[发明专利]一种Gd2Co7型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法

说明书

一种Gd₂Co₇型Nd–Mg–Ni系单相合金的制备方法，其主要是将感应熔炼得到的前驱物Nd_0.8Mg_0.2Ni_2.7和Mg₂Ni铸锭研磨成粒度小于400目的粉，按照镍粉：Nd_0.8Mg_0.2Ni_2.7：Mg₂Ni的摩尔比为1:0.38～0.42:0.01～0.02的比例，将它们混合均匀；在5～5.5MPa压力下冷压成型，在管式炉中进行分步粉末烧结处理：从室温经过五次升温至950℃，最后从950℃降温至850℃，降温速率1℃/min；烧结程序结束，合金随炉温冷却至室温。本发明设备简单、工艺操作简单、条件稳定，并且合金成分容易控制，烧结得到的合金具有较好的结构稳定性和综合电化学性能。

技术领域：

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种贮氢合金的制备方法。

背景技术：

金属氢化物镍电池(Ni/MH)是一种新型高容量二次电池，可以广泛用于便携式电子设备、电动车、混合式电动车等领域。它与目前发展比较迅速的锂离子(Li)电池相比，具有安全无污染、无记忆效应和抗过充/放电能力强的优点。在Ni/MH电池中，负极材料是影响电池物理化学性能的最主要的因素之一。目前商业化使用的Ni/MH电池负极材料主要是AB₅型稀土系贮氢合金，但是该类合金受到晶体结构的限制，本征储氢量较低，且电化学容量已经达到300-330mAh/g，难以再满足电池性能进一步发展的需求。因此，研究和开发新型负极材料具有重要意义。

本世纪初开始被广泛研究的RE–Mg–Ni系贮氢合金，具有不同于AB₅型合金的特殊的超晶格结构，其每个晶胞都是由[RENi₅]和[REMgNi₄]亚单元沿着c轴方向周期性堆垛而成的，并且不同的[RENi₅]/[REMgNi₄]亚单元比例可堆垛成不同的结构。具体地，当亚单元[RENi₅]/[REMgNi₄]比例为1:1、2:1和3:1时，可形成AB₃型、A₂B₇型和A₅B₁₉型结构，并且每种结构又根据其所包含的不同构型的[REMgNi₄]亚单元，分为2H(CeNi₃、Ce₂Ni₇、Pr₅Co₁₉)和3R(PuNi₃、Gd₂Co₇、Ce₅Co₁₉)两种构型。其中，La–Mg–Ni系贮氢合金具有高容量的特点，被认为是理想的电池负极材料，但是该类合金的循环稳定性较差。与La元素相比，Nd元素的原子半径较小，化学活性较低，不容易发生氧化和腐蚀，且在碱性电解液中，能够生成一层氧化层阻止合金的进一步氧化和腐蚀，因此相比于La–Mg–Ni系合金，Nd–Mg–Ni系合金表现出较好的循环稳定性。

2016年Du等人[W.K.Du,L.Zhang,Y.Li,et al.J.Electrochem.Soc.,2016,163(7):A1474–A1483]用分区退火处理的方法制备了PuNi₃型Nd–Mg–Ni系单相合金，并指出与PuNi₃型La₂MgNi₉单相合金相比，Nd₂MgNi₉单相合金表现出优异的循环寿命，其100周的循环稳定性为92％。研究表明，与AB₃型合金相比，A₂B₇型合金的亚单元在吸放氢过程中体积变化差降低，结构稳定性提高，因此A₂B₇型合金表现出更高的循环寿命。