Mg基和AB-,5-型儲氫合金的制備、改性及電化學(xué)性能研究.pdf

1、電動汽車用Ni/MH電池的開發(fā)，是目前研究的熱點(diǎn)。為了提高Ni/MH電池的整體性能，制備高性能的儲氫合金負(fù)極材料是關(guān)鍵。針對目前作為動力用Ni/MH電池負(fù)極活性材料-儲氫合金性能方面的某些缺陷，開展了幾類儲氫合金的分子設(shè)計與制備研究，探討了元素取代、改性處理對合金結(jié)構(gòu)、表面形貌以及電化學(xué)性能的影響，以期獲得具有優(yōu)良綜合性能的Ni/MH電池負(fù)極材料，并為之提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本論文包括三個方面的內(nèi)容，首先是關(guān)于Mg基合金的元素取代以及改性

2、方面的研究；其次是關(guān)于AB5型合金的改性研究；第三是關(guān)于AB3-AB5復(fù)合合金的制備、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能研究。
　　 首先，針對Mg基合金循環(huán)性能差的缺陷，對其進(jìn)行了元素取代、改性處理。
　　 采用機(jī)械球磨法制備了Mg1-xTixNi(x=0，0.1，0.2，0.3)合金。研究發(fā)現(xiàn)，合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性隨著Ti含量的增加而升高。同時制備了Mg0.9Ti0.1Ni1-xMx(M=Co，Mn；x=0，0.1，0.2)合金，當(dāng)合

3、金中的Ni被Co或者M(jìn)n取代后，合金電極的循環(huán)性能得到改善。與文獻(xiàn)報道相比，Mg0.9Ti0.1Ni0.9Mn0.1電極最大放電容量由131.4 mAh/g提高到248.9 mAh/g，20次循環(huán)后的容量保持率由47.3％提高到67.5％。
　　 利用表面包覆和熱處理提高M(jìn)g基合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性。采用機(jī)械球磨法制備了MgNi—CoB合金，當(dāng)包覆CoB后，合金電極的最大放電容量由文獻(xiàn)值386.15 mAh/g增加到425.8 m

4、Ah/g，同時電極循環(huán)穩(wěn)定性提高。另外，通過在Ar氣保護(hù)下，于873 K預(yù)先熱處理，再經(jīng)機(jī)械球磨法制備Mg0.9Ti0.1Ni合金。經(jīng)過熱處理后，電極最大放電容量從229.9 mAh/g增加到331.9 mAh/g，容量保持率S30從17.2％提高到59.4％，此研究拓寬了提高M(jìn)g基合金循環(huán)性能的方法。
　　 TiNi系合金對MgNi合金復(fù)合的研究鮮有報道，制備的MgNi-TiNi0.56Co0.44合金電極的最大放電容量為39

5、7.3 mAh/g，循環(huán)穩(wěn)定性大大提高，容量保持率S50為62.4％。
　　 其次，針對AB5型MlNi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5合金放電容量不高的缺陷，對其進(jìn)行了氟處理、催化改性及復(fù)合改性。
　　 通過真空熔煉法制備AB5型MlNi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5合金，首次采用不同含氟溶液對其處理，合金電極最大放電容量從314.8 mAh/g增加為325.7 mAh/g(NH4F)，326.5 mAh/g

6、(LiF)和316.4 mAh/g(LiF+KBH4)；容量保持率S40從93.6％提高到96.5％(NH4F)、96.9％(LiF)和97.1％(LiF+KBH4)。
　　 采用金屬氧化物ZnO和MnO2催化改性MlNi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5合金，電極活化性能提高。MlNi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5-xwt％ZnO(x=0，5，10)合金電極的放電容量從314.8 mAh/g(x=0)提高到333.5

7、mAh/g(x=5)和341.1mAh/g(x=10)。
　　 首次利用AB3型合金為改性劑，制備了AB5-B3復(fù)合合金。MINi3.5Co0.6Mn0.4Al0.5-xwt％Mm0.89Mg0.11Ni2.97Mn0.14Al0.20Co0.54(x=0，5，10)合金電極的最大放電容量從x=0合金的315 mAh/g提高為324.1 mAh/g(x=5)和324.6 mAh/g(x=10)；容量保持率S50從92.3％(x=

8、0)增加到95.2％(x=10)，可以為動力電池用儲氫合金的研發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 此外，為了提高AB3型合金電極的循環(huán)穩(wěn)定性，根據(jù)其理論放電容量高以及AB5型合金循環(huán)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，首次提出將AB5型合金作為改性劑，制備AB3-AB5復(fù)合合金的研究思路。
　　 利用球磨法制備了Ml0.80Mg0.20Ni2.56Co0.50Mn0.14Al0.12-xwt％AB5(x=0，10，20，30)復(fù)合合金。加入AB5型合金

9、后，電極的容量保持率S60從70.0％(x=0)增加到79.5％(x=10)，然后降低為74.4％(x=30)。放電電流密度為600 mA/g的倍率放電能力HRD600從78.8％(x=0)增加到88.4％(x=20)，然后降低為82.4％(x=30)。
　　 研究了La0.78Mg0.22Ni2.67Mn0.11Al0.11Co0.52-wt％AB5(x=0，10，20，30)復(fù)合合金的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。隨著x值的增大，電極的