[發明專利]一種用于可充電鋅空氣電池的非碳基空氣電極材料

在審

• 申請號: 201811213401.X
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN111063895A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 宋世棟;李婉君;秦旭輝;孫建;許永強;張德權;何濤;衛彤
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90;H01M12/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于可充電鋅空氣電池的非碳基空氣電極材料，其特征在于：使用高導電、高化學和電化學穩定性的碳化物(碳化硼、碳化鈦、碳化鎢等)材料，以及碳化物負載低成本高效催化劑(如：MnO₂，Co₃O₄等)材料，將其制備成為包含該材料的空氣電極，應用于可充電鋅空氣電池。

2.權利要求1所述一種用于可充電鋅空氣電池的碳化物(如：碳化硼、碳化鈦、碳化鎢等)以及碳化物負載低成本高效催化劑(如：MnO₂，Co₃O₄等)非碳基空氣電極材料及包含該材料的空氣電極的制備方法，其特征在于：使用碳化物作為空氣電極材料，或通過碳化物負載低成本高效催化劑，制備空氣電極材料粉體。在碳化物負載催化劑材料制備過程中，原材料使用錳鹽、鈷鹽等金屬鹽化合物，和尿素、檸檬酸、乙二醇等有機配體，以及碳化物，利用水熱合成反應法，溶劑使用乙二醇。首先在適量的有機或水溶液中加入適量的金屬鹽化合物和有機配體，進行磁力攪拌，直到得到澄清的溶液，加入適量的碳化物(如：碳化硼、碳化鈦、碳化鎢等)，混合物在室溫下攪拌0.5～12小時，攪拌的溫度為30～80℃，轉速為100～800rpm，然后將前驅體溶液轉移到水熱反應釜中，放在烘箱中，進行水熱合成反應待冷卻后洗滌、過濾、離心、干燥得到粉體。

3.權利要求1所述一種用于可充電鋅空氣電池的碳化物(如：碳化硼、碳化鈦、碳化鎢等)以及碳化物負載低成本高效催化劑(如：MnO₂，Co₃O₄等)非碳基空氣電極材料及包含該材料的空氣電極的制備方法，其特征在于：

(1)在制備空氣電極漿料時，催化劑粉體和造孔劑在有機溶劑(如：乙醇、異丙醇、丙酮等)和去離子水或其混合溶劑中與有機或水性粘結劑(如：聚四氟乙烯(PTFE)，PVDF，CMC，淀粉等)混合形成漿料，催化劑與PTFE的質量比為60∶40～97∶3。

(2)漿料被大力攪拌，超聲，直到形成均勻的漿料，然后涂在集流體上形成電極。電極在30～100℃真空烘箱中干燥3～24小時后，在管式爐通入惰性氣體(如：Ar，He，N₂等)，在100～300℃下退火0.5～3小時，去除造孔劑，即得到空氣電極。

4.按照權利要求3所述一種用于可充電鋅空氣電池的碳化物(如：碳化硼、碳化鈦、碳化鎢等)以及碳化物負載低成本高效催化劑(如：MnO₂，Co₃O₄等)非碳基空氣電極材料及包含該材料的空氣電極的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中使用活性炭、石墨、淀粉、NH₄HCO₃等粉體作造孔劑，其含量為催化劑和PTFE總質量的5～40％。

5.權利要求1所述一種用于可充電鋅空氣電池的碳化物(如：碳化硼、碳化鈦、碳化鎢等)以及碳化物負載低成本高效催化劑(如：MnO₂，Co₃O₄等)非碳基空氣電極材料及包含該材料的空氣電極，以及將其應用于鋅空氣電池，其特征在于：在進行電池組裝時，正極材料為涂有空氣電極材料的鈦網、鎳網、不銹鋼網、泡沫鎳等，電解液為1～8M KOH和0.1～0.5M Zn(CH₃COO)₂，負極材料為鋅片，厚度為0.1～1mm。