Ce2Ni7型La-Mg-Ni基贮氢合金的相转变及电化学性能研究

摘要

本文通过调节前驱物 LaNi5和 LaMgNi4摩尔比例粉末烧结制得了 Ce2Ni7型La–Mg–Ni基贮氢合金，同时通过感应熔炼和分区退火相结合的方法制备了Ce2Ni7型La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.4和 La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Al0.1合金以及含 Gd2Co7型和 Ce2Ni7型La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Mn0.1合金电极，研究了烧结和退火过程中的相结构转变以及不同相结构、相组成含量对合金电极材料性能的作用。
　　在粉末烧结过程中，当前驱物LaNi5/LaMgNi4为0.87时，合金结构组成为LaNi2相和PuNi3相；当前驱物摩尔比为1时，合金中的LaNi5相与PuNi3相发生包晶反应生成(La,Mg)2Ni7相，且同时存在PuNi3相；当LaNi5/LaMgNi4继续增加到1.12时，合金中的相结构为(La,Mg)2Ni7相和(La,Mg)5Ni19相。研究发现，(La,Mg)2Ni7相具有较高的放电容量与循环稳定性，并且也有利于提高高倍率放电性能。
　　研究发现，在退火过程中，随着退火温度和时间的改变，Ce2Ni7型相是由A5B19型相发生包晶反应而形成的。La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.4铸态合金组成为LaNi5、Gd2Co7、Ce2Ni7、MgCu4Sn和Ce5Co19相，在1248 K温度下退火14 h，获得Ce2Ni7型单相结构合金；La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Al0.1铸态合金的相结构组成为LaNi5、Ce2Ni7、Ce5Co19、Pr5Co19和MgCu4Sn相，在1223 K温度下退火12 h后，所得合金为Ce2Ni7型单相结构；铸态 La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Mn0.1合金含有 LaNi5、Gd2Co7、Ce2Ni7、Pr5Co19和MgCu4Sn相，并在1248 K温度下退火10 h得到单一Ce2Ni7型相合金。以上三种Ce2Ni7型单相合金电极的放电容量分别为395.9 mAh/g、384.7 mAh/g和396.3 mAh/g；Ce2Ni7型La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.4单相合金电极循环100圈的容量保持率为89.1％，Ce2Ni7型单相 La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Al0.1合金电极循环100圈的循环寿命由铸态合金的77.0%升高至90.5%；Ce2Ni7型单相La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Mn0.1合金100周充/放电循环后的容量保持率由铸态合金的64.0%提高到了89.0%，第100周放电容量为352.7 mAh/g，这主要是由于Ce2Ni7型单相合金在充/放电过程中，内部应力变化量小，合金的抗粉化能力与抗非晶化能力增强。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 Ni/MH电池概述

1.3 贮氢合金用作电池负极材料

1.4 贮氢合金的分类及研究现状

1.5 粉末烧结与退火处理技术

1.6 本文研究思路和主要内容

第2章 实验材料和方法

2.1 实验原材料和设备

2.2 合金样品的制备

2.3 合金化学组成与相结构分析

2.4 合金电极的制备

2.5 合金电极的电化学性能测试

2.6 合金电极的动力学测试

2.7 合金样品的P–C–T曲线测试

第3章 相组成对La–Mg–Ni基超堆垛合金电化学性能的影响

3.1 引言

3.2 相结构

3.3 合金电极的电化学P–C曲线

3.4 La–Mg–Ni合金的电化学性能

3.5 La–Mg–Ni合金的动力学性能

3.6 本章小结

第4章 Ce2Ni7型单相La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.4贮氢合金的相结构转变和电化学特性

4.1 引言

4.2 La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.4合金的相结构转变

4.3 La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.4合金电极的电化学P–C曲线

4.4 La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.4合金电极的电化学性能

4.5 La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.4合金电极的动力学性能

4.6 本章小结

第5章 Ce2Ni7型单相La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Al0.1贮氢合金的相结构转变和电化学特性

5.1 引言

5.2 La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Al0.1合金的相结构转变

5.3 合金电极的电化学P–C曲线

5.4 合金电极的电化学性能

5.5 合金电极的动力学性能

5.6 合金电极的气固P–C–T曲线

5.7 本章小结

第6章 Ce2Ni7型单相La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Mn0.1贮氢合金的相结构转变和电化学特性

6.1 引言

6.2 La0.6Nd0.15Mg0.25Ni3.2Al0.1合金的相结构转变

6.3 合金电极的电化学性能

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢