现于La-Mg-Ni-Co合金中，从未在其它元素组成的合金中发现该相，且已发现的合金为三相共存，而只含有A7B
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相和A2B7相的双相超晶格合金更是从未报道。本专利技术基于La-Ni合金包晶反应原理，设计La-Pr-Mg-Ni合金，其计量比A/B在A7B
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与A2B7之间的合金，通过控制用于热处理的镍壳容器的体积与合金铸锭的质量，调节Mg元素的挥发量，同时控制热处理的温度和时间，最终得到不同相比例的(La,Pr)-Mg-Ni基A2B
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双相超晶格储氢合金。
[0018]本专利技术的(La,Pr)-Mg-Ni基超晶格储氢合金的具体制备步骤为：（1）配料熔炼合金：选择金属单质或者金属间化合物，按照合金的化学组成La
0.65
Pr
0.15
Mg
0.25
Ni
3.25
进行配料，其中La和Pr过量3 wt%，Mg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超晶格储氢合金，其特征在于，具有A2B7和A7B
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双相结构。2.如权利要求1所述的超晶格储氢合金，其特征在于，该合金为(La,Pr)-Mg-Ni基合金。3.如权利要求1或2所述的超晶格储氢合金的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将感应熔炼得到的组成为La
0.61
Pr
0.15
Mg
0.24
Ni
3.27
的合金铸锭，放入密封的镍壳容器中，再将装有合金铸锭的镍壳置于真空管式炉中，在
±ꢀ
0.02 MPa的氩气气氛下进行分步退火热处理。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，按照合金的化学组成La
0.65
Pr
0.15
Mg
0.25
Ni
3.25
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晶晶，朱帅，韩树民，程宏辉，陈翔宇，徐杰，严凯，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：