[發明專利]空氣電池的制備方法

在審

• 申請號: 201711249164.8
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107946702A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 張志霞
• 申請（專利權）人: 張志霞
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/38
• 代理公司: 西安億諾專利代理有限公司61220
• 代理人: 賀珊

技術領域

本發明涉及無機材料技術領域，具體涉及一種空氣電池的制備方法。

背景技術

隨著現代科技水平的高速發展，能源需求持續增長，資源和環境問題變得日益嚴峻，因而加快新型廉價清潔能源的開發成為目前研究熱點之一。其中化學電源作為清潔高效的能源之一，因其高效、便捷、安全等特點而受到高度關注。傳統化學電池，如鋅錳電池的容量高、貯存期長、低溫性能好，在日常生活中應用普遍，但含有有毒物質，對人體和環境不利；鉛酸電池的性能可靠、成本低、使用壽命長，但其比能量低、對環境危害較大。近年來，鋰離子電池以能量密度高、使用壽命長和質量輕等優點而成為便攜式電子產品的主要選擇對象，但鋰片昂貴的價格和有限的儲備使其在大型設備上的應用受限。

相比而言，金屬-空氣電池以其理論容量高、利用率高、價格低和環保無污染等特點而被稱為 “面向21世紀的新型綠色能源”，具有良好的發展和應用前景。空氣電池是以活潑金屬作為負極活性物質，空氣中的氧作為正極活性物質，空氣中的氧氣源源不斷地通過氣體擴散電極到達氣-液-固三相界面與金屬反應而放出電能。目前研究較多的金屬空氣電池有鋅空氣電池、鋰空氣電池、鎂空氣電池以及鋁空氣電池等。另外，研究還發現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氧化時可釋放11個電子，其理論容量是4060 mAh／g，是鎂電極和鋅電極理論容量的1.3和5倍。VB₂空氣電池的理論體積能量密度是32 kWh／L，遠遠高于汽油的體積能量密度，因此VB₂空氣電池具有重要的研發價值及應用前景。

上世紀末，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。楊漢西等報道了VB₂和TiB₂在堿性溶液中優良的放電性能，其放電容量分別達到3100 mAh／g和1600 mAh／g。美國Litht不斷深入研究VB₂-空氣電池，采用 “三明治”結構的負極放電性能明顯提高，理論容量為30 mAh的VB₂-空氣電池庫倫效率由50％提高到75％，理論容量為100 mAh的VB₂-空氣電池庫倫效率提高到50％。目前國內外對金屬硼化物作為電池負極材料的研究還較少，主要集中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尚未見公開報道。

發明內容

本發明旨在針對上述問題，提出一種空氣電池的制備方法。

本發明的技術方案在于：

一種空氣電池的制備方法，包括如下步驟：

（1）制備多孔VB₂負極片；

（2）以多孔VB₂負極片制備VB₂空氣電池。

所述的制備多孔VB₂負極片的具體過程為：將平均粒徑3μm的VB₂粉末和37μm的Ni粉均勻混合，加入造孔劑，稱取上述混合粉末在φ30mm模具中壓制成形，成形壓力為160 MPa，保壓時間為3 min；將成形坯放入高純氬氣保護下的管式爐中燒結處理，隨爐冷卻后即可得到多孔VB₂負極片。

所述的以多孔VB₂負極片制備VB₂空氣電池的具體過程為：以制備的多孔VB₂負極片為負極，以空氣電極為正極組裝成VB₂空氣電池。

所述的空氣電極由擴散層、集流體和催化層組成，面積為10 cm²；其中催化層為Mn0₂，擴散層即防水透氣層由乙炔黑與聚四氟乙烯粘結劑碾壓而成，集流體為銅網；電解液為6 mol／L的KOH溶液。

所述的VB₂粉末和37μm的Ni粉的混合質量比為3：1。

所述的造孔劑為0-30wt％NH₄HC0₃。

所述的造孔劑為15wt％NH₄HC0₃。

所述的燒結的溫度為900℃，保溫時間為2h。

本發明的技術效果在于：