[发明专利]一种含Mg稀土系储氢合金及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高容量动力型MH-Ni电池用材料，属于电池材料领域，特别涉及一种含Mg稀土系储氢合金及其制备方法，。

背景技术：

近年来，由于汽车尾气排放量的增加，对城市空气污染日趋严重，以及全球能源的危机，尤其是产生的温室效应，使人类的生存受到严重影响，已受到世界各国家高度重视，极大地促进了MH-Ni电池向高容量动力型发展，以满足电动车、混合电动车、电动自行车、电动工具及军用坦克、飞机和潜艇等的需要，其潜在的市场非常广阔。目前，可批量用于高容量动力型MH-Ni电池上只有AB₅稀土系储氢合金，其他有发展的合金，如AB₂系拉夫斯相储氢合金，虽然放电容量高和循环寿命长，但初始活化慢和大电流放电性能差，不适合高功率MH-Ni电池，还没有实用化。AB₃稀土镁系储氢合金具有较高的放电容量，比AB₅稀土系储氢合金高10-30％[日本公开特许公报2002-105563]，而且大电流放电性能好，是最有前途的高容量动力型MH-Ni电池用合金。但AB₃合金在生产过程中因Mg易氧化和挥发导致合金质量和性能的稳定性较差，合金成分不易控制。一般制备含镁稀土系储氢合金有两种方法，一种是采用传统制备方法：将稀土金属，金属Mg和金属Ni等原料一起加入坩埚内同时熔化，另一种方法是先将Mg和Ni制备成中间合金，再与其他原料一起加入坩埚内再次熔化。由于Mg和Ni的熔点相差较大，分别为649℃和1453℃，而且Mg的蒸气压较低，若Mg和Ni同炉熔化时，则Mg将先熔化和挥发，导致合金成分与设计产生偏差，因此即使采用MgNi中间合金也不能稳定控制合金成分。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高容量动力型MH-Ni电池用含镁稀土系储氢合金及其制备方法，可确保制备的含镁稀土系储氢合金化学成分均匀且稳定，而且生产过程易于操控。

本发明采用的技术方案是：一种含Mg稀土系储氢合金，其特征在于化学结构式为：La_1-X-Y-ZPr_XNd_YMg_Z(NiCoAlM)_3.5±05，其中0＜X≤0.5，0＜Y≤0.5，0.1＜Z≤0.3，X+Y+Z＜1，M为Fe、Ti、Zr、Zn、Y或Cr中的一种或两种以上元素混合。

所述的含Mg稀土系储氢合金的制备方法如下：

1)按含Mg稀土系储氢合金的化学结构式La_1-X-Y-ZPr_XNd_Y(NiCoAlM)_3.5±0.5进行配料；

2)先将除了Mg外的其他金属放入真空感应熔炼炉中，抽真空≤0.5Pa，充入惰性气体，控制压力为0.04-0.07MPa，开始加热，当其他金属熔化均匀后，停止加热；

3)待合金熔体表面结膜后，再加入金属Mg，并开始加热，全部熔化均匀后，将真空感应熔炼炉内的气体压力降至0.005-0.04MPa；

4)将合金熔液浇注到水冷却模中，冷却凝固。

所述的惰性气体为Ar气。

在制备含Mg稀土系储氢合金时，抽真空后，充入一定压力的Ar气，熔化除金属Mg外的其他金属，所设定的压力控制在0.04-0.07MPa。如果低于0.04MPa，当排气时不能清晰看到液面，大于0.07MPa，不利于合金中杂质的去除。金属Mg的加入方法非常关键，加入金属Mg前，停止加热，待合金熔体表面结膜后，才能加入金属Mg(如果不待合金冷却后，直接加入Mg，由于高温也易使Mg挥发，影响合金中Mg的含量)。然后开始加热，当合金全部熔化再次均匀后，将炉内的气体压力降到0.005-0.04MPa，然后将合金熔液准确浇注到特制水冷却模中，使熔体快速凝固，从而得到化学成分稳定且均匀的储氢合金。若炉内的气体压力低于0.005MPa，金属Mg蒸发速度加快，影响合金成分的稳定，而且熔体易发生喷溅，大于0.04MPa，不能清晰看到液面，无法准确将熔体浇注到特制水冷却模中。

本发明的有益效果是：本发明方法简单，生产工艺易于操控。由于采用了镁在后期单独加热熔化，使高熔点的其他金属先熔化，待冷却成膜后，再加入Mg，再在较低温度下熔化镁，保证了镁的不挥发，合金化学成分均匀且稳定，合金成分与设计产生偏差很小，几乎为零。

附图说明：