[发明专利]一种含镁超晶格储氢合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高端Ni-MH电池负极用兼有高容量、低自放电性能、长寿命的含镁超晶格储氢合金及其制备方法。

背景技术

随着科技的不断进步，人类对能源的需求越来越多，造成环境污染日趋严重，石油、煤炭等一次能源日趋紧缺。对人类的生存环境造成了严重的影响，新能源的开发和利用是解决上述问题的最佳途径。Ni-MH电池(镍氢电池)是一种绿色环保的新型能源，具有放电容量高、循环寿命长、可大电流放电等优点，目前已广泛地应用在工业和家庭的各个领域，电动车、混合电动汽车、电动自行车、电动工具等的使用极大地促进了Ni-MH电池的应用，作为Ni-MH电池负极材料的储氢合金粉，也随之得到广泛的应用。

在电动车及电动工具等高端领域应用中，主要有Ni-MH电池、Ni-Cd电池和锂离子电池。其中，Ni-Cd电池由于含有有害金属Cd，会对人体和环境造成危害，已被逐渐淘汰。锂离子电池，由于造价高，且大电流放电性能较差，尤其是长期搁置后的大电流放电能力较差，阻碍了其在电动工具等高端领域中的应用。Ni-MH电池虽然具有价格低、放电容量高、循环寿命长、可大电流放电等优点，但是电池的自放电性能较差，搁置半年后容量保持率只有30％左右，因此，用户不得不在每次使用前进行充电，这对用户的使用造成了很大的不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种含镁超晶格储氢合金及其制备方法，用于电动工具及其相关领域的高端Ni-MH电池负极，具有大电流放电能力强、低自放电性能好、容量高和寿命长的特点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种含镁超晶格储氢合金，其组成的化学式为：Mm_1-x-y-zLa_xMg_yM_z(Ni_aAl_b)_c，其中，Mm为稀土或混合稀土金属，至少含有La、Ce、Pr、Nd、Y、Sm中的一种或一种以上；M为Ti、Zr、Hf、Ca、Sr、Ba中的一种或一种以上；x、y、z、a、b表示摩尔比，其数值范围为：0＜x＜0.3、0＜y＜0.25、0＜z＜0.05、0.8＜a＜1.0、0＜b＜0.2、3.0＜b＜4.0。

所述储氢合金由单相或多相组成，并且至少含有PuNi₃型、Ce₂Ni₇型、Gd₂Co₇型、Ce₅Co₁₉型、Pr₅Co₁₉型、AB₄型超晶格相中的一种或一种以上，即合金样品的XRD衍射图在2θ角度为31.5°-33.5°至少有一个特征衍射峰，且该区域最强特征衍射峰与衍射图谱中最强特征衍射峰的强度比值不小于0.3。

所述超晶格相的重量百分含量≥90％。

一种含镁超晶格储氢合金的制备方法，具体操作步骤如下：

1)按照含镁超晶格储氢合金化学式：Mm_1-x-y-zLa_xMg_yM_z(Ni_aAl_b)_c进行配料，将除Mg镁以外的其他原料放入真空熔炼炉的坩埚中，金属镁放入加料仓；

2)真空熔炼炉抽真空至≤0.5Pa，向真空感应熔炼炉内充入惰性气体，控制充气压力为-0.09MPa～-0.06MPa；

3)真空熔炼炉开始加热至1000-1600℃，当炉内物料熔化均匀后，停止加热；

4)启动加料仓，将金属Mg加入到溶液中，使熔液温度保持稳定，保证Mg充分熔化，精炼3-5分钟后，停止加热；

5)当熔液达到1150-1350℃后，浇铸至水冷模，冷却成合金锭；

6)将熔炼好的合金块放入真空热处理炉中进行热处理，热处理过程在惰性气体的保护下进行，热处理温度为800～1200℃，保温时间为3～15小时；

7)将合金块经低温液氮冷却冲击磨制粉，制成平均粒径为35～50μm的储氢合金粉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该储氢合金同时具有大电流放电能力强、低自放电性能好、容量高和寿命长的特点，极大地提高Ni-MH电池在高端领域的市场竞争力，尤其应用于电动工具及其相关领域，由于合金的成分中不含有Co、Mn两种元素，从而避免了Co、Mn两种元素由于梭式反应而引起的自放电。

附图说明