CN102694157A - 稀土储氢合金电极材料及其制备方法 - Google Patents

稀土储氢合金电极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102694157A
CN102694157A CN2012102070067A CN201210207006A CN102694157A CN 102694157 A CN102694157 A CN 102694157A CN 2012102070067 A CN2012102070067 A CN 2012102070067A CN 201210207006 A CN201210207006 A CN 201210207006A CN 102694157 A CN102694157 A CN 102694157A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode material
alloy electrode
rare earth
alloy
hydrogen storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012102070067A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102694157B (zh
Inventor
何维
马如停
曾令民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University
Original Assignee
Guangxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University filed Critical Guangxi University
Priority to CN201210207006.7A priority Critical patent/CN102694157B/zh
Publication of CN102694157A publication Critical patent/CN102694157A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102694157B publication Critical patent/CN102694157B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种稀土储氢合金电极材料，由稀土元素RE、元素Fe、元素M、合金RE-Fe、合金RE-M按合金的化学组成式RE6Fe23-xMx配制；稀土元素RE是La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc或Y；元素M是Mn、Cr或V。该合金电极材料采用高温熔铸法、电弧熔炼法、粉末冶金法、高频感应法或机械合金法制备。本发明的合金电极材料具有活化容易、放电容量高、中值电压高、高倍率放电能力好、循环稳定性好等优越性能，用作镍—金属氢化物电池的负极，可以提高其放电功率、比能量、循环寿命，并降低生产成本。

Description

稀土储氢合金电极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于镍——金属氢化物电池的负极材料领域，尤其是一种稀土储氢合金电极材料及其制备方法。
背景技术
我国是稀土大国，拥有世界四分之三的稀土资源。稀土元素因其独特的原子结构而具有奇特的电、磁、光等性能，广泛应用于稀土发光材料、稀土金属氢化物电极材料、稀土永磁材料、磁光存储材料等，是尖端科技领域必不可少的微量元素。现代科技迅猛发展，人们对电子产品的性能要求越来越高，电子产品性能的提高迫切需要容量更大、循环稳定性更好的电池。此外，随着世界能源紧缺和对汽车尾气排放法规的增多，使得电动汽车将成为未来的主流交通工具，而电动汽车的动力源——动力电池一直是制约世界汽车工业厂商研发电动汽车的瓶颈，性能优异的动力型电池日益成为世界各国研究的重点，其研究方向集中在大功率、长寿命、高比能量和安全性能方面，同时要求环境友好、抗震动性好、对环境温度要求不高、可快速充电等。稀土金属氢化物电池负极材料因容量大、循环稳定好、高倍率放电性能好成为研究的新领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有活化容易、放电容量高、中值电压高、高倍率放电能力好、循环稳定性好等优越性能的稀土储氢合金电极材料及其制备方法，以提高镍——金属氢化物电池放电功率、比能量、循环寿命，并降低其生产成本。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：稀土储氢合金电极材料，由稀土元素RE、元素Fe、元素M、合金RE-Fe、合金RE-M按合金的化学组成式RE6Fe23-xMx配制；稀土元素RE是La（镧）、Ce（铈）、Pr（镨）、Nd（钕）、Sm（钐）、Eu（铕）、Gd（钆）、Tb（铽）、Dy（镝）、Ho（钬）、Er（铒）、Tm（铥）、Yb（镱）、Lu（镥）、Sc（钪）或Y（钇）；元素M是Mn（锰）、Cr（铬）或V（钒）。由于稀土元素RE的化学性质与物理性质相近可以形成替代式固溶体，因此不同的稀土元素在化学式中可以相互替代与元素Fe、M形成稳定的RE6Fe23-xMx相。
合金的化学组成式为Gd6Fe23、Gd6Fe20Mn3、Gd6Fe14Mn9或Gd6Fe6Mn17。
稀土元素RE占该合金电极材料的原子百分比约为21at.％，元素Fe与元素M之和占该合金电极材料的原子百分比约为79at.％。由于元素Fe、M具有许多相同或相近的物理性质和化学性质，可以在很宽的成分范围内相互替代形成固溶体，因而金属元素M可以替代合金材料中的Fe，并且Mn可以完全替代合金中的Fe，M在合金中含量很高时仍可以形成稳定的RE6Fe23-xMx相。
该合金电极材料为单相RE6Fe23-xMx结构或多相结构；多相结构是RE6Fe23-xMx相与RE2Fe17-xMx相、REFe3-xMx相、REFexM12-x相中的一相或多相的组合。
该合金电极材料采用高温熔铸法、电弧熔炼法、粉末冶金法、高频感应法或机械合金法制备，制备过程需要在惰性气氛或高真空环境中进行。
上述稀土储氢合金电极材料的制备方法，合金电极材料中锰含量较少时，采用非自耗真空电弧炉法，按计量称量各金属组份，在高纯氩气的气氛中，用金属钛或锆作为吸气材料，使用电弧熔炼，制得RE6Fe23-xMx合金。
上述稀土储氢合金电极材料的制备方法，合金电极材料中锰含量较大时，采用粉末冶金法，将各组份金属研磨成粉末，粒度＜300目，按计量称量各金属组份并混合均匀，使用压片技术制成纽扣形样品，放入石英管中，然后抽真空至10-3Pa，加热升温至1200℃，保温30天，即可得到RE6Fe23-xMx合金。
合金的化学组成式为Gd6Fe23-xMnx。
本发明的稀土储氢合金电极材料RE6Fe23-xMx作为镍——金属氢化物电池的负极材料性能优良稳定，比市售的镍氢电池的石墨负极容量（约320mAh/g）高30％，比铝基合金循环寿命（循环2次后容量保持率仅为30％）长，还可通过热处理方法改善其组织结构和性能。此外，该合金电极材料由稀土元素RE、元素Fe、元素M（Mn、Cr或V）、合金RE-Fe、合金RE-M组成，无重金属污染；况且，我国有丰富的稀土资源，铁和锰元素储量丰富，价格低廉，因此应用本发明可带来明显的经济和社会效益。
具体实施方式
实施例1 合金电极材料Gd6Fe23
采用非自耗真空电弧炉法，按计量称量各金属组份，在高纯氩气的气氛中，用金属钛（或锆）作为吸气材料，使用电弧熔炼，制得Gd6Fe23合金。
将制得合金材料研磨成粉末，与导电性能良好的导电金属粉末Cu粉按一定质量比1:3混合，将合金粉末置于两片发泡镍之间，使用压片技术，制成纽扣形（电极形状可根据实际需要做成各种形状）合金电极；采用聚丙烯纤维（根据需要可选用尼龙纤维或维纶纤维）电池隔膜作为隔膜材料。
合金所含物相是Gd6Fe23相和少量的Gd2Fe17相。以氢氧化镍为正极，采用聚丙烯纤维作为隔膜材料，使用6mol/L的KOH和0.2mol/L的NaOH的混合溶液作为电解液，采用武汉力兴电池程控测试仪为测试设备，连接组成电路。经过4次充放电循环即可完成活化，在不同放电电流密度下的放电能力见表1，上述电池按IEC标准测试循环寿命，其充放电循环不低于250次。
实施例2 合金电极材料Gd6Fe20Mn3
参考实施例1制备合金电极材料Gd6Fe20Mn3合金、电极及电池。合金所含物相是Gd6Fe23-xMnx相和少量的RE2Fe17-xMnx相（Mn以固溶的形式替代各个物相中的Fe）。以氢氧化镍为正极，采用聚丙烯纤维电池隔膜作为隔膜材料，使用6mol/L的KOH和0.2mol/L的NaOH的混合溶液作为电解液，采用武汉力兴电池程控测试仪为测试设备，连接组成电路。经过11次充放电循环即可完成活化，在不同放电电流密度下的放电能力见表1，上述电池按IEC标准测试循环寿命，其充放电循环不低于250次。
实施例3 合金电极材料Gd6Fe14Mn9
采用粉末冶金法，精确控制熔炼合金的组份，将各组份金属研磨成粉末，粒度＜300目，按计量称量各金属组份并混合均匀，使用压片技术制成纽扣形样品，放入石英管中，然后抽真空至10-3Pa，加热升温至1200℃，保温30天，即可得到Gd6Fe14Mn9合金。
将制得合金材料研磨成粉末，与导电性能良好的导电金属粉末Cu粉按一定质量比1:3混合，将合金粉末置于两片发泡镍之间，使用压片技术，制成螺旋片状（电极形状可根据实际需要做成各种形状）合金电极；采用聚丙烯纤维（根据需要可选用尼龙纤维或维纶纤维）电池隔膜作为隔膜材料。
合金所含物相是Gd6Fe23-xMnx相和少量的RE2Fe17-xMnx相（Mn以固溶的形式替代各个物相中的Fe）。以氢氧化镍为正极，采用聚丙烯纤维电池隔膜作为隔膜材料，使用6mol/L的KOH和0.2mol/L的NaOH的混合溶液作为电解液，采用武汉力兴电池程控测试仪为测试设备，连接组成电路。经过4次充放电循环即可完成活化，在不同放电电流密度下的放电能力见表1，上述电池按IEC标准测试循环寿命，其充放电循环不低于250次。
实施例4 合金电极材料Gd6Fe6Mn17
参考实施例3制备合金电极材料Gd6Fe6Mn17合金、电极及电池。合金所含物相是Gd6Fe23-xMnx相和少量的REFexMn12-x相（Mn以固溶的形式替代各个物相中的Fe）。以氢氧化镍为正极，采用聚丙烯纤维电池隔膜作为隔膜材料，使用6mol/L的KOH和0.2mol/L的NaOH的混合溶液作为电解液，采用武汉力兴电池程控测试仪为测试设备，连接组成电路。经过4次充放电循环即可完成活化，在不同放电电流密度下的放电能力见表1，上述电池按IEC标准测试循环寿命，其充放电循环不低于250次。
表1 实施例1至4各电池综合检测指标
Figure BDA00001793957100041

Claims (10)

1.一种稀土储氢合金电极材料，其特征在于由稀土元素RE、元素Fe、元素M、合金RE-Fe、合金RE-M按合金的化学组成式RE6Fe23-xMx配制；所述稀土元素RE是La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc或Y；所述元素M是Mn、Cr或V。
2.根据权利要求1所述的稀土储氢合金电极材料，其特征在于所述合金的化学组成式为Gd6Fe23、Gd6Fe20Mn3、Gd6Fe14Mn9或Gd6Fe6Mn17。
3.根据权利要求1所述的稀土储氢合金电极材料，其特征在于：所述稀土元素RE占该合金电极材料的原子百分比约为21at.％，所述元素Fe与元素M之和占该合金电极材料的原子百分比约为79at.％。
4.根据权利要求1所述的稀土储氢合金电极材料，其特征在于该合金电极材料为单相RE6Fe23-xMx结构或多相结构；所述多相结构是RE6Fe23-xMx相与RE2Fe17-xMx相、REFe3-xMx相、REFexM12-x相中的一相或多相的组合。
5.根据权利要求1所述的稀土储氢合金电极材料，其特征在于该合金电极材料采用高温熔铸法、电弧熔炼法、粉末冶金法、高频感应法或机械合金法制备，制备过程需要在惰性气氛或高真空环境中进行。
6.根据权利要求1所述稀土储氢合金电极材料的制备方法，其特征在于采用非自耗真空电弧炉法，按计量称量各金属组份，在高纯氩气的气氛中，用金属钛或锆作为吸气材料，使用电弧熔炼，制得RE6Fe23-xMx合金。
7.根据权利要求6所述稀土储氢合金电极材料的制备方法，其特征在于该合金电极材料中锰含量较少。
8.根据权利要求1所述稀土储氢合金电极材料的制备方法，其特征在于采用粉末冶金法，将各组份金属研磨成粉末，粒度＜300目，按计量称量各金属组份并混合均匀，使用压片技术制成纽扣形样品，放入石英管中，然后抽真空至10-3Pa，加热升温至1200℃，保温30天，即可得到RE6Fe23-xMx合金。
9.根据权利要求8所述稀土储氢合金电极材料的制备方法，其特征在于该合金电极材料中锰含量较大。
10.根据权利要求6或8所述稀土储氢合金电极材料的制备方法，其特征在于：所述合金的化学组成式为Gd6Fe23-xMnx。
CN201210207006.7A 2012-06-21 2012-06-21 稀土储氢合金电极材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN102694157B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210207006.7A CN102694157B (zh) 2012-06-21 2012-06-21 稀土储氢合金电极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210207006.7A CN102694157B (zh) 2012-06-21 2012-06-21 稀土储氢合金电极材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102694157A true CN102694157A (zh) 2012-09-26
CN102694157B CN102694157B (zh) 2014-11-05

Family

ID=46859492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210207006.7A Expired - Fee Related CN102694157B (zh) 2012-06-21 2012-06-21 稀土储氢合金电极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102694157B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107326243A (zh) * 2017-06-27 2017-11-07 桂林电子科技大学 一种Mn‑Fe‑Dy储氢材料及其制备方法
CN108220739A (zh) * 2016-12-22 2018-06-29 北京有色金属研究总院 一种Y-Fe基稀土储氢材料及其制备方法
CN114672740A (zh) * 2022-03-31 2022-06-28 包头稀土研究院 钇-铁基储氢合金、电池及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000239769A (ja) * 1998-12-22 2000-09-05 Shin Etsu Chem Co Ltd 希土類系水素吸蔵合金及びそれを使用した電極
CN101633985A (zh) * 2009-05-21 2010-01-27 瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司 RE-Fe-B系储氢合金的制备方法
JP2011082129A (ja) * 2009-09-11 2011-04-21 Sanyo Electric Co Ltd アルカリ蓄電池用水素吸蔵合金およびこれを用いたアルカリ蓄電池用水素吸蔵合金電極

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000239769A (ja) * 1998-12-22 2000-09-05 Shin Etsu Chem Co Ltd 希土類系水素吸蔵合金及びそれを使用した電極
CN101633985A (zh) * 2009-05-21 2010-01-27 瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司 RE-Fe-B系储氢合金的制备方法
JP2011082129A (ja) * 2009-09-11 2011-04-21 Sanyo Electric Co Ltd アルカリ蓄電池用水素吸蔵合金およびこれを用いたアルカリ蓄電池用水素吸蔵合金電極

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《上海大学学报（自然科学版）》 19991031 李卓棠等 "稀土合金GdCo2与Gd6Fe23的磁熵变测定" 摘要以及第393页实验方法部分 1,2,5,8 第5卷, 第5期 *
李卓棠等: ""稀土合金GdCo2与Gd6Fe23的磁熵变测定"", 《上海大学学报（自然科学版）》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108220739A (zh) * 2016-12-22 2018-06-29 北京有色金属研究总院 一种Y-Fe基稀土储氢材料及其制备方法
CN107326243A (zh) * 2017-06-27 2017-11-07 桂林电子科技大学 一种Mn‑Fe‑Dy储氢材料及其制备方法
CN107326243B (zh) * 2017-06-27 2019-08-23 桂林电子科技大学 一种Mn-Fe-Dy储氢材料及其制备方法
CN114672740A (zh) * 2022-03-31 2022-06-28 包头稀土研究院 钇-铁基储氢合金、电池及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102694157B (zh) 2014-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102709535B (zh) 铁基储氢合金电极材料及其制备方法
CN103290293B (zh) 锂铝合金及其生产方法和用途
CN104195372A (zh) 一种镍氢电池用稀土-镁-镍系多相储氢合金及其制备方法
CN102703764A (zh) 一种含Cu稀土系AB5型储氢合金及其制备方法
CN107799735A (zh) 一种镍氢电池用ab5型储氢合金及其制备方法
CN102694157B (zh) 稀土储氢合金电极材料及其制备方法
CN105274395A (zh) 一种La-Mg-Ni型储氢材料
CN101740770A (zh) 低温蓄电池用RE-Fe-B系贮氢合金及其蓄电池
CN104851583B (zh) 富铈稀土含量烧结Nd-Fe-B磁体的工艺
JP2020117801A (ja) 水素吸蔵合金およびその調製方法、水素吸蔵合金電極、ならびにニッケル水素電池
CN108149073A (zh) 低温镍氢电池用La-Mg-Ni系储氢合金及其制备方法
CN100568591C (zh) 一种低温镍氢动力电池用贮氢合金
CN101633985A (zh) RE-Fe-B系储氢合金的制备方法
CN101599545B (zh) RE-Mg-Ni型金属氢化物二次电池用储氢合金及其制备方法
CN106532022A (zh) 一种无镨钕长寿命镍氢电池负极用储氢材料
CN110265655B (zh) 镍氢动力电池用高性能低成本储氢合金粉及其制备方法
CN103643084B (zh) 一种镍氢电池用储氢合金
JP6201307B2 (ja) 水素吸蔵合金、電極、ニッケル水素蓄電池及び水素吸蔵合金の製造方法
CN111471893B (zh) 掺杂的a5b19型含钆储氢合金、电极、电池及其制备方法
CN103107320A (zh) Co基储氢合金电极材料及其制备方法
CN111224092B (zh) 掺锆或钛的含钐储氢合金、负极、电池及制备方法
CN108165829A (zh) 一种钇-镁-钙-镍系ABn型储氢合金及其制备方法
CN114335510A (zh) 一种耐过充ab5型宽温区镍氢电池负极材料及其制备方法
CN105463256A (zh) 一种镍氢电池用储氢合金及其制备方法
JP2012509399A (ja) ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ系水素貯蔵合金及びその使用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141105

Termination date: 20150621

EXPY Termination of patent right or utility model