专利摘要

本发明公开了一种高功率储氢合金粉末的制备方法，属于储氢合金导电性技术领域，包括以下步骤：S1：储氢合金在无氧环境中进行机械破碎，得到第一粉末；S2：将第一粉末在温度低于5℃的无氧环境中进行二次破碎，得到第二粉末，第二粉末的粒径小于5μm；该制备方法可以提高储氢合金的导电性能以及动力学性能，从而改善电池负极的倍率性能、功率性能、低温放电容量。

权利要求

1.一种高功率储氢合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：储氢合金在无氧环境中进行机械破碎，得到第一粉末；

S2：将第一粉末在由冰水混合水浴、液氮或低温箱对氧气含量小于0.5PPm的有机溶剂冷却形成的温度低于5℃的环境中进行二次超声波破碎，破碎后洗涤去除杂质过滤后干燥得到第二粉末，第二粉末的粒径小于5μm；

所述第一粉末的粒径为10~100μm；

所述有机溶剂为乙醇、异丙醇或N-甲基吡咯烷酮；

经过超声波细化的储氢合金的晶体结构并没有发生明显改变；

所述储氢合金由纯度在99.99%以上的镧或铈、镍、钴、锰以及铝按1.0:3.7:0.75:0.35:0.3的摩尔比混合后在真空环境中进行混合得到；

混合过程中采用磁悬浮式搅拌器；步骤S1中的机械破碎采用鳄式破碎机、锥式破碎机进行破碎。

2.根据权利要求1所述的高功率储氢合金粉末的制备方法制备得到的高功率储氢合金粉末。

说明书

技术领域

本发明属于储氢合金导电性技术领域，具体涉及一种高功率储氢合金粉末的制备方法及高功率储氢合金粉末。

背景技术

在过去的几年里，镍氢电池尽管受到锂离子电池、铅酸电池、超级电容器的冲击，镍氢电池还是凭借本身的安全性能、低温优异的电化学性、绿色环保、较高的比功率在军用器件及电动汽车领域取得了较为成功的应用。镍氢电池的电化学性能主要由负极(储氢合金)决定。目前影响AB5型储氢合金电化学性能主要有下三个原因：1，离子在电解液以及电极中的转移速率；2，电极表面电化学反应速率及电催化活性；3,氢质子在电极中的扩散速率。

传统球磨工艺会导致储氢合金非晶化并对导致放电容量有所损失，并且球磨局部产生的高温会使储氢合金表面氧化，影响储氢合金电荷转移速率。最重要的是，球磨细化储氢合金的能力有限，不能将储氢合金细化至微纳米级别。

发明内容

为了解决传统球磨工艺存在的上述问题，本发明提供了一种高功率储氢合金粉末的制备方法，该制备方法在低温的无氧环境中对储氢合金进行粉碎，且粉碎后的颗粒的粒径小于5μm，细化后的储氢合金比表面积增大，可以增加更多可以进行电化学反应的位点，可以有效减少储氢合金表面的电荷转移阻抗，颗粒表面不被氧化，提高粒子的转移速率。

本发明所采用的技术方案为：一种高功率储氢合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

S1：储氢合金在无氧环境中进行机械破碎，得到第一粉末；

S2：将第一粉末在温度低于5℃的无氧环境中进行二次破碎，得到第二粉末，第二粉末的粒径小于5μm。

本发明的工作原理/有益效果为：第一，进行机械破碎是为了使得第二次破碎更好地进行，在无氧环境和温度低于5℃的无氧环境中进行是使得破碎后得到的细颗粒表面不被氧化；第二，第二粉末的粒径小于5μm是为了增大储氢合金的比表面积，增加更多可以进行电化学反应的位点，有效减少储氢合金表面的电荷转移阻抗，在减少电荷转移阻抗的同时，由于储氢合金颗粒变小，导致氢质子的扩散路径变短，有效提高储氢合金氢质子扩散速率。综合以上两点，该制备方法可以提高储氢合金的导电性能以及动力学性能，从而改善电池负极的倍率性能、功率性能、低温放电容量。

进一步限定，所述第一粉末的粒径为10～100μm。

本发明的工作原理/有益效果为：粒径为10～100μm的第一粉末具有良好的分散性能，能够分散于有机溶剂中形成均匀的分散系。

进一步限定，步骤S2中的无氧环境是由氧气含量小于0.5PPm的有机溶剂形成，第一粉末分散于氧气含量小于0.5PPm的有机溶剂中，破碎后洗涤去除杂质过滤后干燥得到第二粉末。

本发明的工作原理/有益效果为：第一粉末的分散，隔绝氧气，避免第二粉末表面被氧化。

进一步限定，步骤S2中温度低于5℃是由冰水混合水浴、液氮或低温箱对无氧环境进行冷却实现的。

本发明的工作原理/有益效果为：遏制氧化反应的速度，进一步降低第二粉末表面的氧化程度。

进一步限定，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇或N-甲基吡咯烷酮。

本发明的工作原理/有益效果为：价格便宜，挥发性能良好。

进一步限定，步骤S2中二次破碎采用的超声破碎法或高能球磨法。

本发明的工作原理/有益效果为：超声破碎法或高能球磨法破碎性能良好，能够使得第二粉末的粒径小于5μm。

进一步限定，所述储氢合金由纯度在99.99％以上的镧或铈、镍、钴、锰以及铝按1.0:3.7:0.75:0.35:0.3的摩尔比混合后在真空环境中进行混合得到。

进一步限定，混合过程中采用磁悬浮式搅拌器。

进一步限定，步骤S1中的机械破碎采用鳄式破碎机、锥式破碎机或球磨研磨机进行破碎。

一种高功率储氢合金粉末的制备方法制备得到的高功率储氢合金粉末。

附图说明

图1是G-200，G-400，U-1和U-2的X射线衍射图；G-200，G-400，U-1和U-2分别代表粒径约200目的储氢合金，粒径约为400目的储氢合金，粒径为约为10微米的储氢合金，粒径约为1微米的储氢合金。

图2是G-200的SEM形貌图，放大倍数为1000倍；

图3是G-400的SEM形貌图，放大倍数为1000倍；

图4是U-1的SEM形貌图，放大倍数为1000倍；

图5是U-2的SEM形貌图，放大倍数为1000倍；

图6是G-200，G-400，U-1和U-2的以3000mAg-1的电流密度的放电曲线图；

图7是G-200，G-400，U-1和U-2在-40℃的放电容量图；

图8是G-200，G-400，U-1和U-2在-20℃的放电容量图；

图9是G-200，G-400，U-1和U-2在0℃的放电容量图；

图10是G-200，G-400，U-1和U-2在不同温度的放电容量和放电中值电压关系图；

图11是G-200，G-400，U-1和U-2的功率曲线与放电电压的关系图；

图12是G-200，G-400，U-1和U-2在在-40℃的功率曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

采用纯度在99.99％以上的镧或铈、镍、钴、锰以及铝金属元素按1.0:3.7:0.75:0.35:0.3的固定摩尔比于真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼过程采用氩气保护，并采用磁悬浮搅拌翻身熔炼4次以保证组织成分均匀；将熔炼后的储氢合金通过鳄式破碎机、锥式破碎机或球磨研磨机破碎过200目滤网得到10～100μm的第一粉末。

将1g第一粉末溶于100ml乙醇、异丙醇或N-甲基吡咯烷酮溶液的烧杯中，先在1000r/min条件下于高速分散器中反应1个小时，然后在功率600W的超声波细胞粉碎仪或高能球磨器破碎2个小时，反应过程全程低温冰水浴、液氮或低温箱以防止温度过高导致储氢合金表面产生氧化物，温度低于5℃。收集反应后的储氢合金使用蒸馏水和乙醇洗涤至中性并去除杂质，将洗涤后的储氢合金在80℃真空干燥箱静止2个小时后得到第二粉末，第二粉末的粒径小于5μm，测定第二粉末中不同粒径的储氢合金的X射线衍射图和SEM形貌图，X射线衍射图如图1所示，SEM形貌图如图2-5所示，其中：G-200，G-400，U-1和U-2分别代表粒径约200目的储氢合金，粒径约为400目的储氢合金，粒径为约为10微米的储氢合金，粒径约为1微米的储氢合金；由图1-5可知，经过超声波细化的储氢合金的晶体结构并没有发生明显改变且没有氧化物的杂峰出现。

取100mg第二粉末与300mg镍粉混合在65MPa压力下压成圆片(粒径10微米)。将负极与参比电极、对电极侵入6mol/LKOH电解液中组成半电池，使用蓝电测试系统测试半电池。首先在常温条件下以0.2C的电流密度进行10次充放电活化，放电截至电压为0.6V，再对半电池进行10C的高倍率放电测试，放电截至电压为0.6V，如图6所示，随着储氢合金的粒径越小，参与电极在10C下的放电电流密度越大；U-2参与电极在10C下的放电电流密度下放电容量为239.92mAhg-1远高于未处理的储氢合金38.17mAhg-1。

取100mg第二粉末与300mg镍粉混合在65MPa压力下压成圆片(粒径10微米)。将负极与参比电极、对电极侵入6mol/LKOH电解液中组成半电池，使用蓝电测试系统测试半电池。首先在常温条件下以0.2C的电流密度进行20次充放电活化，放电截至电压为1V，然后将电池放到低温箱中静止，静止时间为半个小时。在0℃、-20℃以及-40℃条件下放电容量分别如图9、图8以及图7所示；由图9、图8以及图7可知，在0℃、-20℃以及-40℃条件下放电容量均有显著的提升；如图10所示，在-40℃的低温测试条件下，相比于未处理的储氢合金，经细化处理的储氢合金放电容量从49.58mAhg-1提升至204.69mAhg-1，放电中值电压从0.814V提升至1.128V。

取100mg第二粉末与300mg镍粉混合在65MPa压力下压成圆片(粒径10微米)。将负极与参比电极、对电极侵入6mol/LKOH电解液中组成半电池，使用蓝电测试系统测试半电池。首先在常温条件下以0.2C的电流密度进行10次充放电活化，放电截至电压为1V，在常温20℃条件下，将活化好的电池进行功率测试，在1C至16C的电流密度下放电5秒钟，每次放电后静止2分钟，得到功率曲线与放电电压的关系图，由图11可知，细化后的储氢合金峰值功率随着粒径减小而增大，U-2的峰值功率为5040.24Wkg-1远远高于未处理的储氢合金3757.44Wkg-1。

在进行低温测试之前，把半电池放入低温烘箱中静止4个小时，之后进行功率测试在-40℃条件下细化后的储氢合金峰值功率为1038.59Wkg-1而未处理储氢合金的是688.91Wkg-1，如图12所示。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

高功率储氢合金粉末的制备方法及高功率储氢合金粉末专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。