[發(fā)明專利]一種鋁空氣電池的空氣電極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510020001.7
• 申請(qǐng)日: 2015-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN104538646B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝剛;崔濤;李懷仁;和曉才;胥福順;徐俊毅;賴浚;袁野;柯浪;姚云;劉兆華;徐慶鑫;魏可;謝天鑒;施輝獻(xiàn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 云南鋁業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88
• 代理公司: 昆明正原專利商標(biāo)代理有限公司53100
• 代理人: 陳左

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁空氣電池領(lǐng)域，具體涉及一種鋁空氣電池的空氣電極的制備方法。

背景技術(shù)

鋁空氣電池是以金屬鋁及其合金作為負(fù)極，空氣電極為正極的高比能量電池，其預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)的能量密度為8000Wh/kg以上，是新一代高能動(dòng)力電池。

目前對(duì)于鋁空氣電池的研究主要集中在空氣電極催化劑的合成以及空氣電極的制備。空氣電極催化劑的研究主要集中在貴金屬催化劑、尖晶石型氧化物、鈣鈦礦型氧化物、金屬螯合物以及錳氧化物等，其中錳氧化物因其廉價(jià)易得、催化活性高而受到廣泛的關(guān)注。鋁空氣電池的空氣電極通常有三層結(jié)構(gòu)組成，即催化層、集流體和防水透氣膜，這三部分通常以催化層-集流體-防水透氣層、集流體-催化層-防水透氣膜等順序疊加后通過碾壓結(jié)合到一起。這種通過三次結(jié)構(gòu)碾壓得到的空氣電極常因各層彼此之間粘接度不夠而導(dǎo)致在使用過程中出現(xiàn)滲漏、積液等現(xiàn)象，從而影響空氣電極的性能和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋁空氣電池的空氣電極的制備方法，該方法制備的空氣電極具有催化活性高、透氣量大、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鋁空氣電池的空氣電極的制備方法，，包括以下步驟：

步驟(1)，將高錳酸鉀溶解于去離子水配制成高錳酸鉀溶液；

步驟(2)，按照高錳酸鉀與碳載體的物質(zhì)的量比1:1-1:5的量向步驟（1）制得的高錳酸鉀溶液中加入碳載體，在超聲波條件下攪拌分散10-60min，得到分散均勻的高錳酸鉀-碳溶液；

步驟(3)，將步驟(2)得到的高錳酸鉀-碳溶液進(jìn)行高溫水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾，濾渣經(jīng)洗滌和烘干，得到碳載二氧化錳催化劑粉末；

步驟(4)，將步驟(3)得到的碳載二氧化錳催化劑粉末與聚偏氟乙烯按照質(zhì)量比5:2-5的比例混合后充分研磨至混合均勻，然后加入N-甲基吡咯烷酮（NMP），繼續(xù)研磨成均勻糊狀的漿料；其中，所述溶劑NMP的加入量需視研磨情況而定，具體至所得漿料為均勻糊狀為宜；

步驟(5)，將步驟(4)得到的漿料均勻涂布在導(dǎo)電防水膜表面，形成一層厚度0.1-0.3mm的涂層，得到涂布導(dǎo)電防水膜；

步驟(6)，將步驟(5)得到的涂布導(dǎo)電防水膜經(jīng)過烘干，老化，得到鋁空氣電池的空氣電極。

進(jìn)一步，優(yōu)選的是步驟(1)所述高錳酸鉀溶液的濃度為20-50g/L，所述高錳酸鉀為市售的分析純或工業(yè)級(jí)試劑。

進(jìn)一步，優(yōu)選的是步驟(2)所述的碳載體為納米級(jí)別的乙炔黑、活性炭或石墨烯，但不限于此，其他納米級(jí)別的碳材能達(dá)到類似效果的也可以；所述超聲波強(qiáng)度為50-90W/cm²；所述攪拌速度為200-1000r/min。

進(jìn)一步，優(yōu)選的是步驟(3)所述高溫水熱反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度120-200℃，壓力0.2-2.0MPa，反應(yīng)時(shí)間8-20h；所述洗滌過程采用去離子水洗滌2-3次后，再用工業(yè)酒精洗滌2-3次；所述烘干溫度為65-95℃，烘干時(shí)間為6-12h。

進(jìn)一步，優(yōu)選的是步驟(5)所述的導(dǎo)電防水層為聚四氟乙烯防水透氣膜與導(dǎo)電鎳網(wǎng)經(jīng)過熱壓復(fù)合而成的薄膜材料，該薄膜材料同時(shí)具有防水透氣性能和導(dǎo)電性能；所述的聚四氟乙烯防水透氣膜的厚度為20-50μm。

進(jìn)一步，優(yōu)選的是步驟(6)所述的烘干溫度為60-90℃，烘干時(shí)間為6-12h；所述老化溫度為95-120℃，老化時(shí)間為2-5h。

進(jìn)一步，優(yōu)選的是所述的鋁空氣電池的空氣電極的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)，將50g高錳酸鉀溶解于1000mL去離子水配制成濃度50g/L的高錳酸鉀溶液；

步驟(2)，按照高錳酸鉀與碳載體的物質(zhì)的量比1:1的量向步驟（1）制得的高錳酸鉀溶液中加入2.85g納米乙炔黑作為碳載體，在超聲波條件下攪拌分散10min，得到分散均勻的高錳酸鉀-碳溶液；所述超聲波強(qiáng)度為50W/cm²；所述攪拌速度為200r/min；

步驟(3)，將步驟(2)得到的高錳酸鉀-碳溶液加入不銹鋼高壓釜中，在150℃、0.5MPa的壓力下進(jìn)行高溫水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾，濾渣經(jīng)洗滌和65℃烘干12h后得到碳載二氧化錳催化劑粉末；所述洗滌過程采用去離子水洗滌2次，然后再用工業(yè)酒精洗滌3次；

步驟(4)，將步驟(3)得到的碳載二氧化錳催化劑粉末與粘結(jié)劑聚偏氟乙烯按照質(zhì)量比5:2的比例混合后在瑪瑙研缽中充分研磨至混合均勻后，加入等體積的溶劑N-甲基吡咯烷酮，繼續(xù)研磨成均勻糊狀的漿料；