CN103682281B - 一种镍氢电池用ab3型贮氢合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种镍氢电池用AB3贮氢合金及其制备方法。这种镍氢电池用AB3贮氢合金，化学计量式为Mm Ni2.86±0.15Sn0.03±0.01Zr0.02± 0.01Si0.06±0.01B0.03±0.01Mn0.21±0.05Al0.16±0.05，其中Mm为含有La、Ce、Mg的A侧元素，B侧元素为Zr、Si、B、Sn、Mn、Ni、Al。制作方法是，先按比例称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，加入到真空高频感应炉中，调节加热功率为100kW，之后每分钟增加功率20kW，当温度达到1400～1430℃时候，停止加热，在此温度下停留25～40min；然后添加MgNi合金，加料完毕后，停留4～8min；最后开始浇铸，经过退火、粉碎、球磨、筛分、包装工序完成AB3合金制作。本发明的镍氢电池用AB3贮氢合金，具有高容量、长寿命、工作温度范围宽、放电平台高、性价比优异等特性。

Description

一种镍氢电池用AB3型贮氢合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及镍氢电池用负极材料，尤其涉及一种镍氢电池用贮氢合金及其制备方法。
背景技术
目前比较成熟的镍氢电池负用贮氢材料主要包括LaNi5(CaCu5结构)即AB5型和AB2型(MgCu5或MgZn2结构)。AB5型合金的本征贮氢量小于1.4％(质量分数)，目前商品AB5合金放电容量也只能达到350mAh/g，已接近其理论极限值，无法适应高容量镍氢电池的需要。另外AB5合金价格高，性能一般，已经不能满足市场需求。AB2型合金的贮氢量为1.8％-2.4％(质量分数)，电化学容量最高可达420mAh/g以上，但存在电化学循环稳定性差，初期活化比较困难等问题。开发容量更高、寿命更长、工作温度范围宽、放电平台高、性价比高的AB3合金成为未来贮氢合金发展的热门研究领域。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种镍氢电池用贮氢合金及其制备方法。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种镍氢电池用AB3贮氢合金，化学计量式为Mm Ni2.86±0.15Sn0.03±0.01Zr0.02± 0.01Si0.06±0.01B0.03±0.01Mn0.21±0.05Al0.16±0.05，其中Mm为含有La、Ce、Mg的A侧元素，B侧元素为Zr、Si、B、Sn、Mn、Ni、Al。
所述各元素重量百分含量为La 25±1.5％，Ce 4±1.0％，Mg 3.5±0.5％。
一种如权利要求1所述的镍氢电池用AB3贮氢合金的制备方法，先按比例称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，加入到真空高频感应炉中，调节加热功率为80～120kW，之后每分钟增加功率15～25kW，当温度达到1400～1430℃时候，停止加热，在此温度下停留25～40min；然后添加MgNi合金，加料完毕后，停留4～8min；最后开始浇铸，经过退火、粉碎、球磨、筛分、包装工序完成AB3合金制作。
本发明的有益效果：提供并制备一种新型AB3合金，该合金具有高容量、长寿命、工作温度范围宽、放电平台高、性价比优异等特性。
具体实施方式
本发明公开了一种镍氢电池用高性能AB3合金及其制作方法。该AB3合金晶格类型为PuNi3结构。A侧元素为：La、Ce、Mg，B侧元素为Zr、Si、B、Sn、Mn、Ni、Al。化学计量式为：MmNi2.86±0.15Sn0.03±0.01Zr0.02±0.01Si0.06±0.01B0.03±0.01Mn0.21±0.05Al0.16±0.05，其中Mm为含有La、Ce、Mg的A侧元素，B侧元素为Zr、Si、B、Sn、Mn、Ni、Al。该合金具有高的容量，高的放电平台，超长的循环寿命等特点。
下面通过一个实施例做进一步的说明。
实施例1
制作本发明AB3合金20Kg，其化学计量式为MmNi2.86Sn0.03Zr0.02Si0.06B0.03Mn0.211Al0.16，A侧元素重量百分含量为La 25％，Ce 4％，Mg3.5％。首先按比列称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，采用真空高频感应炉，第一次加料：La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al及部分的Ni，加料完毕后，调节加热功率100kW，之后每分钟增加功率20kW，当温度达到1410℃时候，停止加热，在此温度下停留30min。第二次加料：添加MgNi合金，加料完毕后，停留6min。开始浇铸，浇铸后通过循环水对合金锭进行冷却，之后退火，退火温度在910℃，退火时间8小时，退火结束后，经粉碎、球磨、过筛、包装工序制得AB3合金20Kg。
使用制得的合金制作90M18Ah电池50只。
实施例2
制作本发明AB3合金20Kg，其化学计量式为MmNi2.86Sn0.03Zr0.02Si0.06B0.03Mn0.21Al0.16，A侧元素重量百分含量为La 26％，Ce 3％，Mg3.5％。首先按比列称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，采用真空高频感应炉，第一次加料：La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al及部分的Ni，加料完毕后，调节加热功率100kW，之后每分钟增加功率20kW，当温度达到1410℃时候，停止加热，在此温度下停留30min。第二次加料：添加MgNi合 金，加料完毕后，停留6min。开始浇铸，浇铸后通过循环水对合金锭进行冷却，之后退火，退火温度在910℃，退火时间8小时，退火结束后，经粉碎、球磨、过筛、包装工序制得AB3合金20Kg。
使用制得的合金制作90M18Ah电池50只。
实施例3
制作本发明AB3合金20Kg，其化学计量式为MmNi2.86Sn0.03Zr0.02Si0.06B0.03Mn0.21Al0.16，A侧元素重量百分含量为La 24％，Ce 5％，Mg3.5％。首先按比列称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，采用真空高频感应炉，第一次加料：La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al及部分的Ni，加料完毕后，调节加热功率100kW，之后每分钟增加功率20kW，当温度达到1410℃时候，停止加热，在此温度下停留30min。第二次加料：添加MgNi合金，加料完毕后，停留6min。开始浇铸，浇铸后通过循环水对合金锭进行冷却，之后退火，退火温度在910℃，退火时间8小时，退火结束后，经粉碎、球磨、过筛、包装工序制得AB3合金20Kg。
使用制得的合金制作90M18Ah电池50只。
实施例4
制作本发明AB3合金20Kg，其化学计量式为MmNi2.73Sn0.03Zr0.01Si0.06B0.03Mn0.20Al0.15，A侧元素重量百分含量为La 24.5％，Ce 4％，Mg4.0％。首先按比列称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，采用真空高频感应炉，第一 次加料：La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al及部分的Ni，加料完毕后，调节加热功率100kW，之后每分钟增加功率20kW，当温度达到1410℃时候，停止加热，在此温度下停留30min。第二次加料：添加MgNi合金，加料完毕后，停留6min。开始浇铸，浇铸后通过循环水对合金锭进行冷却，之后退火，退火温度在910℃，退火时间8小时，退火结束后，经粉碎、球磨、过筛、包装工序制得AB3合金20Kg。
使用制得的合金制作90M18Ah电池50只。
实施例5
制作本发明AB3合金20Kg，其化学计量式为MmNi2.73Sn0.03Zr0.01Si0.06B0.03Mn0.20Al0.15，A侧元素重量百分含量为La 25％，Ce 3.5％，Mg4.0％。首先按比列称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，采用真空高频感应炉，第一次加料：La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al及部分的Ni，加料完毕后，调节加热功率100kW，之后每分钟增加功率20kW，当温度达到1410℃时候，停止加热，在此温度下停留30min。第二次加料：添加MgNi合金，加料完毕后，停留6min。开始浇铸，浇铸后通过循环水对合金锭进行冷却，之后退火，退火温度在910℃，退火时间8小时，退火结束后，经粉碎、球磨、过筛、包装工序制得AB3合金20Kg。
使用制得的合金制作90M18Ah电池50只
对比例6
制作AB3合金20Kg，其化学计量式为Mm Ni2.86Sn0.04Zr0.02Si0.06B0.03Mn0.21Al0.16。A侧元素重量百分含量为La 18±1.5％，Ce 11±1.0％，Mg 3.5±1.0％。首先按比列称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，采用真空高频感应炉，第一次加料：La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al及部分的Ni，加料完毕后，调节加热功率100kW，之后每分钟增加功率20kW，当温度达到1410℃时候，停止加热，在此温度下停留30min。第二次加料：添加MgNi合金，加料完毕后，停留6min。开始浇铸，浇铸后通过循环水对合金锭进行冷却，之后退火，退火温度在910℃，退火时间8小时，退火结束后，经粉碎、球磨、过筛、包装工序制得AB3合金20Kg。
使用制得的合金制作90M18Ah电池50只。
对比例7
制作AB3合金20Kg，其化学计量式为Mm Ni2.3Sn0.03Zr0.01Si0.05B0.03Mn0.17Al0.13。A侧元素重量百分含量为La 25±1.5％，Ce 1.51±1.0％，Mg 6.0±1.0％。首先按比列称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，采用真空高频感应炉，第一次加料：La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al及部分的Ni，加料完毕后，调节加热功率100kW，之后每分钟增加功率20kW，当温度达到1410℃时候，停止加热，在此温度下停留30min。第二次加料：添加MgNi合金，加料完毕后，停留6min。开始浇铸，浇铸后通过循环水对合金锭进行冷却，之后退火，退火温度在910℃，退火时间8小时，退火结束后，经粉碎、球磨、过筛、包装工序制得AB3合金20Kg。
使用制得的合金制作90M18Ah电池50只。
对比例8
使用市场上AB5合金(包头三德电池材料有限公司B3H型号)制作90M18Ah电池50只。
按照本领域常规方法，对上述制得的电池做对比测试，测试结果如表1所示。
表1
从以上对比测试结果看，实施例1～5使用本发明的电池，具有放电平台较高、循环寿命长、克容量高等优点，而其它电性能相差不大。对比例6和对比例7通过改变A侧或B侧元素的含量，也可制作AB3合金，但合金的部分性能有一定程度的降低。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出具体的改变或变化均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种镍氢电池用AB3贮氢合金，其特征在于：化学计量式为Mm Ni2.86±0.15Sn0.03± 0.01Zr0.02±0.01Si0.06±0.01B0.03±0.01Mn0.21±0.05Al0.16±0.05，其中Mm为含有La、Ce、Mg的A侧元素，B侧元素为Zr、Si、B、Sn、Mn、Ni、Al。
2.根据权利要求1所述的镍氢电池用AB3贮氢合金，其特征在于：所述各元素重量百分含量为La 25±1.5％，Ce 4±1.0％，Mg 3.5±0.5％。
3.一种如权利要求1所述的镍氢电池用AB3贮氢合金的制备方法，其特征在于：先按比例称取La、Ce、Sn、Zr、Si、B、Mn、Al、部分的Ni及MgNi合金，加入到真空高频感应炉中，调节加热功率为80～120kW，之后每分钟增加功率15～25kW，当温度达到1400～1430℃时候，停止加热，在此温度下停留25～40min；然后添加MgNi合金，加料完毕后，停留4～8min；最后开始浇铸，经过退火、粉碎、球磨、筛分、包装工序完成AB3合金制作。
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