CN102544460A - 制备镍氢电池负极材料储氢合金粉的方法 - Google Patents

制备镍氢电池负极材料储氢合金粉的方法 Download PDF

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杨先锋
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Abstract

本发明提供了一种制备镍氢电池负极材料储氢合金粉的方法，I将与储氢合金粉中各金属元素对应的各金属按所需比例混合后，在真空或充保护气体条件下将混合金属高温熔融成液体状，保温精炼一定时间；II采用高压惰性气体对精炼后的混合金属液体喷射使其形成液滴状，再迅速冷却使液滴凝固成为细小颗粒，得到合金粉；III将第II步制得的合金粉在抽真空充保护气体，控制在800℃以上的温度下热处理一定时间得到储氢合金粉。本发明优点就在于形成的合金组织均匀细化，并且可有效防止组分结构偏析现象的发生，同时合金粉形状规则、粒度分布均匀。

Description

制备镍氢电池负极材料储氢合金粉的方法
技术领域
本发明涉及镍氢电池材料的制备方法，特别涉及镍氢电池负极材料储氢合金粉的制备方法。 
背景技术
目前镍氢二次电池负极材料储氢合金粉的生产工艺，大都是先通过纯金属熔炼形成合金铸锭后，进行适当的金属热处理，然后再进行机械破碎、气流破碎或氢化破碎得到储氢合金粉。通过以上方法得到储氢合金由于铸锭尺寸较大，熔融金属冷却过程中会出现较为严重成分和结构偏析，此外需在充保护气体下进行破碎，破碎后的形貌不规则，影响合金粉压实密度导致电池容量不高。 
发明内容
本发明旨在提供一种合金组织均匀细化、形状规则、粒度分布均匀、可防止组分结构偏析现象同时降低污染和金属烧损的储氢合金粉的生产制备方法。 
本发明通过以下方案实现： 
一般而言，包括三步，第I步是：金属粉体混合熔融工序，即将与储氢合金中各金属元素对应的各金属按所需比例混合后，在真空或充保护气体条件下将混合金属高温熔融成液体状，保温精炼一定时间；第II步是雾化工序，即采用高压惰性气体对精炼后的混合金属液体喷射使其形成液滴状，再迅速冷却使 液滴凝固成为细小颗粒，得到合金粉；第III步是合金粉体热处理工序，即将上述合金粉在800℃以上的温度下热处理一定时间得到储氢合金粉。 
而为了降低金属烧损，对于含镁元素的储氢合金粉的制备方法，第I步的金属粉体混合熔融工序，则是先将除金属镁以外的各金属按所需比例混合后，在真空或充保护气体条件下将混合金属粉高温熔融成液体状，再加入Mg-Ni或Mg-稀土合金，保温精炼一定时间；第II步和第III步均相同。 
而为了做到迅速冷却，使合金液滴迅速凝固，则所述的冷却速度一般在3000℃/S以上。 
而对于保温精炼时间，从金属完全溶化后开始，待金属熔液整体发亮，能上下自由翻滚，除浮渣外无明显不熔物后截止，优选的保温时间控制在1到15分钟之间。 
在800℃以上的温度下热处理一定时间得到储氢合金，对于不含金属镁的储氢合金粉，优选处理温度控制在900℃～1200℃之间，而含金属镁的储氢合金粉，优选处理温度控制在800℃～1100℃之间。 
所述保护气体采用惰性气体中的一种或多种混合气体。 
与现有的制备方法相比，本发明采用这种单质金属直接熔融后再高压气雾化造粒的工艺，最大的优点就在于形成的合金组织均匀细化，并且可有效防止组分结构偏析现象的发生，同时合金粉形状规则、粒度分布均匀，因此可在用于制作电池时大大提高粉末的填充密度从而有效提高电池容量，并且本工艺还可降低环境污染和金属烧损。 
附图说明
图1实施例1储氢合金粉的扫描电子显微镜图 
图2实施例1储氢合金粉与现有方法的储氢合金粉的X射线衍射对比图 
图3实施例1未过筛的储氢合金粉的激光粒度分布图 
具体实施方式
实施例1
制备MmNi3.6Co0.8Mn0.40Al0.3(其中Mm为混合稀土金属)的储氢合金粉的方法：按上述各金属元素的摩尔比混合后，将对应的各原料金属分别放入真空电磁感应熔炼炉中进行高温熔炼，使其完全熔融为混合金属液体，熔炼完全后再保温精炼8分钟。精炼完成后将合金液从小导流孔流出，用压力为3MPa的高压氩气从导流管旁边的喷嘴喷出，对合金液体喷射，将合金液体喷射成细小液滴后，在速度为4000℃/S条件下迅速冷却，使液滴迅速凝固成细小颗粒，得到合金粉，然后再将上述合金粉在950℃下高温热处理6小时得到储氢合金粉。 
从图1的扫描电子显微镜图可以看出，用本方法制备的上述储氢合金粉由细小的等轴晶和枝状晶组成，合金显微组织均匀细化，且未发现明显的杂质。而组织均匀细化增加了氢在合金中扩散的通道，同时降低在吸放氢过程中晶胞的膨胀与收缩，提高合金抗粉化能力，进而获得较高的容量与循环寿命。储氢合金粉外观呈规则球型，易获得较高的堆积密度，可较大的提高电池的电极容量。 
用本方法制备的上述储氢合金粉与采用现有的熔融铸造法制备的储氢合金粉在相同条件下分别进行X射线衍射检测，对比图见图2。从图2中可以看出，用本方法制备的上述储氢合金粉物相为单一的纯相，基本没有杂相，而熔融铸造法制备的储氢合金粉出现了少许的Nd2Ni7相，说明本方法能较好的防止组分偏 析，而单相组织有利于提高电极的电化学性能，特别对循环寿命的提高具有重要的作用。 
从图3激光粒度分布图中可以看出，用本方法制备储氢合金粉的粒度分布均匀且较为集中，储氢合金粉的一致性较高。 
实施例2 
制备Mm0.67Mg0.33Ni2.2Co0.8(其中Mm为混合稀土金属)的储氢合金粉的方法：按上述金属元素的摩尔比将除金属镁以外的其它与金属元素对应的金属混合后，放入真空电磁感应熔炼炉中进行高温熔炼，使其完全熔融为混合金属液体，再按所需镁元素的比例加入Mg-Ni合金，再保温精炼8分钟。精炼完成后将上述合金液从小导流孔流出，用压力为3MPa的高压氩气和氦气的混合气体从导流管旁边的喷嘴喷出，对合金液体喷射，将合金液体喷射成细小液滴后，在速度为3000℃/S条件下迅速冷却，使液滴迅速凝固成细小颗粒，得到合金粉，然后再将上述合金粉在970℃下高温热处理4小时得到储氢合金粉。 
实施例3 
制备Mm0.8Mg0.2Ni2.6Co0.7Al0.1Mn0.1(其中Mm为混合稀土金属)的方法基本同实施例2的方法，不同之处在于：按所需镁元素比例加入Mg-Mm合金(Mm为混合稀土金属)，后续热处理温度为900℃，时间为6小时。 
实施例4 
制备Zr0.8Ti0.2V2储氢合金粉的方法基本同实施例1，不同之处在于：最后对合金粉的热处理温度为1050℃，时间为96小时。 
实施例5 
制备TiFe0.8Ni0.1Mn0.1储氢合金粉的方法基本同实施例1，不同之处在于：最 后对合金粉的热处理温度为850℃，时间为24小时。 

Claims (4)

1.一种制备镍氢电池负极材料储氢合金粉的方法，其特征在于：I金属粉体混合熔融工序，将与储氢合金粉中各金属元素对应的各金属按所需比例混合后，在真空或充保护气体条件下将混合金属高温熔融成液体状，保温精炼一定时间；II雾化工序，采用高压惰性气体对精炼后的混合金属液体喷射使其形成液滴状，再迅速冷却使液滴凝固成为细小颗粒，得到合金粉；III合金粉体热处理工序，将第II步制得的合金粉在抽真空充保护气体，控制在800℃以上的温度下热处理一定时间得到储氢合金粉。
2.如权利要求1所述的制备镍氢电池负极材料储氢合金粉的方法，其特征在于：所述的第I步为将除金属镁以外的各金属按所需比例混合后，在真空或充保护气体条件下将混合金属粉高温熔融成液体状，再加入Mg-Ni或Mg-稀土合金，保温精炼一定时间。
3.如权利要求1或2所述的制备镍氢电池负极材料储氢合金粉的方法，其特征在于：所述的冷却速度在3000℃/S以上。
4.如权利要求1或2所述的制备镍氢电池负极材料储氢合金粉的方法，其特征在于：所述的保护气体为惰性气体中一种或多种的混合气体。
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