[發明專利]一種空氣電極的制備方法

在審

• 申請號: 202010138521.9
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111326746A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 柯龍生
• 申請（專利權）人: 武漢睿億新能源科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M4/92;H01M12/06
• 代理公司: 武漢今天智匯專利代理事務所(普通合伙) 42228
• 代理人: 鄧寅杰

本發明公開了一種空氣電極的制備方法，包括以下步驟：S1：將一定質量的催化劑與載體及導電劑混合均勻，得到復合催化劑；S2：再將一定質量的復合催化劑與粘結劑及溶劑混合均勻，充分攪拌后得到催化層漿料；S3：將催化層漿料均勻的涂覆在金屬集流體的兩側，在一定溫度下烘干后得到催化層；S4：在催化層的一面噴涂上粘結劑，然后覆上疏水膜，再將催化層與疏水膜壓合在一起，在高溫下進行熱處理一段時間后即可得到空氣電極。本發明可以解決傳統含碳空氣電極中催化層碳氧化的問題，降低空氣電極衰減速率；本發明采用拉漿和涂覆工藝制備空氣電極，可以使催化劑與導電劑及粘結劑有效的混合均勻，提高空氣電極催化活性，延長使用壽命。

技術領域

本發明屬于金屬燃料電池技術領域，特別涉及一種空氣電極的制備方法。利用本發明制備的空氣電極可以在多種堿性電解質電化學電池中應用，例如堿性燃料電池，鋁空氣電池，鋅空氣電池，鎂空氣電池，鋅空氣可充電電池。

背景技術

金屬燃料電池，使用空氣電極作為正極，使用鋁，鎂，鋅，鋰，鐵等金屬作為負極，一般使用堿性或者中性鹽溶液作為電解液。金屬燃料電池具有諸多優點，特別是鋁空氣電池、鋅空氣電池具有能量密度高，安全環保等優點，在備用電源，汽車動力電源領域具有廣闊的應用前景。

金屬燃料電池工作時，空氣電極在有H₂O的情況下，吸附空氣中的氧氣并將之催化后成OH^-，其化學反應可以用下式表示：

O₂+H₂O+e^-→OH^-

該反應在電解液，氧氣和催化劑三相界面的發生；因此，要求空氣電極催化層具備一定的疏水性，同時應該疏松多孔，才有利于氧氣的催化反應。另外空氣電極在工作過程中，受冷熱沖擊和機械沖擊頻率較高，對空氣電極尤其是催化層的強度和韌性要求都較高。

傳統的空氣電極大多使用金屬氧化物作為催化劑，同時添加大量的乙炔黑，炭黑等碳基導電劑，金屬氧化物催化劑在堿性環境下容易變性，同時添加大量碳基導電劑，而碳基導電劑在空氣電極工作過程中很容易發生碳氧化，致使空氣電極催化層變硬，變脆，導電率和催化活性都大幅衰減，最終導致空氣電極失效。

此外，現有空氣電極的制備工藝，大多是將催化劑，碳基導電劑和有機粘結劑混合后，加入乙醇絮凝制成面團狀的混合物，然后通過輥壓工藝制備成厚度為0.1mm～0.4mm的催化膜。在生產催化膜的過程中，由于絮凝過程時間較短，催化劑、導電劑和粘結劑三相很難混合均勻，導致催化層中大量的催化劑被淹沒，催化層中的氣體通道較少，致使催化層中有效反應點較少，從而導致催化效率較低。另外，輥壓工藝生產催化膜，對輥壓過程，輥壓溫度，物料干濕度及熱處理工藝要求較高；若生產工藝控制不好，則很容易出現催化膜過硬，疏水性低或者韌性不夠等問題，致使空氣電極使用過程中很容易出現鼓泡，催化層溶解或者催化層大面積脫落等問題，最終導致空氣電極失效。

傳統工藝的防水透氣層是用疏水性較好的乙炔黑與聚四氟乙烯乳液混合后，加入乙醇絮凝，制成面團狀的混合物，然后通過輥壓工藝制備成厚度為0.3mm～1mm的防水透氣膜；制備好的催化膜再與防水膜，導電集流體壓合成空氣電極。通過上述輥壓工藝制備的催化膜及防水膜，其制備工藝繁瑣，產量低，難以實現自動化生產，制備出的空氣電極一致性差。

發明內容

針對上述技術缺點，本發明的目的在于提供一種空氣電極的制備方法，可以解決催化層中碳氧化問題，降低空氣電極衰減速率，同時可以提高空氣電極催化活性，延長使用壽命；另外本發明可以簡化空氣電極生產工藝，有利于實現大規模自動化生產，同時從生產工藝上解決所生產空氣電極性能一致的問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種空氣電極的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：將一定質量的催化劑與載體及導電劑混合均勻，得到復合催化劑；