[發明專利]一種大容量空氣電池用陽極材料電極片的制備方法

有效

• 申請號: 201510060130.9
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104638249B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 路新;魏治國;王國慶
• 申請（專利權）人: 新材料與產業技術北京研究院
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/04;H01M12/04
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，特別是提供了一種大體積、大容量空氣電池的陽極材料電極片的制備方法。

技術背景

隨著電子技術的飛速發展及電子產品的大量普及，人們對化學電源的需求不斷增加。在此背景下，發展高比能量、清潔、安全的化學電源成為社會發展的重要需求。目前已經應用的電池系統存在諸多缺點，如鋰離子電池的成本高、安全性差及鉛酸電池的重金屬污染等。針對上述問題，人們也在努力開發新的電池系統。空氣電池具有容量大、能量密度高、充放電循環壽命長、工作電壓平穩、原材料豐富并可再生利用、安全環保等特點，受到人們的青睞。

以金屬硼化物作為空氣電池的負極材料具有較高的理論容量，如Fe-B、V-B、Ti-B、Ni-B、Co-B等硼化物系列。其中，VB2的理論容量可以達到4060Ah/g，是鋰離子電池的幾十倍。1999年美國的Steven Amendola等提出了以硼化物作為電極材料的高能量電池體系（US5948558和US6468694B1），2008年韓國首爾的Jae-Hyeok SHIM等介紹了硼化物的制備方法（US2008/0233032A1），美國華盛頓大學的Stuart Licht等重點介紹了納米VB2的制備方法及VB2、TiB2的穩定化處理（US2008/0261094A1和 US2012/0034141）重點介紹了納米VB2的合成方法。2003年國內武漢大學的楊漢西也提出了含硼過渡金屬化合物作為電池負極材料的應用（CN03125400.4）。

目前國內外對金屬硼化物作為電池負極材料的研究主要在紐扣型等低功率電池的應用上，將其應用在較大功率設備及動力電池方面未見報道。而有關固體電池的報道，一般采用涂覆法制備薄膜狀負極材料，其厚度一般在微米級。但該方法仍存在活性物質提供量低，放電過程中活性物質易從集流體表面脫落等問題，大大影響了電極的放電性能。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種采用金屬硼化物為啟電劑的大容量，大體積的空氣電池用陽極材料的制備方法。

本發明提出技術方案、一種大容量空氣電池用陽極材料電極片的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：以粒徑為20nm~50μm的金屬硼化物為啟電劑，以碳材料為導電劑，以熱固性樹脂為壓制成形劑，以易脫除無殘留的有機或無機物粉體顆粒為造孔劑，以泡沫鎳板或銅網為集流體，

其中，所述導電劑為乙炔黑，其重量百分含量為10~30%，導電劑為石墨烯或碳納米管為導電劑，其重量百分含量為2~10%，所述成形劑與所述啟電劑和導電劑總和的重量比為0.1~0.6；所述造孔劑所述啟電劑和導電劑總和的體積比為0~1.5；

步驟2：將步驟1選取好的原料與成形劑、造孔劑均勻混合，裝入鋼模中進行壓力成形或將混合粉末重量的一半裝入鋼模，均勻鋪展并振實后加入所述集流體，之后均勻鋪入剩余混合粉末，經振實粉末分布均勻后，在溫度為140~200℃，壓力為3~50MPa，保壓時間為3~30min，溫壓成形，隨后進行降溫降壓，脫模即可得到陽極材料粉末預制坯。

步驟3：將步驟2得到的預制坯放入惰性氣體保護或真空爐中，進行預制坯的燒結，燒結溫度為700~1000℃，保溫時間為20~120min，燒結過程中，成形劑發生碳化得到具有一定強度的熱解碳骨架，而造孔劑熱解脫除，即可得到陽極塊體材料。

進一步，所述金屬硼化物為硼化釩或硼化鈦。

進一步，所述熱固性樹脂為酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂中至少一種。

進一步，所述碳材料為乙炔黑、石墨烯或碳納米管。

進一步，所述造孔劑為NaCl、蔗糖、PVB或PMMA。

本發明通過對硼化物作為電池負極材料制備方法的研究，改善電極的成型性能，從而發揮硼化物電極的高比能量，同時提高電池的功率性能，可以實現硼化物空氣電池在備用電源及動力電池等方面的應用。

本發明的特點在于：

（1）金屬硼化物作為空氣電池陽極材料，具有超大放電容量的特征。

（2）制備得到的陽極塊體材料的厚度不小2mm,適用于制備大尺寸陽極塊體材料，可增加燃料供應量。

（3）制備陽極材料具有高強度的特點，可滿足運輸、安裝拆卸等使用要求。放電結束后，仍能保持放電前的高強度，便于進行回收循環利用。

（4）制備陽極材料具有多孔結構特征，可增加與電解質的接觸面積。

（5）根據不同性能需求，可靈活調整陽極材料的尺寸、孔徑及孔隙度。

具體實施方式