CN102832380A - 一种动力电池的负极储氢材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池的负极储氢材料的制备方法，包括如下步骤：(1)配料：按通式(R_xMg_y)(Ni_kCo_aAl_bMn_c)_n配料，其中，所述R是由La和选自Nd、Sm元素组中的至少1种组成；(2)原料预处理：抛光去除原料稀土金属的表面氧化物，烘干镍和钴原料金属中的水分；(3)真空感应熔炼、快淬，获得合金薄片；(4)退火热处理，得到热处理态合金薄片；(5)气流高能破碎，筛分成粒径小于100μm的合金粉。使用该方法制备的负极储氢材料具有容量高、制造成本低、使用寿命长等特点。

Description

一种动力电池的负极储氢材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种储氢材料的制备方法，尤其涉及一种动力电池的负极储氢材料的制备方法。

背景技术

电动车辆的迅速发展与普及，对二次电池的高容量、小型化与轻量化提出了更高要求。储氢合金即金属储氢材料，由于其在适当的温度、压力下能大量(储氢密度高于液态氢)、安全、可逆地吸收、释放氢气，且吸放氢过程中伴随着一定的热效应，所以作为与清洁能源-氢能相关的能量转换材料和能量储存材料而受到关注。其中，作为民用或混合动力汽车用的镍氢电池备受关注并已实现商业化。该类合金具有高的电化学容量已被国内外研究者证实，但是它的充放电循环寿命差的缺点一直没有明显改善，限制了该合金的商业应用。因此需要提高合金颗粒的抗粉化和抗腐蚀能力，降低合金成本的同时实现高性能，并延长使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种动力电池的负极储氢材料的制备方法，使用该方法制备的负极储氢材料具有容量高、制造成本低、使用寿命长等特点。

为了实现上述目的，本发明提供的一种动力电池的负极储氢材料的制备方法包括如下步骤：

步骤1，配料：按通式(R_xMg_y)(Ni_kCo_aAl_bMn_c)_n配料，其中，所述的R_xMg_y中：x+y＝1，0.4≤x≤0.5，所述的(Ni_kCo_aAl_bMn_c)_n中k+a+b+c＝1，0.05≤a≤0.08，0.02≤b≤0.05，0≤c≤0.05，3.0≤n≤4.0，所述R是由La和选自Nd、Sm元素组中的至少1种组成，其中La含量在R中占到50-80wt％；

步骤2，原料预处理：抛光去除原料稀土金属的表面氧化物，烘干镍和钴原料金属中的水分；

步骤3，真空感应熔炼、快淬，获得合金薄片：将原料金属由下至上按Al、Mn、Ni、Co、Mg、La，以及选自Nd、Sm中的至少1种金属的顺序放入刚玉坩埚中，然后在有氩气保护的磁悬浮感应炉中进行冶炼，获得晶态合金熔体，将熔体温度保持在1700-1800K，浇注并经水冷铜辊快速冷却，水冷铜辊的线速度为5-15m·s^-1，凝固速度为100-110K·s^-1，制备得到0.1-0.2mm的合金薄片；

步骤4，退火热处理：将上述合金薄片放入真空退火炉的石英舟并送至退火炉膛的恒温区，然后将炉膛密封后抽至10-100Pa后，通入氩气，再抽至10-100Pa，如此反复三次，最后充入0.1-1MPa的氩气，使样品在氩气保护下进行退火热处理，退火热处理的温度为800-1000℃，时间为5-10小时，得到热处理态合金薄片；

步骤5，气流高能破碎，筛分：采用经空压机压缩形成的8-10MPa高压气体氩气或氮气进行高能破碎制粉，将合金锭破碎粉末筛分成粒径小于100μm的合金粉。

本发明制备的动力电池的负极储氢材料，增加了廉价金属的用量，降低了稀土材料的用量，因而节省了成本，此外，采用此合金配比，提高合金颗粒的抗粉化和抗腐蚀能力，延长了使用寿命。

具体实施方式

实施例一

配料

按通式(R_0.4Mg_0.6)(Ni_0.92Co_0.05Al_0.02Mn_0.01)₃配料，其中所述R是由50wt％的La和选50重量％的Nd组成，配制La(纯度＞99％)、Nd(纯度＞99％)、Ni(纯度＞99％)、Mg(纯度＞99％)、Co(纯度＞99％)、Mn(纯度＞99％)、Al(纯度＞99.5％)共计10kg。

原料预处理

抛光去除原料稀土金属的表面氧化物，烘干镍和钴原料金属中的水分。真空感应熔炼、快淬，获得合金薄片

将原料金属由下至上按Al、Mn、Ni、Co、Mg、La、Nd顺序放入刚玉坩埚中，然后在有氩气保护的磁悬浮感应炉中进行冶炼，获得晶态合金熔体，将熔体温度保持在1700K，浇注并经水冷铜辊快速冷却，水冷铜辊的线速度为5m·s^-1，凝固速度为100K·s^-1，制备得到0.1mm的合金薄片。

退火热处理

将上述合金薄片放入真空退火炉的石英舟并送至退火炉膛的恒温区，然后将炉膛密封后抽至10Pa后，通入氩气，再抽至10Pa，如此反复三次，最后充入0.1MPa的氩气，使样品在氩气保护下进行退火热处理，退火热处理的温度为800℃，时间为5小时，得到热处理态合金薄片。

气流高能破碎，筛分

采用经空压机压缩形成的8MPa高压气体氩气或氮气进行高能破碎制粉，将合金锭破碎粉末筛分成粒径小于100μm的合金粉。

实施例二

配制反应溶液

配料

按通式(R_0.5Mg_0.5)(Ni_0.82Co_0.08Al_0.05Mn_0.05)₄配料，其中所述R是由80wt％的La和20重量％的Sm组成，配制La(纯度＞99％)、Nd(纯度＞99％)、Ni(纯度＞99％)、Mg(纯度＞99％)、Co(纯度＞99％)、Mn(纯度＞99％)、Al(纯度＞99.5％)共计10kg。。

原料预处理

抛光去除原料稀土金属的表面氧化物，烘干镍和钴原料金属中的水分。真空感应熔炼、快淬，获得合金薄片

将原料金属由下至上按Al、Mn、Ni、Co、Mg、La、Sm 顺序放入刚玉坩埚中，然后在有氩气保护的磁悬浮感应炉中进行冶炼，获得晶态合金熔体，将熔体温度保持在1800K，浇注并经水冷铜辊快速冷却，水冷铜辊的线速度为15m·s^-1，凝固速度为110K·s^-1，制备得到0.2mm的合金薄片。

退火热处理

将上述合金薄片放入真空退火炉的石英舟并送至退火炉膛的恒温区，然后将炉膛密封后抽至100Pa后，通入氩气，再抽至100Pa，如此反复三次，最后充入1MPa的氩气，使样品在氩气保护下进行退火热处理，退火热处理的温度为1000℃，时间为10小时，得到热处理态合金薄片。

气流高能破碎，筛分

采用经空压机压缩形成的10MPa高压气体氩气或氮气进行高能破碎制粉，将合金锭破碎粉末筛分成粒径小于100μm的合金粉。

比较例

设计合金成分La_0.62Ce_0.27Pr_0.11(Ni_0.81Co_0.06Mn_0.07Al_0.06)_5.20，除设计成分不同于实施例1之外，其它同实施例1。

测试实施例1、2及比较例中的合金储氢材料，得到的电性能如表1所示。

表1

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的技术方案内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做出的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种动力电池的负极储氢材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，配料：按通式(R_xMg_y)(Ni_kCo_aAl_bMn_c)_n配料，其中，所述的R_xMg_y中：x+y＝1，0.4≤x≤0.5，所述的(Ni_kCo_aAl_bMn_c)_n中k+a+b+c＝1，0.05≤a≤0.08，0.02≤b≤0.05，0≤c≤0.05，3.0≤n≤4.0，所述R是由La和选自Nd、Sm元素组中的至少1种组成，其中La含量在R中占到50-80wt%；

步骤2，原料预处理：抛光去除原料稀土金属的表面氧化物，烘干镍和钴原料金属中的水分；

步骤3，真空感应熔炼、快淬，获得合金薄片：将原料金属由下至上按Al、Mn、Ni、Co、Mg、La，以及选自Nd、Sm中的至少1种金属的顺序放入刚玉坩埚中，然后在有氩气保护的磁悬浮感应炉中进行冶炼，获得晶态合金熔体，将熔体温度保持在1700-1800K，浇注并经水冷铜辊快速冷却，水冷铜辊的线速度为5-15m·s^-1，凝固速度为100-110K·s^-1，制备得到0.1-0.2mm的合金薄片；

步骤4，退火热处理：将上述合金薄片放入真空退火炉的石英舟并送至退火炉膛的恒温区，然后将炉膛密封后抽至10-100Pa后，通入氩气，再抽至10-100Pa，如此反复三次，最后充入0.1-1MPa的氩气，使样品在氩气保护下进行退火热处理，退火热处理的温度为800-1000℃，时间为5-10小时，得到热处理态合金薄片；

步骤5，气流高能破碎，筛分：采用经空压机压缩形成的8-10MPa高压气体氩气或氮气进行高能破碎制粉，将合金锭破碎粉末筛分成粒径小于100μm的合金粉。