ymg掺杂ablt5gt型贮氢电极合金的结构与电化学性能研究

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1、硕士论文Y／Mg掺杂AB5型贮氖电极含会的结构‘j电化学性能研究摘要当前用于电动车的大功率镍氢电池的．丌发受到了极大的重视。但是目前己应用于小型电池的AB5型合金在应用于大功率镍氢电池时产生了新的亟待解决的问题，即如何改善和提高合金的高温电化学性能和进一步提高其容量和循环寿命。本文以目f；i『商用AB5型合金为基础，对其A侧进行元素替代，研究了Y、Mg掺杂对合盒的结构和电化学性能的影响规律，并采用第一性原理计算研究了Y掺杂对LaNi5合金的电子结构的影响，同时与合金的电化学性能进行了关联分析。研究内容及主要结论如下：首

2、先，采用重稀土元素Y部分替代A侧La，发现Lai．。Y。Ni3．55Mno．4Alo．3Coo．75(x=O，0．05，0．1，0．2)合金为单一的CaCu5型结构，在x=0．1时，铸念合金的常温放电容量达到了301．2mAh／g；且循环稳定性最佳：高温(333K)放电容量为263。2mAh／g。退火态合金在常温以及高温下的放电容量以及循环寿命都得到了大大提高。当x=0．1时，常温放电容量高达336．3mAh／g；在近100个循环后容量保持率为92．15％；高温放电容量高达313．4mAh／g。因此，获得具有最佳综合电

3、化学性能的合金Lao。9Yo．1Ni3，55Mno．4Alo．3Coo．75。其次，采用金属元素Mg部分替代A侧La，发现Lal．，MgxNi3．55Mno．4AIo．3Coo．75(x-O，O．05，O．1，0．2)中含Mg合金均为多相结构，由主相LaNi5相、MgNi2相和LaNi3相构成。x=0．05时，铸态合金的常温放电容量达到了306。4mAk／g；循环稳定性好，经97个循环后，容量保持率接近于90％；高温(333K)放电容量为247．3mAh／g。而相反的，虽然退火态合金的循环稳定性得到了改善，但由于各相丰

4、度的变化以及退火工艺的影响，无论在常温还是高温下，含Mg合金的电化学性能不仅劣于母合金的性能，与铸态合金相比，综合电化学性能也下降了，最后，对Y替代La前后的电子结构的第一性原理研究发现，Lao．375Yo．125Ni5晶胞参数比LaNi5略有减小。与LaNis相比，‰．875YD．125Nis的费米能级降低，说明Y掺杂可以提高合金的稳定性，这对于其电化学性能的改善有积极影响。另外，Lao舯灿，12sNi，费米能级的态密度值低于LaNi5的，较低的态密度值表明‰．875Yo．125Ni5的结构相对更稳定。LaNi5和L

5、ao．s75Yo．125Ni5的费米面附近都有能带相互交错并跨过费米面，表明LaNis在掺杂前后都具有典型的金属性。关键词：贮氢电极合金，元素替代，相结构，高温，电化学性能，第一性原理计算Abstract硕t论文Thehi曲一powernickel／metal—hydride(Ni／MH)batteries，whichcanbeusedonelectricvehicles，haveattractedalotofattentioninrecentyears．However,theworkingtemperatureoft

6、hebatteriesis80highthattheelectrochemicalpropertiesofthecommercializedABstypehydrogenstoragealloysusedasthenegativeelectrodeinthebatterieswilldeteriorateseriously．Therefore，howtoimprovethehightemperatureelectrochemicalpropertieshasactualsignificanceindevelopingt

7、hehigh—powertypeNi／MHbaRery．Thus，inthisthesis，theeffectsofYorMgsubstitutionforLainABstypehydrogenstoragealloyswerestudied．Inadditiontotheexperimentalwork，theelectronicstructuresofLaNi5andLao．$75Yo．12sNiswerealsostudiedbyfirst·principlescalculations．Themainconten

8、tsandconclusionsareasfollowing：(1)ItisfoundthattheLal．xYxNi3．ssMno．4A10．3Coo．75(x=0，0．05，0．1，O．2)alloysshowsingle-phaseCaCus-typestructureafterLaispartiallysubstitute