一种超长循环寿命纯相2H-A2B7型储氢合金电极材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超长循环寿命纯相2H

【技术实现步骤摘要】
型纯相La
‑
Nd
‑
Mg
‑
Ni四元合金的热处理温度为950℃(Journal of the Electrochemical Society 162(10)(2015)A2218
‑
A2226)，而相同组成元素下的2H型A2B7型La
‑
Nd
‑
Mg
‑
Ni四元合金的热处理温度为975℃(Journal of Alloys and Compounds 861(2021)158469)，但在2H型A2B7型合金中加入低熔点Al组分后，其纯相的热处理温度又降低至950℃。由此可见，开发新型长循环寿命的A2B7型储氢合金并实现有效的产业化制备技术已成为关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服
技术介绍
中提到的问题，提供一种用于镍氢电池应用领域，具有一种超长循环寿命纯相2H
‑
A2B7型储氢合金电极材料及制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种超晶格结构储氢合金电极材料，其化学通式表示为Sm2‑
a
‑
b
‑
c
La
c
M
b
Mg
a
Ni
z
‑
x
‑
y
Al
x
N
y
，式中：M表示选自稀土Ce、Pr、Nd、Gd和Y中至少一种元素，N表示选自稀土Mn或Co中至少一种元素，式中，a、b、c、x、y、z表示摩尔比，0.32≤a≤0.4，0≤b≤0.1，0.4≤c≤0.6，0.2≤x≤0.4，0≤y≤0.1，6.8≤z≤7。
[0008]作为本专利技术的一种限定，所述储氢合金化学组成为SmLa
0.6
Mg
0.4
Ni
6.6
Al
0.4
、Sm
1.18
La
0.4
Y
0.1
Mg
0.32
Ni
6.6
Al
0.2
Mn
0.1
、Sm
1.05
La
0.56
Ce
0.05
Mg
0.34
Ni
6.4
Al
0.35
Co
0.05
、SmLa
0.56
Nd
0.08
Mg
0.36
Ni
6.52
Al
0.38
Mn
0.04
Co
0.06
、SmPr
0.08
La
0.6
Mg
0.32
Ni
6.6
Al
0.4
或Sm
1.06
Gd
0.1
La
0.5
Mg
0.34
Ni
6.6
Al
0.4
中的一种。
[0009]作为本专利技术的第二种限定，所述储氢合金的晶体结构为2H
‑
A2B7型超晶格结构，且相含量为100wt％。
[0010]在本专利技术的化学组成范围内制备得到的储氢合金为纯相2H
‑
A2B7型超晶格结构合金，该纯相储氢合金作为镍氢电池负极材料活性物质，具有较高的放电容量和超长循环寿命的优点。
[0011]本专利技术针对目前A2B7型超晶格结构储氢合金循环寿命差的问题，利用稀土Sm具有价格相对低廉且原子半径相比于La具有显著降低的原子半径和较大的电负性，通过大量替代La形成基于高Sm含量的Sm
‑
Mg
‑
Ni基合金，有效减少A2B7型超晶格结构中[A2B4]亚晶格不稳定，同时与B侧Al元素共同调控超晶格结构晶胞体积，提高[A2B4]和[AB5]亚晶格结构匹配度，减少合金吸放氢过程中的形变能和应力。此外，基于特定制备条件，获得纯相六方晶系2H
‑
A2B7型相结构合金，消除不同超晶格相结构在吸放氢过程中的结构变化不一致导致的合金应力聚集，从而提高超晶格结构储氢合金的循环寿命。
[0012]本专利技术还提供了一种超长循环寿命纯相2H
‑
A2B7型储氢合金电极材料的制备方法，它按照如下的步骤顺序依次进行：
[0013]S1、配料
[0014]选择金属单质为原料，按照权利要求1所述的储氢合金化学组成进行配料，考虑熔炼过程中相应金属的挥发，配料时添加过量的相应金属以补偿烧损，然后将除Mg以外的其它原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，Mg放入加料仓；
[0015]S2、感应熔炼合金
[0016]采用感应熔炼方法制备目标合金，其中Mg通过二次加料的方式加入，然后浇注冷却获得合金铸锭；
[0017]S3、合金热处理
[0018]将步骤S2获得的合金铸锭装入耐高温的不锈钢退火罐中密封后，置于真空退火炉中，然后在惰性气体或真空条件下进行热处理，热处理程序如下，
[0019]第一升温阶段：由室温升温至600℃，保温1h；
[0020]第二升温阶段：从600℃升温至985～1010℃，保温10
‑
18h；
[0021]降温阶段：随炉冷却降至室温。
[0022]作为本专利技术制备方法的一种限定，步骤S3中，所述第一升温阶段的升温速率为10～15℃/min，所述第二升温阶段的升温速率为1～2℃/min。
[0023]在本专利技术的制备过程中，由于采用的其它金属熔点相比于Ni均低，在进行熔炼的过程中容易挥发，因此在配料时需要过计量添加，以保证熔炼得到的合金在预定比例范围内。此外，由于金属Mg与其他金属相比，熔点相差较大，熔炼过程中极易挥发，因此，采用二次加料的方式加入以减少镁损失，保证合金成分达到预期目标组成。
[0024]本专利技术的热处理采用两段升温保温过程，然后自然冷却降温的程序，具体的：
[0025]在第一升温阶段中，设置较快的升温速率，减少Mg元素的挥发，保温1h是为了使Mg在系统内达到平衡；第二阶段的升温保温阶段，为了保证铸态合金结构中化学质点从MgCu4Sn型相充分解离与CaCu5型相通过包晶反应形成特定产物相2H
‑
A2B7型相晶粒，并在保温过程使晶粒不断长大，该阶段的升温速率不易过快，否则可能导致反应不充分，造成晶粒形核率低；而过慢则可能发生晶体二次结晶，使产物中形成A5B
19
型相；而热处理温度温度不宜低于985℃或高于1010℃时，否则会出现相结构转化：当低于985℃时，铸态合金中3R
‑
A5B
19
型相不能完全有效地通过包晶反应消除，而当高于1010℃时，则会进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超长循环寿命纯相2H
‑
A2B7型储氢合金电极材料，其特征在于，所述储氢合金可由其化学通式表示为Sm2‑
a
‑
b
‑
c
La
c
M
b
Mg
a
Ni
z
‑
x
‑
y
Al
x
N
y
表示，式中：M表示选自稀土Ce、Pr、Nd、Gd和Y中至少一种元素，N表示选自稀土Mn或Co中至少一种元素，式中，a、b、c、x、y、z表示摩尔比，0.32≤a≤0.4，0≤b≤0.1，0.4≤c≤0.6，0.2≤x≤0.4，0≤y≤0.1，6.8≤z≤7。2.根据权利要求1所述的一种超长循环寿命纯相2H
‑
A2B7型储氢合金电极材料，其特征在于，所述储氢合金化学组成为SmLa
0.6
Mg
0.4
Ni
6.6
Al
0.4
、Sm
1.18
La
0.4
Y
0.1
Mg
0.32
Ni
6.6
Al
0.2
Mn
0.1
、Sm
1.05
La
0.56
Ce
0.05
Mg
0.34
Ni
6.4
Al
0.35
Co
0.05
、SmLa
0.56
Nd
0.08
Mg
0.36
Ni
6.52
Al
0.38

【专利技术属性】
技术研发人员：张璐，鲁航，韩树民，李如月，宋飞，彭秋明，邹国栋，张安懿，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：