[發(fā)明專利]金屬空氣電池陰極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611169826.6
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106785241B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張勤號;苗鶴;劉兆平;薛業(yè)建;孫珊珊;王勤;董正豪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種金屬空氣電池陰極的制備方法，包括：A)將導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑混合，攪拌，得到漿料；將集流層原料浸漬在漿料中，燒制得到疏水層；B)將潤滑劑、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑混合，得到漿料；將所述漿料擠出，拉伸，烘干，得到混合物；將所述混合物在疏水層表面擠壓成膜；C)將催化劑、粘結(jié)劑和溶劑混合得到漿料，將漿料噴涂到所述膜上，得到催化層；D)將所述催化層和疏水層熱壓、燒制得到金屬空氣電池陰極。本發(fā)明的電池先在疏水層表面制備一層膜，作為催化劑的載體，膜的組分經(jīng)過擠出和拉伸成纖維化分布，能較強(qiáng)的固定在疏水層上，具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而后通過熱噴涂將催化劑噴涂。本發(fā)明的催化層具有優(yōu)異的電池性能和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種金屬空氣電池陰極及其制備方法。

背景技術(shù)

能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是直接影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個重要因素。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，如何在資源有限和環(huán)保嚴(yán)格要求的雙重制約下保持經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展已經(jīng)成為全球熱點問題。而傳統(tǒng)的能源利用方式所帶來的資源短缺、環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等問題將更為突出，因此傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)及其利用方式越來越難以適應(yīng)人類生存發(fā)展的需要。為了高效、合理地使用不可再生能源而又保持環(huán)境和生態(tài)平衡，基本途徑就是開發(fā)以這些資源為燃料的燃料電池技術(shù)。

金屬空氣電池是一種介于原電池和燃料電池的“半燃料”電池，兼具原電池和燃料電池的特點，具有容量大、比能量高、成本低等優(yōu)點，被認(rèn)為是未來很有發(fā)展和應(yīng)用前景的新型電池材料。金屬-空氣電池一般由空氣陰極、電解液和金屬陽極組成，金屬陽極為商業(yè)的高純鋁和鋁合金，因此，電池陰極直接決定了電池性能。陰極包含集流層、疏水層和催化層，電池在催化層上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，三相反應(yīng)界面是發(fā)生上述反應(yīng)的場所，三相反應(yīng)界面面積對空氣電極的性能具有較大的影響。

申請?zhí)枮?01310282853.4的中國專利公開了將催化劑、活性炭、乙炔黑和粘結(jié)劑聚四氟乙烯乳液按照一定的比例混合均勻，以無水乙醇為溶劑，超聲分散20～50min后，轉(zhuǎn)移至70～90℃水浴中除去乙醇后得到橡皮泥狀混合物，碾壓成0.2～0.5mm后的催化膜，此為電池的催化層。疏水層采用同樣的方法，以活性炭，乙炔黑，粘結(jié)劑聚四氟乙烯乳液制備而成，然后按照防水膜、集流體、催化膜的順序熱壓成空氣電池的陰極。此方法制備的陰極在測試過程中催化層容易吸水開裂，因此電池的長期穩(wěn)定性較差，通過200mA/cm²恒流放電模式測試40小時，在1.24V時，輸出能量密度僅為1.902kWh/(Kg，Al)。此外，該方法制備工藝復(fù)雜，不利于產(chǎn)品的放大和商業(yè)化的推廣。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種金屬空氣電池陰極的制備方法，本發(fā)明制備得到的金屬空氣電池陰極穩(wěn)定性好。

本發(fā)明提供了一種金屬空氣電池陰極的制備方法，包括：

A)將導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑混合，攪拌，得到漿料；將集流層浸漬在漿料中，烘干、燒制得到疏水層；

B)將潤滑劑、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑混合、預(yù)壓、擠出、拉伸、烘干，得到混合物；將所述混合物在疏水層表面擠壓得到催化基底膜；

C)將催化劑、粘結(jié)劑和溶劑混合得到漿料，將漿料熱噴涂到所述催化基底膜上，得到催化層；

D)將所述催化層和疏水層在熱壓、燒制得到金屬空氣電池陰極。

優(yōu)選的，所述步驟A)中導(dǎo)電劑選自活性炭、炭黑和聚乙烯炔中的一種或多種；所述粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一種或多種；所述溶劑選自松油醇、乙醇和異丙醇中的一種或多種；所述集流層原料選自泡沫鎳、鎳網(wǎng)和鋼網(wǎng)中的一種或幾種；