專利名稱：新型稀土系貯氫電極合金及其淬火處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池，尤其是涉及一種鎳-金屬氫化物(Ni-MH)二次電池負(fù)極材料用新型稀土系貯氫電極合金及其淬火處理方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于鎳-金屬氫化物(Ni-MH)二次電池，相對于Ni-Cd二次電池來講，具有容量高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、抗過充、過放能力強(qiáng)和無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)而成為國內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。
鎳-金屬氫化物二次電池的正極一般采用鎳電極，而負(fù)極材料則選用貯氫合金。從理論上來講，能夠用做Ni-MH二次電池負(fù)極材料的貯氫電極合金包括稀土基AB5型合金、AB2型Laves相合金、鎂基合金和釩基固溶體合金。其中，人們對稀土基AB5型合金的研究最為成熟，它具有易活化、大電流充放電能力強(qiáng)、循環(huán)壽命長等良好的綜合電化學(xué)性能，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但是，稀土基AB5型貯氫電極合金的容量有限，并且隨著對該貯氫電極合金的研究日趨成熟，其容量亦逐漸接近其理論電化學(xué)容量，越來越難以滿足人們對高能量密度電池的需求。
在高容量貯氫電極合金的研究中，AB2型Laves相合金由于具有容量高、循環(huán)壽命長而引起了人們的注意，但是該合金的初期活化相當(dāng)困難，并且大電流放電能力不夠理想而難以實(shí)用化。鎂基合金和釩基固溶體合金的初始電化學(xué)放電容量相當(dāng)高，但是由于它們在電解液中的循環(huán)衰退過快而導(dǎo)致容量迅速下降，目前還沒有很好的解決辦法，因此短期之內(nèi)也無法實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。
新型稀土系貯氫電極合金具有較高的電化學(xué)放電容量，Kohno研究了La5Mg2Ni23型貯氫合金電極的電化學(xué)放電容量可達(dá)400mAh/g，大大超越了稀土基AB5型貯氫合金電極的放電容量。并且其合金電極在電解液中具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性、良好的高倍率特性和活化能力以及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)而顯示出了強(qiáng)大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型稀土系貯氫電極合金及其淬火處理方法。
新型稀土系貯氫電極合金的分子式為A1-yByCx，其中A為La、富La混合稀土Ml、Ce、富Ce混合稀土Mm、Pr、Nd中的一種或兩種或兩種以上成分，B為Mg、Ca、Be、Sr、Ba中的一種或兩種或兩種以上成分，C為Mn、Fe、Mo、Co、Al、Si、Ga、S、Pt、Sc、Ti、V、Cr、Cu、Zn、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Cd、W、Hf、Ta、B、P、Ge、As、Se、In、Sn中的一種或兩種或兩種以上成分，0.01≤y≤0.8，2.0≤x≤4.0。
新型稀土系貯氫電極合金的淬火處理方法包括下列步驟1)新型稀土系貯氫電極合金置于真空磁懸浮熔煉爐或電弧爐熔煉；2)將熔煉好的鑄態(tài)貯氫電極合金放在真空退火爐中抽真空至10-4-10-6托；3)將貯氫電極合金加熱到650-1300℃并保溫1-48小時(shí)；4)將貯氫電極合金在快速淬火介質(zhì)水或油中進(jìn)行淬火處理。
采用本發(fā)明的淬火處理方法處理過的新型稀土系貯氫電極合金，尤其是850℃×8h保溫后水淬處理，合金電極的放電容量得到了極大的提高，同時(shí)，合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性亦得到了改善，從而提高了A1-yByCx貯氫電極合金的綜合電化學(xué)性能。本發(fā)明的新型稀土系貯氫電極合金的淬火處理方法將為改善其它貯氫電極合金的綜合電化學(xué)性能提供有用的參考依據(jù)。


附圖是按照實(shí)施例處理過的合金電極及未經(jīng)處理過的鑄態(tài)合金電極的放電容量與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式
稀土系貯氫電極合金的淬火處理方法中的退火爐的加熱溫度為850℃，保溫時(shí)間為8h。
實(shí)施例按照新型稀土系A(chǔ)1-yByCx貯氫電極合金的設(shè)計(jì)成分，采用真空磁懸浮爐或電弧爐熔煉合金，記為合金X。其中，合金組元的純度均在90％以上。取部分合金X分別封入真空石英玻璃管中，石英玻璃管中的真空度為10-5托。然后分別將管放入退火爐中進(jìn)行加熱保溫。加熱條件為850℃×8h，待保溫時(shí)間到后，立即將封有貯氫電極合金的石英玻璃管取出并放入水中，同時(shí)將玻璃管敲碎，讓合金完全與水接觸，即淬火處理。電化學(xué)性能的測試是在一個(gè)開口式三電極系統(tǒng)中進(jìn)行，它包括一個(gè)工作電極(即貯氫合金電極)、一個(gè)燒結(jié)Ni(OH)2/NiOOH輔助電極和一個(gè)Hg/HgO參比電極。電解液采用6N KOH水溶液，測試溫度保持在303K。所有的測試電極都是通過均勻混合100mg貯氫合金粉(300目)和300mg羰基鎳粉并在20Mpa的壓力下壓制成直徑10mm、厚度1mm的電極片而成。電極采用100mA/g的電流充放，其中充電時(shí)間為5小時(shí)，放電截止電位為-0.5V(相對于Hg/HgO參比電極)。電化學(xué)性能的測試是在一個(gè)開口式三電極系統(tǒng)中進(jìn)行，它包括一個(gè)工作電極(即貯氫合金電極)、一個(gè)燒結(jié)Ni(OH)2/NiOOH輔助電極和一個(gè)Hg/HgO參比電極。電解液采用6N KOH水溶液，測試溫度保持在303K。
比較實(shí)施例選取部分實(shí)施例中熔煉的合金X，不作任何處理，按照實(shí)施例所述的方法制作電極和進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)壽命測試。
從圖可以看出，合金X在鑄態(tài)條件下的最高電化學(xué)容量僅有357mAh/g，而進(jìn)行850℃×8h保溫后淬火處理，其最高電化學(xué)容量變?yōu)?90mAh/g，提高了33mAh/g，并且經(jīng)過250個(gè)循環(huán)后，其容量仍然高于鑄態(tài)合金的放電容量。
權(quán)利要求
1.一種新型稀土系貯氫電極合金，其特征在于它的分子式為A1-yByCx，其中A為La、富La混合稀土Ml、Ce、富Ce混合稀土Mm、Pr、Nd中的一種或兩種或兩種以上成分，B為Mg、Ca、Be、Sr、Ba中的一種或兩種或兩種以上成分，C為Mn、Fe、Mo、Co、Al、Si、Ga、S、Pt、Sc、Ti、V、Cr、Cu、Zn、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Cd、W、Hf、Ta、B、P、Ge、As、Se、In、Sn中的一種或兩種或兩種以上成分，0.01≤y≤0.8，2.0≤x≤4.0。
2.一種新型稀土系貯氫電極合金的淬火處理方法，其特征在于，它包括下列步驟1)新型稀土系貯氫電極合金置于真空磁懸浮熔煉爐或電弧爐熔煉；2)將熔煉好的鑄態(tài)貯氫電極合金放在真空退火爐中抽真空至10-4-10-6托；3)將貯氫電極合金加熱到650-1300℃并保溫1-48小時(shí)；4)將貯氫電極合金在快速淬火介質(zhì)水或油中進(jìn)行淬火處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型稀土系貯氫電極合金的淬火處理方法，其特征在于，所說合金的分子式為A1-yByCx，其中A為La、富La混合稀土Ml、Ce、富Ce混合稀土Mm、Pr、Nd中的一種或兩種或兩種以上成分，B為Mg、Ca、Be、Sr、Ba中的一種或兩種或兩種以上成分，C為Mn、Fe、Mo、Co、Al、Si、Ga、S、Pt、Sc、Ti、V、Cr、Cu、Zn、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Cd、W、Hf、Ta、B、P、Ge、As、Se、In、Sn中的一種或兩種或兩種以上成分，0.01≤y≤0.8，2.0≤x≤4.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型稀土系貯氫電極合金的淬火處理方法，其特征在于，所說的退火爐的加熱溫度為850℃，保溫時(shí)間為8h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型稀土系貯氫電極合金及其淬火處理方法。貯氫電極合金的分子式為A
文檔編號(hào)C22F1/10GK1363704SQ0113189
公開日2002年8月14日 申請日期2001年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月26日
發(fā)明者潘洪革, 劉永鋒, 高明霞, 雷永泉 申請人:浙江大學(xué)