[發明專利]一種RE－Mg－Ni－M系貯氫合金的制備方法

有效

• 申請號: 200610088905.4
• 申請日: 2006-07-25
• 公開（公告）號: CN101113497A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 周增林;宋月清;崔舜;林晨光;閆震宇
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22B9/00;C22C19/03;C22F1/02
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本發明涉及一種RE-Mg-Ni-M系貯氫合金的制備方法。

技術背景

貯氫合金即金屬貯氫材料，由于其在適當的溫度、壓力下能大量(貯氫密度高于液態氫)、安全、可逆地吸收、釋放氫氣，且吸放氫過程中伴隨著一定的熱效應，所以作為與清潔能源-氫能相關的能量轉換材料和能量貯存材料而受到關注。作為一種新型功能材料，貯氫合金的應用領域如下：(1)氫能和熱能的貯存；(2)氫的分離、回收和凈化；(3)氫同位素的分離；(4)民用或電動車用鎳-金屬氫化物二次電池(以下簡稱鎳氫二次電池)的負極活性材料；(5)熱能-機械能的轉換；(6)合成化學中的催化劑；(7)溫度傳感器。

其中，作為民用或電動車用的鎳氫二次電池備受關注并已實現商業化。鎳氫二次電池具有如下特點：(1)高容量；(2)耐過度充電和放電；(3)可高倍率充放電；(4)無記憶效應；(5)無環境污染；(6)完全替代存在環境污染問題的鎳-鎘二次電池等。

作為鎳氫二次電池負極活性材料的貯氫合金，主要包括RE-Ni系AB₅型、Ti或Zr系AB₂型等。此類貯氫合金具有如下特征：(1)電化學貯氫容量高(不低于300mAh/g)；(2)合金氫化物的平衡氫壓適當(0.01～0.5MPa，298K)；(3)合金組分的化學性質在堿性電解液中相對穩定；(4)反復充放電過程中合金不易粉化；(5)較好的溫度特性(-30～55℃)；(6)良好的導電性和導熱性；(7)原材料成本較低。

目前，鎳氫二次電池正繼續向高容量、高功率、低成本方向發展，相應作為負極活性材料的貯氫合金也在不斷發展。據報道，RE-Mg-Ni系AB₃或A₂B₇或A₅B₁₉型貯氫合金具有更高的電化學貯氫容量且成本較低，是目前國內外貯氫合金領域的重要發展方向。

由于RE-Mg-Ni系貯氫合金中含有金屬元素Mg，而Mg的熔點、密度、蒸汽壓與RE、Ni等元素相差較大，給該體系貯氫合金的制備帶來了困難：

(1)La、Ni的熔點分別為921℃、1453℃，而Mg的熔點為649℃，其沸點僅為1090℃；

(2)La、Ni的密度分別為6.70g/cm³、8.90g/cm³，而Mg的密度僅為1.74g/cm³；

(3)La、Ni在各自熔點溫度時的蒸汽壓分別為1.33×10^-7Pa(921℃)、237Pa(1453℃)，而Mg在1000℃時的蒸汽壓高達2.86×10⁷Pa。

目前RE-Mg-Ni系貯氫合金的制備方法有粉末燒結法和感應熔煉法。粉末燒結法制備該體系合金，實驗周期長，合金成分和組織不均勻，氧含量容易超標，難以實現規模化生產。感應熔煉法是將Mg、RE、Ni等金屬一起放在坩堝中熔化，其中Mg金屬要有一定程度過量，但由于Mg的揮發較為嚴重且密度及熔點與其他金屬相差較大，很難制備出成分符合設計要求的合金，成分均勻性也難以控制；同時還存在著漂浮Mg金屬粉塵誘發粉塵爆炸和火災等安全性問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種方便、快捷、有效的高容量長壽命RE-Mg-Ni-M系貯氫合金的制備方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種RE-Mg-Ni-M系貯氫合金的制備方法，該方法包括下述步驟：

(1)按照RE-Mg-Ni-M系貯氫合金的目標結構式中的成分和含量進行備料，其中采用鎂和結構式中的其它元素的中間合金作為鎂原料，并控制鎂含量超過設計值10～20wt％；

(2)在惰性氣體的保護下，將原料Ni和M金屬一起熔煉一次；

(3)在惰性氣體的保護下，將原料RE金屬熔煉一次；

(4)在惰性氣體的保護下，將步驟(2)和(3)所得鑄錠一起熔煉一次；

(5)在惰性氣體的保護下，將步驟(4)所得鑄錠翻轉后熔煉，熔煉時設備功率控制在35～40KW，并控制合金熔液在1300～1500℃范圍內；然后將設備功率降至28～32KW，同時添加鎂中間合金并保持時間為0.5～2分鐘，冷卻得到RE-Mg-Ni-M系貯氫合金鑄態產品。