CN1329542C - 一种稀土镁基贮氢合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种稀土镁基贮氢合金。其特征是该合金的通式为LaaCebPrcNddMgeNifCogMnhAli，式中a+b+c+d+e∶f+g+h+i＝1∶2.6～3.7，其中：a+b+c+d+e＝1，0.1≤a≤0.3，0.01≤b≤0.1，0.2≤c≤0.45，0.01≤d≤0.3，0.05≤e≤0.3；2.4≤f≤3.2，0.05≤g≤0.2，0.01≤h≤0.15，0.05≤i≤0.25。本发明提供的贮氢合金的Pr含量占稀土合金总量的40～50%，合金的循环性能得到明显提高，循环寿命可达到300次以上。该合金还具有容量高、成本低等特点，适合高容量电池使用。

Description

一种稀土镁基贮氢合金
技术领域
本发明涉及一种镍-金属氢化物电池负极材料，特别涉及一种贮氢合金。
背景技术
近年来，镍氢电池在高容量、高功率方向得到迅速发展。作为镍氢电池的关键负极材料，要求具有高容量、循环性能好、大电流放电性能好、成本低等特点。
而目前使用的稀土基AB5型贮氢合金比容量提高空间不大，约为280-320mAh/g左右。近年来，一种新型AB3型稀土镁基贮氢合金受到广泛关注，该合金吸氢量较大、放电容量高、活化快、大电流放电性能好，其可逆吸氢量可达到1.8～1.87％，理论放电比容量可达到400mAh/g，大大高于AB5型合金粉。目前，AB3型结构贮氢合金研究存在的主要问题是循环寿命差。为提高贮氢合金的循环性能，主要用稀土合金代替金属La、用Co、Fe、Mn、Al、B等元素代替金属Ni以及调整其A、B侧化学计量比。
文献(1)(《电池》，2004，5：316-318)制备了一种La2Mg(Ni0.85Co0.15)9B0.1稀土镁基合金贮氢合金，其最大放电比容量为390.02mAh/g，但循环性能没有明显提高，100次比容量衰减为38.5％。
为提高稀土镁基贮氢合金循环性能，中国专利01131896.1采用了一种富铈Mm1-YMY(NiCoN)X稀土镁基合金贮氢合金，其中0.01≤Y≤0.8，2.0≤X≤4.0，其循环性能明显提高。其中稀土元素总含量不低于90wt％，Ce含量不低于70wt％，La含量不高于30wt％，放电比容量较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有PuNi3型结构，合金粉活化快、容量高、大电流放电性能好、Co含量低等特点的高镨稀土镁基贮氢合金。
本发明的目的是这样实现的：
该稀土镁基合金的通式为LaaCebPrcNddMgeNifCogMnhAli，式中a+b+c+d+e∶f+g+h+i＝1∶2.6～3.7，其中：a+b+c+d+e＝1，0.1≤a≤0.3，0.01≤b≤0.1，0.2≤c≤0.45，0.01≤d≤0.3，0.05≤e≤0.3；2.4≤f≤3.2，0.05≤g≤0.2，0.01≤h≤0.15，0.05≤i≤0.25。按通式原子比例配料，在氩气保护条件下，中频感应炉熔炼，得到合金锭，合金锭在850～1050℃条件下，保温热处理2～24h.，冷却至室温，粉碎至＜100～300目。
取制得的合金粉0.2g与羰基镍粉以重量比1∶3均匀混合，在20Mpa的压力下制得直径为15mm的电极片。合金粉的电化学性能测试为双电极体系，对电极为烧结镍电极，容量为1200mAh，电解液用6mol/LKOH+0.5molLiOH溶液，测试温度：25～28℃。
本发明提供的贮氢合金的Pr含量占稀土合金总量的40～50％，合金的循环性能得到明显提高，循环寿命可达到300次以上。该合金还具有容量高、成本低等特点，适合高容量电池使用。
图1是实施例4的贮氢合金的X-射线衍射图；
图2是实施例4的贮氢合金的放电曲线；
表1是贮氢合金的性能对比。
具体实施方式
实施例1
按通式为La0.2Ce0.1Pr0.33Nd0.19Mg0.18Ni2.48Co0.10Mn0.05Al0.10的各金属原子比称取金属原料5kg，在氩气保护条件下，中频感应炉熔炼，得到合金锭，合金锭在900℃条件下，保温热处理2h.，然后冷却至室温，机械粉碎至＜200目。
实施例2
通式为La0.15Ce0.05Pr0.4Nd0.15Mg0.25Ni2.60Co0.18Mn0.08Al0.14。其他同实施例1。
实施例3
通式为La0.25Ce0.05Pr0.4Nd0.12Mg0.18Ni2.95Co0.18Mn0.08Al0.19。其他同实施例1。
实施例4
通式为La0.2Ce0.1Pr0.33Nd0.19Mg0.18Ni3.05Co0.2Mn0.09Al0.16。其他同实施例1。
该合金粉的X-射线衍射谱图如图1所示，放电曲线如图2所示。
取制得的合金粉0.2g与羰基镍粉，以重量比1∶3均匀混合，在20MPa的压力下，制得直径为15mm的电极片。在三电极体系中，以烧结镍电极(容量为1200mAh)为对电极，电解液用6mol/LKOH+0.5molLiOH溶液，测试合金粉的电化学性能。以72mA/g电流充电360分钟，静置5分钟，以72mA/g电流放电至1.0V，测试合金粉的放电比容量。以720mA/g电流充电36分钟，静置5分钟，以720mA/g电流放电至1.0V，测试合金粉的循环性能。
从图1可看出，合金为PuNi3晶型结构。
从表1可看出，本发明的高镨稀土镁基贮氢合金循环寿命均达到300次以上，放电比容量可达到371～393mAh/g。与文献(1)纯La稀土镁基贮氢合金相比，其循环寿命得到明显的改善。与中国专利01131896.1富铈稀土镁基贮氢合金相比，本发明的贮氢合金放电比容量明显较高。
表1贮氢合金的性能对比
样品   比容量(mAh/g)   300循环容量衰减(S300/％)
实施例1   371   19
实施例2   393   16
实施例3   387   14
实施例4   384   13
文献(1)稀土镁基合金 390 S100＝38.5
01131896.1稀土镁基合金 366 15

Claims (1)

1.一种稀土镁基贮氢合金，其特征是该合金的通式为LaaCebPrcNddMgeNifCogMnhAli，式中a+b+c+d+e∶f+g+h+i＝1∶2.6～3.7，其中：a+b+c+d+e＝1，0.1≤a≤0.3，0.01≤b≤0.1，0.2≤c≤0.45，0.01≤d≤0.3，0.05≤e≤0.3；2.4≤f≤3.2，0.05≤g≤0.2，0.01≤h≤0.15，0.05≤i≤0.25。
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