[發明專利]含有石墨烯和/或碳納米管的空氣電極及其制備方法和金屬空氣電池

在審

• 申請號: 201710325065.7
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107240703A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 劉丹憲;楊維謙
• 申請（專利權）人: 新材料與產業技術北京研究院
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M12/06
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 嚴政,劉依云

1.一種含有石墨烯和/或碳納米管的空氣電極，該空氣電極包括依次層疊的催化層、集流體和防水透氣層，其特征在于，所述催化層含有導電劑A、催化劑和粘結劑A，所述導電劑A包括石墨烯和/或碳納米管。

2.根據權利要求1所述的空氣電極，其中，所述石墨烯的粒徑＜1μm，片徑＜15μm，比表面積＞100m²/g；

優選地，所述碳納米管的粒徑≤1μm，碳管長度≤5μm，比表面積＞200m²/g。

3.根據權利要求1或2所述的空氣電極，其中，所述導電劑A包括石墨烯和碳納米管，且石墨烯與碳納米管的重量比為1-10：1；

優選地，所述導電劑A還包括活性炭、乙炔黑和石墨中的至少一種。

進一步優選地，在所述導電劑A中，石墨烯和/或碳納米管的含量為0.1-100重量％，優選為5-50重量％，更優選為10-20重量％。

4.根據權利要求1或2所述的空氣電極，其中，在所述催化層中，所述導電劑A的含量為50-80重量％，所述催化劑的含量為5-40重量％，所述粘結劑A的含量為10-30重量％；

優選地，所述催化劑為納米MnO₂、電解MnO₂、氧化鈷、氧化鎳、鈣鈦礦、Ag、Pt中的一種或多種；所述粘結劑A為聚偏氟乙烯和/或聚四氟乙烯；

優選地，所述防水透氣層包括導電劑B和粘結劑B，所述導電劑B包括活性炭、乙炔黑和石墨中的至少一種，所述粘結劑B為聚偏氟乙烯和/或聚四氟乙烯；

優選地，在所述防水透氣層中，所述導電劑B的含量為30-80重量％，所述粘結劑B的含量為20-70重量％。

5.一種含有石墨烯和/或碳納米管的空氣電極的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

(1)將導電劑A、催化劑、粘結劑A與無水乙醇混合，并將得到的混合物壓制成膜片，將所述膜片在無水乙醇中萃取，然后干燥，得到催化層，其中，所述導電劑A包括石墨烯和/或碳納米管；

(2)提供防水透氣層；

(3)將步驟(1)制備得到的催化層、集流體和所述防水透氣層進行依次層疊，然后壓制成型。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其中，所述石墨烯的粒徑<1μm，片徑<15μm，比表面積＞100m²/g；

優選地，所述碳納米管的粒徑≤1μm，碳管長度≤5μm，比表面積＞200m²/g。

7.根據權利要求5或6所述的制備方法，其中，步驟(1)中，在將導電劑A與無水乙醇混合之前，先將導電劑A中的石墨烯和/或碳納米管分散在分散液中；

優選地，所述分散液的用量使得分散液中的固含量為1-10重量％。

8.根據權利要求5或6所述的制備方法，其中，步驟(1)中，所述導電劑A包括石墨烯和碳納米管，石墨烯與碳納米管的用量的重量比為1-10：1；

優選地，所述導電劑A還包括活性炭、乙炔黑和石墨中的至少一種；

進一步優選地，在所述導電劑A中，石墨烯和/或碳納米管的含量為0.1-100重量％，優選為5-50重量％，更優選為10-20重量％。

9.根據權利要求5或6所述的制備方法，其中，步驟(1)中，以所述催化層的總重量為基準，所述導電劑A的用量為50-80重量％，所述催化劑的用量為5-40重量％，所述粘結劑A的用量為10-30重量％；

優選地，所述催化劑為納米MnO₂、電解MnO₂、氧化鈷、氧化鎳、鈣鈦礦、Ag、Pt中的一種或多種；所述粘結劑A為聚偏氟乙烯和/或聚四氟乙烯；

優選地，步驟(2)中，提供防水透氣層的方法包括：將導電劑B、粘結劑B與無水乙醇混合，并將得到的混合物壓制成膜片，將所述膜片在無水乙醇中萃取，然后干燥，得到防水透氣層，其中，所述導電劑B包括活性炭、乙炔黑和石墨中的至少一種，所述粘結劑B為聚偏氟乙烯和/或聚四氟乙烯；

進一步優選地，步驟(2)中，以所述防水透氣層的總重量為基準，所述導電劑B的用量為30-80重量％，所述粘結劑B的用量為20-70重量％。

10.一種金屬空氣電池，該金屬空氣電池包括正極和負極，其特征在于，所述正極為權利要求1-4中任意一項所述的空氣電極和由權利要求5-9中任意一項所述的制備方法制備的空氣電極中的任意一種空氣電極，所述負極為鋅、鋁和鎂中的一種。