退火处理对汽车电池用储氢合金相结构与电化学性能的影响

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0003

摘要/Abstract

摘要：

为了提升汽车电池负极用储氢合金的电化学性能，对铸态Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2储氢合金进行了850~1 050 ℃保温4 h的退火处理，并对比分析了铸态和退火态储氢合金的相结构、微观形貌和电化学性能（充放电曲线、压力-组成-温度曲线、循环曲线、极化曲线和倍率放电曲线）。结果表明：铸态和低温（850、900 ℃）退火态Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2储氢合金主要由CaCu₅型相、Ce₂Ni₇/Gd₂Co₇型相和Ce₅Co₁₉型相组成；950 ℃及以上温度退火态储氢合金由Ce₂Ni₇型相和Ce₅Co₁₉型相组成，Ce₂Ni₇型相丰度在退火温度为950 ℃时取得最大值。退火态储氢合金的最大放电容量（C_max）均高于铸态储氢合金，且随着退火温度的升高，退火态储氢合金的C_max先增加后减小，在退火温度为950 ℃时取得最大值（372.6 mA·h/g）。随着退火温度的升高，Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2储氢合金的高倍率放电性能先升高后降低，在相同放电电流密度下，950 ℃退火态Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2储氢合金的高倍率放电性能最佳。Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2储氢合金的高倍率放电性能主要由氢扩散系数（D₀）控制，通过调整退火温度可以获得电化学性能良好的Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2储氢合金，适宜的退火温度为950 ℃。

关键词: Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2储氢合金, 退火温度, 相结构, 显微形貌, 电化学性能

Abstract:

In order to improve the electrochemical performance of hydrogen storage alloys for automotive battery cathodes，as-cast Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2 hydrogen storage alloys were annealed at 850~1 050 ℃ holding for 4 h，the phase composition，microstructure and electrochemical properties（charge discharge curve，pressure composition temperature curve，cycle curve，polarization curve，and rate discharge curve） of as-cast and annealed hydrogen storage alloys at different temperatures were compared and analyzed.The results showed that the as-cast and low-temperature（850，900 ℃） annealed Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2 hydrogen storage alloys were mainly composed of CaCu₅ type phase，Ce₂Ni₇/Gd₂Co₇ type phase，and Ce₅Co₁₉ type phase，the hydrogen storage alloys annealed at 950 ℃ and above were mainly composed of Ce₂Ni₇ type phase and Ce₅Co₁₉ type phase.The maximum abundance of Ce₂Ni₇ type phase was obtained at 950 ℃.C_max of annealed hydrogen storage alloys was higher than that of cast hydrogen storage alloys，and with the increase of annealing temperature，the maximum discharge capacity of annealed Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2 hydrogen storage alloy was firstly increased and then decreased，the C_max was achieved（372.6 mA·h/g） at 950 ℃.With the increase of annealing temperature，the high rate discharge performance of Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2 hydrogen storage alloy was firstly increased and then decreased.At the same discharge current density，the high rate discharge performance of Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2 hydrogen storage alloy annealed at 950 ℃ was the highest.The high rate discharge performance of Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2 hydrogen storage alloy was mainly controlled by the hydrogen diffusion coefficient D₀，Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2 hydrogen storage alloy with good electrochemical performance could be obtained by adjusting the annealing temperature，and the suitable annealing temperature was 950 ℃.

Key words: Y_0.2La_0.8Ni_3.2Al_0.2Mn_0.2 hydrogen storage alloy, annealing temperature, phase structure, microscopic morphology, electrochemical performance

中图分类号:

TM911

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图/表 10

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参考文献 25

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试样	相结构	晶格常数			相丰度/%
试样	相结构	a/Å	c/Å	V/Å³	相丰度/%
铸态	CaCu₅	5.020	3.986	86.5	22.25
	Ce₂Ni₇	5.001	24.467	527.6	41.61
	Gd₂Co₇	5.048	36.339	799.2	20.22
	Ce₅Co₁₉	4.936	48.831	1 025.6	15.92
850 ℃退火态	CaCu₅	5.032	4.002	87.3	11.69
	Ce₂Ni₇	5.021	24.364	529.4	58.57
	Gd₂Co₇	5.026	36.588	794.7	18.65
	Ce₅Co₁₉	4.999	47.691	1 027.6	11.08
900 ℃退火态	CaCu₅	5.180	3.981	86.7	9.67
	Ce₂Ni₇	5.029	24.334	530.6	72.97
	Gd₂Co₇	5.025	36.228	788.8	9.02
	Ce₅Co₁₉	4.957	48.864	1 035.4	8.35
950 ℃退火态	Ce₂Ni₇	5.026	24.358	532.5	93.29
950 ℃退火态	Ce₅Co₁₉	4.987	48.612	1 042.5	6.71
1 000 ℃退火态	Ce₂Ni₇	5.025	24.420	530.7	86.96
1 000 ℃退火态	Ce₅Co₁₉	4.944	48.880	1 030.2	13.04
1 050 ℃退火态	Ce₂Ni₇	4.993	24.303	522.4	77.97
1 050 ℃退火态	Ce₅Co₁₉	4.943	48.743	1 026.7	22.03

试样	活化次数Na	最大放电容量C_max/ （mA·h·g^-1）	循环稳定性 S₁₀₀/%	高倍率放电性能HRD₉₀₀/%	氢扩散系数D₀ /（10^-10 cm²·s^-1）	交换电流密度I₀/（mA·g^-1）
铸态	3	299.3	78.8	79.9	1.29	332.0
850 ℃ 退火态	3	348.3	79.3	81.4	1.68	279.7
900 ℃ 退火态	3	354.4	79.4	83.4	1.93	231.0
950 ℃ 退火态	3	372.6	90.0	84.5	2.79	244.6
1 000 ℃ 退火态	5	371.5	87.6	81.7	2.67	270.2
1 050 ℃ 退火态	6	366.3	82.6	77.5	2.43	322.6

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