[發明專利]一種電極膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201910345334.5
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110112511B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 彭永新;徐慧勇;翁永富;余繼敏;彭李少榮
• 申請（專利權）人: 中科（廣州）能源科技開發有限公司
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06;H01M4/86;H01M4/88;H01M4/92
• 代理公司: 廣州科捷知識產權代理事務所(普通合伙) 44560
• 代理人: 袁嘉恩

本發明公開了一種電極膜及其制備方法，電極膜包括相疊合設置的催化層、集流層和防水透氣層；催化層包括碳載體和催化劑；碳載體包括經堿洗的化學法活性碳和Vulcan XC72R碳黑，化學法活性碳和Vulcan XC72R碳黑的質量比為(3?10):1；催化劑為MnO₂?Ag/C；電極膜的制備方法包括：催化層制備步驟：在溶劑中加入碳載體、造孔劑、催化劑和粘結劑，超聲分散后得到催化層溶液；將催化層溶液水浴加熱進行破乳，抽濾，得到催化層膏體；將催化層膏體碾壓，得到催化層；壓合步驟：將得到的催化層與防水透氣層、集流層疊合，得到電極膜；電極膜，用于鋁?空氣電池中，提高催化氧還原反應的速率，使得鋁?空氣電池提供穩定的電量。

技術領域

本發明涉及一種電極膜及其制備方法，屬于能源材料技術領域。

背景技術

空氣電池是化學電池的一種。構造原理與干電池相似，所不同的只是它的氧化劑取自空氣中的氧。鋰、鎂、鎳、鋁都可作為空氣電池的負極，而針對使用的負極金屬材料的不同、制備的正極材料、電解液均有較大的差異。其中，鋁因容易獲取，量大、鋁可以通過電解回收循環使用，成本低，延展性好，容易塑造成各種形狀，成為負極材料的優選。此外，鋁-空氣電池的容量大，放電電壓平穩；安全性好，充電迅速，環境友好，內阻小，比能量高，理論比能量能達到1300Wh/kg，但在實際應用中，比能量達到220～300Wh/kg，因此可提升的空間很高。

鋁-空氣電池技術的不成熟導致仍然存在一些缺陷：

1)電極中催化劑的催化活性較低導致在大電流放電時，催化氧還原反應速率較慢?？諝怆姌O采用催化效果較好的鉑、銀和銠等貴金屬作為催化劑，會使得電池的成本增加，商品化成本高，采用成本低的催化劑，如一些金屬氧化物，電池的大電流放電效果差；

2)電池大電流工作時發熱：大電流放電時，由于電池存在一定的電阻，特別當電池的電阻很大時，電池就會發熱，而鋁的熔點較低，存在極耳被熔斷的可能，這限制了鋁-空氣電池的大電流放電性能。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的第一個目的在于提供一種電極膜，用于鋁-空氣電池中，提高催化氧還原反應的速率，使得鋁-空氣電池提供穩定的電量。

本發明的第二個目的在于提供一種上述電極膜的制備方法，該制備方法改善了電極膜壓合以及熱處理的條件，其電極膜在反應時更穩定、與鋁負極的配合更好。

實現本發明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到：一種電極膜，包括相疊合設置的催化層、集流層和防水透氣層；催化層包括碳載體和催化劑；碳載體包括經堿洗的化學法活性碳和Vulcan XC72R碳黑，化學法活性碳和Vulcan XC72R碳黑的質量比為(3-10):1；催化劑為MnO₂-Ag/C；催化劑中MnO₂、Ag⁺和C的摩爾比為(0.1-0.15):1:(5-10)。

進一步地，催化層、集流層和防水透氣層的疊合方式依次為：催化層、集流層、防水透氣層；或，催化層、防水透氣層、集流層；或，防水透氣層包括第一防水透氣層和第二防水透氣層，疊合方式依次為：催化層、第一防水透氣層、集流層、第二防水透氣層。

進一步地，集流層為鍍鎳銅集流層。

進一步地，防水透氣層包括乙炔黑和粘結劑；乙炔黑和粘結劑的質量之比為5:(3-6)。

進一步地，化學法活性碳和Vulcan XC72R碳黑的質量比為9:1；化學法活性碳的粒徑≥100目。

進一步地，催化層包括按重量份計的以下成分：

催化層不包括乙炔黑。

進一步地，催化層包括按重量份計的以下成分：