專利名稱：高性能無(wú)鈷貯氫合金粉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一種貯氫材料，具體為 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉。
背景技術(shù)：
氫能是未來(lái)能源最佳選擇之一。氫能的利用涉及氫的儲(chǔ)存、輸運(yùn)和使
用。自20世紀(jì)60年代中期發(fā)現(xiàn)LaNi5和FeTi等金屬間化合物的可逆儲(chǔ) 氫作用以來(lái)，儲(chǔ)氫合金及其應(yīng)用研究得到迅速發(fā)展。儲(chǔ)氫合金能以金屬氫 化物的形式吸收氫，是一種安全、經(jīng)濟(jì)而有效的儲(chǔ)氫方法。金屬氫化物不 僅具有儲(chǔ)氫特性，而且具有將化學(xué)能與熱能或機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的機(jī)能，從 而能利用反應(yīng)過(guò)程中的烚變開(kāi)發(fā)熱能的化學(xué)儲(chǔ)存與輸送，有效利用各種廢 熱形式的低質(zhì)熱源。因此.儲(chǔ)氫合金的眾多應(yīng)用己受到人們的待別關(guān)注。 目前在研和已投入使用的合金成分有Mg, TJ， Nb， V， Zr和稀土類金屬， 添加成分有Cr, Fe，Mn，Co，Ni，Cu等。以鎳氫電池為代表的產(chǎn)品是貯氫 合金粉的主要用途。稀土金屬元素是貯氫合金粉的主要原料之一，尤其是鈷元 素。貯氫合金粉的一般制作工藝是將各種原料混合熔煉，然后成型，按照一定 粒度粉碎即可。
例如專利申請(qǐng)?zhí)枮?006101095682公開(kāi)了一種貯氫合金粉，其原料為 MmNiaCObAlcMnd合金。專利申請(qǐng)?zhí)枮?007100085442公開(kāi)了一種貯氫合金 粉的制備方法，原料使用的有鎳、混合稀土、鎂、鈷、錳、鋁、銅，這些原料 按照一定比例混合熔煉，然后冷卻再粉碎即可制成粉料。專利申請(qǐng)?zhí)枮?2006101673841公開(kāi)了一種貯氫合金及其制備方法，所述金屬原料的組成符合通式AxByMaNb所示的組成，式中x = l,2《y《5,0<a + b《0.5,a >O,b>0 ，且1延b/a琪3，A為稀土元素、鎂、鈣中的一種或幾種，B 選自釩、鉻、錳、鐵、鉆、鎳、銅、鋅、錫、鋁、鑰、硅和硼中的一種或幾種， M為欽和/或錯(cuò)，N為鎳。例如CN1585165A中公開(kāi)了一種用于金屬貯氫 /鎳電池的無(wú)鉆電極材料，所述材料合金成分為(MmxMg(1 — x) )NiyAlm Rl-y-m))。式中0.4《x<l;0.5《y《l:0<m《0 . 2 ; 3 3《n 《3. 7， Mm是至少一種稀土元素或是它們的混合；R是Mn 、 Ti 、 Zr 、 cr 、 v 、 SI、 sn元素中的一種或是它們的混合。
分析以上技術(shù)我們可以發(fā)現(xiàn)，在貯氫合金制造中，鈷是一個(gè)必要的稀土元 素，由于傳統(tǒng)的貯氫合金為L(zhǎng)aNi5系列合金，合金中鈷含量直接影響材料的性 能和合金的生產(chǎn)成本，按照鈷含量為合金質(zhì)量的10%計(jì)算，合金原材料成本中， 鈷就占去33%，這在很大程度上限制了貯氫合金生產(chǎn)的利潤(rùn)空間。為此，降低 合金中鈷含量一直是各大貯氫合金生產(chǎn)企業(yè)追求的目標(biāo)。盡管我國(guó)稀土儲(chǔ)量豐 富，但是自然資源始終有消耗怠盡的一天。所以低鈷和無(wú)鈷貯氫合金材料開(kāi)發(fā) 就是產(chǎn)業(yè)中一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的貯氫合金材料中含有鈷而帶來(lái)成本高 的問(wèn)題而提供了 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉。
本發(fā)明是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的， 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列 重量比例的原料Ni45~55°/。、 Mn7~ll°/。、 A10.5~1.5%、 Cu7~12%、 Xl~4%、 Lal8~24%、 Ce5 9%、 PrO~l%、 Nd0~1.5%、 Y0~0.5%，其中X為Fe、 Si， Y 為Zr、 Mg，制備方法是將上述比例的原料混合真空熔煉，然后真空淬火，破碎制粉，篩選出100~200目的合金粉料。本發(fā)明得到的無(wú)鈷貯氫合金粉是在原 有的高鈷和低鈷貯氫合金生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化合金配方和調(diào)整合金生 產(chǎn)工藝，在保證或提高原有合金性能的基礎(chǔ)上，大大降低合金的生產(chǎn)成本。其 中Ni、 Mn、 Al、 Cu、 X、 La、 Ce為必要原料、Pr、 Nd、 Y為選擇性添加的輔 助用原料，由必要原料制成的合金粉即具有以下優(yōu)良性能，
本發(fā)明所述的無(wú)鈷型貯氫合金粉和低鈷型合金粉相關(guān)對(duì)比
1、 價(jià)格比較本發(fā)明所述的無(wú)鈷型貯氫合金粉中不含有金屬鈷；低鈷型貯氫 合金粉中含約3.5%的金屬鈷；根據(jù)金屬鈷的市場(chǎng)價(jià)進(jìn)行計(jì)算，低鈷型忙氫合 金粉比無(wú)鈷型貯氫合金粉的價(jià)格要貴30元/kg。
2、 兩種類型的貯氫合金粉的性能比較
無(wú)鈷型 貯氫合金粉低鈷型 貯氫合金粉對(duì)比結(jié)果
電化學(xué) 容量305mAh/g300mAh/g無(wú)鈷型的比低鈷型的 容量高
循環(huán)壽命360次220次無(wú)鈷型的比低鈷型的 壽命長(zhǎng)
3、兩種類型的貯氫合金粉做成電池后的比較
無(wú)鈷型 貯氫合金粉低鈷型 貯氫合金粉對(duì)比結(jié)果
大電流放電 (2C)1370mA1300mA無(wú)鈷型的比低鈷型的高
使用壽命500次320次無(wú)鈷型的比低鈷型的壽 命長(zhǎng)
容量1520 mAh1510 mAh無(wú)鈷型的跟低鈷型的容 量基本相當(dāng)或略高
本發(fā)明得到的產(chǎn)品制成的汽車用動(dòng)力電池性能指標(biāo)與常規(guī)高鈷LaNi5系列 對(duì)比，具有易活化、電化學(xué)容量高、高倍率放電性能優(yōu)異、循環(huán)穩(wěn)定性能良好 和電催化活性優(yōu)異等特點(diǎn)。值得一提的是，由于該系列合金中實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷元素， 可降低合金原材料成本的20%以上，在貯氫合金市場(chǎng)利潤(rùn)空間相對(duì)狹小的今天，該產(chǎn)品由于其電化學(xué)性能優(yōu)異以及高鈷LaNi5系列無(wú)法替代的成本優(yōu)勢(shì)， 具有巨大的發(fā)展前景。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列重量比例的原料:Ni45。/。、 Mnll%、 All%、 Cu7%、 Xl%、 La24%、 Ce90/o、 Prl%、 Ndl.5%、 YO.5%,制 備方法是將上述比例的原料真空下1500-180(TC熔煉，然后真空淬火得到合金 塊，將合金快兩次破碎制粉，篩選出100~200目的合金粉料。其中X為Fe、 Si， Y為Zr、 Mg。
將各組元純金屬按合金設(shè)計(jì)的質(zhì)量比準(zhǔn)確稱取并放在坩堝內(nèi)，經(jīng)5kg真空 中頻感應(yīng)爐熔煉，氬氣保護(hù)下澆注到特殊設(shè)計(jì)的水冷錠模中，快速凝固成成分 均勻的貯氫合金錠，然后，在氬氣保護(hù)氣氛中，在900'C 103(TC的溫度下，恒 溫4 8小時(shí)，然后冷卻至室溫，先經(jīng)過(guò)一級(jí)破碎機(jī)，在氬氣保護(hù)下將合金錠破 碎成直徑小于O. 5mm的碎粒，立即加入跟一級(jí)破碎機(jī)直接連接的二級(jí)制粉機(jī)中， 在氬氣保護(hù)下粉碎成一定粒度的半成品，然后使用100 200目的震動(dòng)篩分機(jī)制 成10(T200目的貯氫合金粉。
實(shí)施例2， 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列重量比例的原料 Ni53.470/0、 Mnll0/0、 A10.5%、 Cul2%、 X4%、 La腦、Ce5%、 Pr0.01o/o、薩.01%、 Y0.01%，其中X為Fe、 Si， Y為Zr、 Mg，加工方法同上。
實(shí)施例3， 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列重量比例的原料:Ni55。/0、 Mn7%、 A11.50/o、 Cu7%、 Xl%、 Lal8%、 Ce8.750/o、 Pr0.50/o、 Ndl%、 Y0.25%， 其中X為Fe、 Si， Y為Zr、 Mg，加工方法同上。
實(shí)施例4， 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列重量比例的原料:Ni50%、Mn9%、 All°/。、 Cu9.5%、 X2.5%、 La21°/。、 Ce7%，制備方法是將上述比例的 原料真空下1500-180CTC熔煉，然后真空淬火得到合金塊，將合金快兩次破碎 制粉，篩選出100-200目的合金粉料。其中X為Fe、 Si， Y為Zr、 Mg。
實(shí)施例5， 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列重量比例的原料:Ni55%、 Mn8.5%、 A11.5%、 Cu7%、 Xl%、 Lal8%、 Ce8%、 Prl。/。制備方法是將上述比 例的原料真空下1500-180(TC熔煉，然后真空淬火得到合金塊，將合金快兩次 破碎制粉，篩選出100-200目的合金粉料。其中X為Fe、 Si， Y為Zr、 Mg。
實(shí)施例6， 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列重量比例的原料Ni50%、 Mn8.5%、 A11.5%、 CulO%、 Xl%、 La20°/。、 Ce8%、 Ndl%，制備方法是將上 述比例的原料真空下1500-180(TC熔煉，然后真空淬火得到合金塊，將合金快 兩次破碎制粉，篩選出100 200目的合金粉料。其中X為Fe、 Si， Y為Zr、 Mg。
實(shí)施例7， 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列重量比例的原料:Ni45。/。、 Mn9%、 A11.5%、 Cul2%、 Xl%、 La23%、 Ce8%、 Y0.5%，制備方法是將上述 比例的原料真空下1500-180(TC熔煉，然后真空淬火得到合金塊，將合金快兩 次破碎制粉，篩選出100 200目的合金粉料。其中X為Fe、 Si， Y為Zr、 Mg。
實(shí)施例8， 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列重量比例的原料:Ni54%、 Mn9%、 A11.5%、 Cu7%、 Xl%、 Lal8%、 Ce8%、 Prl%、 Ndl%，制備方法是 將上述比例的原料真空下1500-180(TC熔煉，然后真空淬火得到合金塊，將合 金快兩次破碎制粉，篩選出100 200目的合金粉料。其中X為Fe、 Si， Y為Zr、 Mg。
實(shí)施例9， 一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，包括下列重量比例的原料Ni50n/。、 Mn9%、 All°/。、 Cu9.5%、 X2.5%、 La21%、 Ce7%，制備方法是將上述比例的 原料真空下1500-180(TC熔煉，然后真空淬火得到合金塊，將合金快兩次破碎 制粉，篩選出100 200目的合金粉料。其中X為Fe、 Si。
權(quán)利要求
1、一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，其特征在于包括下列重量比例的原料Ni45～55％、Mn7～11％、Al0.5～1.5％、Cu7～12％、X1～4％、La18～24％、Ce5～9％、Pr0～1％、Nd0～1.5％、Y0～0.5％，其中X為Fe、Si，Y為Zr、Mg，加工工藝為將上述比例的原料混合后真空熔煉，然后真空淬火，破碎制粉，篩選出100～200目的合金粉料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能無(wú)鈷貯氫合金粉，其特征在于，原料為Ni50%、 Mn9%、 All%、 Cu9.5%、 X2.5%、 La21%、 Ce7%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種貯氫材料，具體為一種高性能無(wú)鈷貯氫合金粉。解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的貯氫合金材料中含有鈷而帶來(lái)成本高的問(wèn)題。包括下列重量比例的原料Ni45～55％、Mn7～11％、Al0.5～1.5％、Cu7～12％、X1～4％、La18～24％、Ce5～9％、Pr0～1％、Nd0～1.5％、Y0～0.5％，其中X為Fe、Si，Y為Zr、Mg。由于該系列合金中實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷元素，可降低合金原材料成本的20％以上，本發(fā)明得到的產(chǎn)品制成的汽車用動(dòng)力電池性能指標(biāo)與常規(guī)高鈷LaNi₅系列對(duì)比，具有易活化、電化學(xué)容量高、高倍率放電性能優(yōu)異、循環(huán)穩(wěn)定性能良好和電催化活性優(yōu)異等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C19/03GK101476062SQ200910073748
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月2日
發(fā)明者唐穎斐, 蔡仁健 申請(qǐng)人:山西中科天罡科技開(kāi)發(fā)有限公司