本發(fā)明屬于貯氫材料技術領域，特別涉及一種鎳氫動力電池用鈦鐵釔基貯氫材料、中間合金及制備方法。

背景技術：

隨著風電、水電等清潔能源在電力資源中所占比例的增加，發(fā)展新能源汽車，包括純電動、混合動力和燃料電池汽車，已經(jīng)成為解決日益嚴重的環(huán)境問題，緩解對石油資源過度依賴的最有效途徑。目前，中國已成為第一大新能源汽車市場。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，2015年中國共銷售新能源汽車331092輛。然而，與日本、歐美發(fā)達國家相比，卻只有數(shù)量優(yōu)勢，性能及質(zhì)量還相距甚遠。最主要的不足在于動力電池性能落后，主要表現(xiàn)在續(xù)航里程短、成本高以及較差的安全性等方面。

目前，國內(nèi)主要的動力電池有鋰離子電池和鎳氫電池。雖然鋰離子電池所占市場份額較大，但鋰資源有限，難以支持持久、全面的新能源汽車發(fā)展。頻繁出現(xiàn)的起火、爆炸事故，更增加了人們對鋰離子電池安全性能的擔憂。與之相比，鎳氫電池具備極好的大電流充放電能力，更符合新能源汽車對快速充電性能的要求。并且，氫以原子形態(tài)貯存于貯氫合金中，其安全性是鋰離子電池無法比擬的。

鎳氫電池市場份額較低的原因在于現(xiàn)有的貯氫合金貯氫量較低，成本偏高。目前廣泛使用的LaNi₅系貯氫合金，貯氫量僅為1.3wt.％左右，使用壽命約為500次。其主要成分為價格較高的稀土元素和鎳元素，難以實現(xiàn)成本的大幅降低。因此，提升鎳氫電池市場競爭力的重點是研發(fā)價格便宜、貯氫量高的新型貯氫合金。鈦鐵基貯氫合金理論貯氫量高達1.86wt.％，活化后室溫下即可可逆的吸放氫。但其作為電極材料時，幾乎不放電，主要原因包括：(1)鈦鐵基貯氫合金的壓強-成分-溫度(PCT)曲線斜率大，無明顯PCT平臺。吸放氫工作壓力通常高于0.3MPa。而鎳氫電池內(nèi)部壓力一般不超過0.1MPa，超過該壓力后，會增加電池漏液的風險。貯氫合金電化學容量測試使用的開口三電極或者兩電極系統(tǒng)，工作壓力也為一個大氣壓。因此，在密封的鎳氫電池以及開口三電極或兩電極系統(tǒng)中，氫壓達不到鈦鐵基貯氫合金工作所需的壓力，從而導致充放電性能極差；(2)鈦鐵基貯氫合金表面電荷轉(zhuǎn)移能力極差，電荷不能及時穿過合金表面，導致氫化物形成和分解反應不能迅速進行，從而極大的限制了合金放電能力的發(fā)揮；(3)鈦鐵基合金中的鈦極易被氧化形成TiO₂，形成一層致密的氧化膜覆蓋在合金表面，阻礙了氫原子通過合金表面進入合金體內(nèi)，也在一定程度上限制了合金的放電能力?；谝陨戏治觯瑴p小PCT曲線平臺斜率，降低平臺壓力至0.1MPa以下，破壞合金表面氧化層以及提高合金表面電荷轉(zhuǎn)移能力是改善鈦鐵基貯氫合金放電能力的關鍵。

與其他元素合金化是改善合金貯氫性能的重要方法。在合金中加入Mg、Ni、Zn、Mn、Y等元素，可以減小合金PCT曲線平臺斜率。調(diào)節(jié)添加元素比例，可以降低平臺壓力到鎳氫電池工作所要求的壓強范圍內(nèi)。熱處理能夠消除晶格畸變，增大晶胞體積，從而降低吸放氫平臺壓力。通過與少量納米石墨粉混合球磨可以破壞合金表面氧化層，增加合金表面電荷轉(zhuǎn)移能力，極大的改善合金的放電性能。本發(fā)明采用真空熔鑄+熱處理+與納米石墨粉短時間球磨的工藝制備出具有單一相結(jié)構(gòu)的鈦鐵釔基貯氫材料，室溫下放電容量有極大提高，成本降低為LaNi₅系貯氫合金的三分之一。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鎳氫動力電池用鈦鐵釔基貯氫材料和中間合金，使鈦鐵基貯氫合金室溫下放電能力大大改善。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種鎳氫動力電池用鈦鐵釔基貯氫材料的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種制備鈦鐵釔基貯氫材料的中間合金，該貯氫材料用于鎳氫動力電池，該中間合金的化學式組成為：Ti_0.8-xMg_xY_0.3Fe_1-y-m-nNi_yZn_mMn_n，式中x，y，m，n為原子比，0≤x≤0.2，0≤y≤0.4，0≤m≤0.4，0≤n≤0.4，0≤y+m+n≤0.5，且x+y+m+n≠0。

所述中間合金的成分組成為：Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.5Ni_0.3Zn_0.1Mn_0.1。

所述中間合金為納米晶-非晶結(jié)構(gòu)。

一種鈦鐵釔基貯氫材料，該貯氫材料用于鎳氫動力電池，該貯氫材料由制備的鈦鐵釔基中間合金和納米石墨粉組成，納米石墨粉占比為1-10wt.％，其余為所述中間合金，所述中間合金的化學式組成為：Ti_0.8-xMg_xY_0.3Fe_1-y-m-nNi_yZn_mMn_n，式中x，y，m，n為原子比，0≤x≤0.2，0≤y≤0.4，0≤m≤0.4，0≤n≤0.4，0≤y+m+n≤0.5，且x+y+m+n≠0；

該貯氫材料通過如下步驟制備：真空熔鑄→熱處理→與納米石墨粉短時間球磨。

該貯氫材料表面嵌有高密度的納米石墨顆粒。

該貯氫材料的放電容量為266～350mAh/g。

一種如所述的鈦鐵釔基貯氫材料制備方法，該方法包括如下步驟：

a.按化學式組成：Ti_0.8-xMg_xY_0.3Fe_1-y-m-nNi_yZn_mMn_n稱量原材料，式中x，y，m，n為原子比，0≤x≤0.2，0≤y≤0.4，0≤m≤0.4，0≤n≤0.4，0≤y+m+n≤0.5，且x+y+m+n≠0；

b.將配好的原材料按順序碼放在坩堝中；

c.真空熔煉：高純氦氣保護氣氛下，在熔煉溫度為1670-1710℃進行感應熔煉，獲得用于制備鈦鐵釔基貯氫材料的中間合金鑄錠；

d.真空熱處理：將所得中間合金鑄錠進行消除缺陷和偏析熱處理；

e.制粉球磨：將步驟d中所得中間合金研磨成粉并與1-10wt.％的納米石墨粉混合均勻后進行短時間球磨，總球磨時間在1-5h。

步驟a中，金屬原材料純度≥99％，所述化學式組成中的金屬鎂在配比時增加10wt.％的燒損量。

步驟b中，將配好的原料置于坩堝中，各原料在坩堝中的布置方式為：鐵棒垂直于坩堝底部沿坩堝壁環(huán)形擺放；裁剪為小塊的鎳板平鋪于坩堝底部，其上依次平鋪海綿鈦、鋅塊及錳塊，以上原材料應填滿坩堝；選用大塊鎂置于最上層，所處位置應高于坩堝上沿。

步驟c中，抽真空至1×10^-3Pa以上，然后充入0.06MPa高純氦氣作為保護氣，進行感應熔煉。

步驟d中，將中間合金鑄錠分層碼放在熱處理爐中，抽真空至1×10^-3Pa，并在1050℃下熱處理10h，隨爐冷卻。

步驟e中，球磨工藝的球料比為20:1，設定轉(zhuǎn)速為350r/min，采用球磨0.5h，休息10min的模式進行球磨。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)相對于傳統(tǒng)的LaNi₅系貯氫合金，在成分設計上采用價格便宜的Ti、Fe元素作為主要元素。其中Ti、Fe兩種元素在自然界中儲量豐富，價格便宜，有利于大規(guī)模推廣應用。所制備的鈦鐵釔基貯氫材料成本僅為LaNi₅系貯氫合金的三分之一。

(2)所制備的鈦鐵釔基貯氫材料可逆貯氫量提高到了1.8wt.％，較LaNi₅系貯氫合金提升了30％，也明顯高于已報道了的TiFe基貯氫合金。

(3)相對于傳統(tǒng)的鈦鐵基貯氫材料，所制備的鈦鐵釔基貯氫材料中加入了適量的Mg、Ni、Zn、Mn元素，增大了晶胞體積，使合金具有平坦的PCT平臺。并且，PCT曲線平臺壓力降低到了0.1MPa以下，從而符合了鎳氫電池對負極材料性能的要求。

(4)所制備的鈦鐵釔基貯氫材料PCT平臺壓力在0.05-0.097MPa，高于大多數(shù)的LaNi₅系貯氫合金，因此，具備更加優(yōu)良的動力學性能，更適合用于車載鎳氫動力電池負極材料。

(5)所采用的真空熔鑄+熱處理+與石墨短時間球磨的制備工藝，相對于傳統(tǒng)的熔鑄+熱處理工藝，或者熔鑄+快淬+熱處理工藝，更適合用于鈦鐵釔基貯氫合金電極材料的制備。所制備的鈦鐵釔基貯氫中間合金具有納米晶+非晶組織結(jié)構(gòu)。中間合金與納米石墨粉混合球磨后，合金顆粒表面嵌有高密度的納米石墨顆粒，提升了電荷轉(zhuǎn)移能力，是鈦鐵釔基貯氫合金電極材料具備快速充放電能力的關鍵。該工藝所制備的鈦鐵釔基貯氫材料最大放電容量增加到350mAh/g，遠高于已經(jīng)報道了的鈦鐵基貯氫合金，超過了LaNi₅系貯氫合金的最大實際放電容量，具備實用前景。

附圖說明

圖1為對比例1的Ti_1.1Fe中間合金的TEM微觀結(jié)構(gòu)圖；

圖2為對比例1的Ti_1.1Fe中間合金與5wt.％的納米石墨粉混合球磨3h所得材料的TEM微觀結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實施例13的Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.7Ni_0.3中間合金的TEM微觀結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實施例13的Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.7Ni_0.3中間合金與5wt.％的納米石墨粉混合球磨3h所得材料的TEM微觀結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實施例13的Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.7Ni_0.3中間合金的SEM顆粒形貌圖；

圖6為本發(fā)明實施例13的Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.7Ni_0.3中間合金與5wt.％的納米石墨粉混合球磨3h所得材料的SEM顆粒形貌圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。

本發(fā)明的設計思路如下：

成分設計方面，選用Ti、Fe、Y作為合金主要組成，同時還必須加入Mg、Ni、Zn、Mn中的一種。通過Y的加入增大TiFe晶胞體積，使合金具備平坦的PCT平臺。通過Mg、Ni、Zn、Mn的加入降低平臺壓力并且提高合金的電荷轉(zhuǎn)移能力。

制備方法方面，本發(fā)明采用真空熔鑄→熱處理→與納米石墨粉短時間球磨的工藝制備鈦鐵釔基貯氫材料，該材料經(jīng)真空熔煉得到傳統(tǒng)晶態(tài)結(jié)構(gòu)的合金鑄錠，再在1050℃下熱處理10h消除缺陷和偏析，機械破碎后與納米石墨粉進行短時間的球磨制得。該方法通過熱處理進一步降低了PCT的吸放氫平臺壓力，并通過球磨使納米石墨顆粒高密度的鑲嵌在合金表面，極大的提高了電極合金表面的電荷轉(zhuǎn)移能力。

本發(fā)明的鎳氫動力電池用鈦鐵釔基貯氫中間合金，由金屬Ti、Fe、Y組成，此外，還包括Mg、Ni、Zn、Mn中的至少一種，其化學式組成為：Ti_0.8-xMg_xY_0.3Fe_1-y-m-nNi_yZn_mMn_n+z％C。。式中x，y，m，n為原子比，0≤x≤0.2，0≤y≤0.4，0≤m≤0.4，0≤n≤0.4，0≤y+m+n≤0.5，且x+y+m+n≠0。優(yōu)選原子比為x＝0.15,y＝0.3,m＝0.1,n＝0.1。C為納米石墨粉，z為質(zhì)量百分比，1≤z≤10，最佳添加量為z＝5。

本發(fā)明的鎳氫動力電池用鈦鐵釔基貯氫材料的制備方法，包括以下步驟：

a.按化學式組成：Ti_0.8–xMg_xY_0.3Fe_1-y-m-nNi_yZn_mMn_n稱量原材料，式中x，y，m，n為原子比，0≤x≤0.2，0≤y≤0.4，0≤m≤0.4，0≤n≤0.4，0≤y+m+n≤0.5，且x+y+m+n≠0。優(yōu)選原子比為x＝0.15,y＝0.3,m＝0.1,n＝0.1。所述化學式中的鎂在配比時增加10wt.％的燒損量。

b.將配好的原材料按順序碼放在坩堝中。鐵棒垂直于坩堝底部沿坩堝壁環(huán)形擺放。裁剪為小塊的鎳板平鋪于坩堝底部，其上依次平鋪海綿鈦、鋅塊及錳塊，以上原材料應填滿坩堝。選用大塊鎂置于最上層，所處位置應高于坩堝上沿，以盡量縮短鎂的熔融時間，減小燒損量。

c.真空感應加熱。先給感應線圈通以200KW功率，對原材料進行預熱。同時利用機械泵、羅茨泵、擴散泵對中頻真空感應爐進行三級抽真空，真空度為1×10^-3-5×10^-4Pa。達到上述真空度后，施加0.01-0.1MPa壓力的高純氦氣作為保護氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1670-1710℃。鎂在下層原材料熔化后落入坩堝中、迅速熔化。熔融態(tài)Ti_0.8-xMg_xY_0.3Fe_1-y-m-nNi_yZn_mMn_n合金立即澆鑄到長15cm，直徑3cm的水冷銅模中，獲得鑄錠合金。

d.真空熱處理。所得鑄錠合金中存在元素偏析，尤其是鎂元素。將所得鑄錠分層碼放在熱處理爐中，抽真空至1×10^-3Pa，并在1050℃下熱處理10h，隨爐冷卻。

e.將步驟d中所得鈦鐵釔基貯氫合金磨粉與1-10wt.％的納米石墨粉混合放入不銹鋼球磨罐中。加入一定質(zhì)量比的不銹鋼淬火磨球，球料比為20:1，充入高純氬氣作為保護氣。設定轉(zhuǎn)速為350r/min。采用球磨0.5h，休息10min的模式開始球磨，總球磨時間在1-5h。最佳石墨添加量為5wt.％，最佳球磨時間為3h。球磨后取出粉末過篩稱重，整個操作過程都在充滿高純氬氣的真空手套箱中進行，避免與空氣接觸發(fā)生氧化，并用真空包裝機密封。

對比例1

鈦鐵基貯氫合金Ti_1.1Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1690℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。鑄態(tài)中間合金微觀組織結(jié)構(gòu)用TEM觀察，如附圖1所示。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。球磨后合金微觀組織結(jié)構(gòu)用TEM觀察，如附圖2所示。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例1

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.75Mg_0.05Y_0.3Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1688℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例2

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.7Mg_0.1Y_0.3Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1688℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例3

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1670℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例4

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.6Mg_0.2Y_0.3Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1680℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例5

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.04MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1672℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與1wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例6

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.04MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1670℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與3wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例7

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1674℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與10wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例8

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1670℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨1h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例9

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1687℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨5h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例10

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.7Ni_0.3按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1685℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨10h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例11

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.9Ni_0.1按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1682℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例12

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.8Ni_0.2按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1679℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例13

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.7Ni_0.3按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1684℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。鑄態(tài)中間合金微觀組織結(jié)構(gòu)用TEM觀察，如附圖3所示。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。球磨后合金微觀組織結(jié)構(gòu)用TEM觀察，如附圖4所示。球磨前合金表面形貌用SEM觀察，如圖5所示。球磨后合金表面形貌如圖6所示。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例14

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.6Ni_0.4按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1681℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例15

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.9Mn_0.1按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1681℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例16

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.8Mn_0.2按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1685℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例17

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.7Mn_0.3按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1678℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例18

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.6Mn_0.4按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1678℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉，在350r/min轉(zhuǎn)速下球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例19

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.9Zn_0.1按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1683℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例20

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.8Zn_0.2按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1686℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例21

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.7Zn_0.3按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1685℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例22

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.6Zn_0.4按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1685℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

實施例23

鈦鐵釔基貯氫合金Ti_0.65Mg_0.15Y_0.3Fe_0.5Ni_0.3Zn_0.1Mn_0.1按質(zhì)量百分比稱取原料2Kg，實驗所使用的金屬單質(zhì)的純度均在99％以上。上述原料經(jīng)清潔后置于真空感應熔煉爐坩堝中，抽真空至1×10^-3Pa，再施加0.06MPa壓力高純氦氣。待爐內(nèi)壓力達到設定值后，將線圈功率調(diào)至最大以加速原材料熔化，熔融溫度為1683℃。熔融態(tài)合金立即澆鑄到長為15cm，直徑為3cm的水冷銅模中。所得鑄錠在1050℃下進行熱處理10h。所得合金經(jīng)機械破碎，研磨成粉后與5wt.％的納米石墨粉在350r/min轉(zhuǎn)速下混合球磨3h。吸氫平臺壓力及電化學容量見表1。

表1實施例及對比例合金的性能

測試結(jié)果表明，本發(fā)明合金的PCT曲線具有平坦的吸放氫平臺，平臺壓力降低到鎳氫電池工作所要求的壓強范圍內(nèi)。該工藝制得的鈦鐵釔基貯氫材料具備室溫充放電能力，最大放電容量達350mAh/g，具備優(yōu)異的動力學性能，適宜用作新能源汽車鎳氫動力電池負極材料。