单相超堆跺结构La-Mg-Ni系合金的制备与电化学性能研究

为了揭示作为Ni/MH电池负极材料的高容量型La-Mg-Ni系贮氢合金电极材料中不同超堆垛结构单相对合金电化学性能的影响，本课题拟根据La-Ni二元系合金相图，控制镁等元素在LaNi3、La2Ni7、La5Ni19中的固溶度，制备AB3、A2B7、A5B19等不同类型单相贮氢合金。通过XRD、Rietveld计算、SEM等微观结构分析手段和方法以及电化学性能测试等，深入考察和分析合金的各单相元素组成、分布形态和晶粒尺度等微观信息与电化学性能之间的关系，探讨不同超堆垛结构单相的贮氢性能和电化学特性，揭示单相超堆垛结构对La-Mg-Ni系贮氢合金电化学容量、循环稳定性和动力学性能的影响及机制，为设计制备可用于高容量Ni/MH电池的新型La-Mg-Ni系贮氢合金负极材料提供理论指导。

为了充分认识La–Mg–Ni基合金中不同超堆垛合金相的电化学性能特点，并揭示不同超堆垛结构合金相对合金电极电化学性能的影响，本课题根据La-Ni二元系合金相图和包晶反应原理，通过严格控制反应条件，制备了单相AB3型La2MgNi9合金、单相A2B7型La3MgNi14合金和单相A5B19型La4MgNi19合金，并研究了各合金相的生成机制、结构特征和电化学特性。研究表明，(La,Mg)Ni3相是在约1065 K下，由LaNi5固相和LaMgNi4熔融后的液相包晶反应得到；(La,Mg)2Ni7相是在约1150 K下，由LaNi5固相和(La,Mg)Ni3相熔融的液相包晶反应得到；而(La,Mg)5Ni19合金是在约1203 K下，由LaNi5固相和(La,Mg)2Ni7相熔融后的液相包晶反应得到；La2MgNi9、La3MgNi14和La4MgNi19合金分别是由[LaNi5]和[LaMgNi4]亚单元以1:1、2:1和3:1的比例沿c轴方向堆垛而成。它们的放电容量随着[LaNi5]和[LaMgNi4]亚单元比例的升高而降低，而高倍率放电性能和100周循环稳定性均随着[LaNi5]和[LaMgNi4]亚单元比例的升高而增大。并以A2B7型单相合金为研究对象，从不同合金相的亚单元在吸放氢不同阶段的变化规角度、合金相分解的角度以及合金粉化氧化的角度探讨了单相超堆垛La-Mg-Ni基合金的容量衰减机制。在充分认识单相合金的生成机制和电化学特性以及衰减机制的基础上，研究了LaNi5非堆垛结构和(La,Mg)5Ni19超堆垛结构对A2B7型La3MgNi14合金电化学性能的影响、(La,Mg)Ni3相与(La,Mg)2Ni7相比例对AB3型合金电化学性能的影响以及LaNi5相和(La,Mg)2Ni7相对A5B19型合金电化学性能的影响；此外，研究了稀土元素Pr和Nd以及过渡金属元素Al对La–Mg–Ni基储氢合金相结构和电化学性能的影响及机理；探讨了高压烧结法、分步热处理以及单步热处理的方法制备得到的La–Mg–Ni基合金的相组成和电化学性能特征；以上研究为设计制备可用于高容量Ni/MH电池的新型La-Mg-Ni基储氢合金负极材料提供理论指导。