[發(fā)明專利]一種金屬空氣電池的電極材料、正極和金屬空氣電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010328357.8
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111446455A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 毛亞;楊旸;馬尚德;嚴(yán)超;李永;王勇;郭瑞;斐海娟;解晶瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 上?？臻g電源研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 上海元好知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 賈慧琴;周乃鑫

本發(fā)明公開了一種金屬空氣電池的電極材料、正極和金屬空氣電池，該電極材料為：采用廢舊電池的隔膜和過渡金屬制備而成的過渡金屬/碳復(fù)合材料；該材料用于制備空氣電池的正極；該材料的制備方法包含以下步驟：S1，所述的隔膜清洗后將其浸泡在含有過渡金屬離子的鹽溶液中；S2，將浸泡過含有過渡金屬離子的鹽溶液的隔膜烘干；S3，將烘干后的隔膜高溫碳化處理后研磨，獲得含有多孔結(jié)構(gòu)的過渡金屬/碳復(fù)合材料。本發(fā)明的過渡金屬/碳復(fù)合材料可用于金屬空氣電池的正極，制備方法簡單，制備得到的電池具有良好的氧還原/氧析出反應(yīng)的電化學(xué)性能，并且材料成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲能器件與材料領(lǐng)域，具體涉及一種金屬空氣電池的電極材料、金屬空氣電池的正極和金屬空氣電池。

背景技術(shù)

金屬空氣電池是安全高效的能量轉(zhuǎn)換與存儲裝置，在便攜式移動設(shè)備、備用電源、新能源汽車等領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。其中金屬鋅資源豐富，與水、空氣反應(yīng)平穩(wěn)，鋅空氣電池的理論電壓為1.65V，工業(yè)化成本較低，并且電池理論能量密度(1218Wh/kg)大約是鋰離子電池的3倍。鋅空氣電池采用堿性水系電解液，具有安全、價格成本低等優(yōu)點。過去幾十年內(nèi)，一次鋅空氣電池已經(jīng)成功應(yīng)用于商業(yè)化的助聽器上，可充電鋅空氣電池的研究也取得很大進展，因此鋅空氣電池被看作一個可行的未來能量存儲器件。

過渡金屬復(fù)合多孔碳材料是催化劑的研究熱點，有著良好的雙功能催化性能。鋅空氣電池中空氣正極上緩慢的氧還原反應(yīng)(ORR)與氧析出反應(yīng)(OER)嚴(yán)重影響鋅空氣電池的性能，尋找優(yōu)秀的雙功能催化劑有效促進ORR與OER反應(yīng)，提高能量轉(zhuǎn)換效率和電池整體性能是當(dāng)前金屬空氣電池研究的熱點。貴金屬催化劑如鉑黑等材料，雖然有著較好的催化性能，但是其昂貴的價格嚴(yán)重制約了金屬空氣電池的商業(yè)化發(fā)展，因此急需開發(fā)高效非貴金屬功能催化劑，在提高金屬空氣電池的性能的同時，降低電池成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種空氣電池的電極材料、金屬空氣電池的正極和金屬空氣電池，以降低電池的材料成本并提高電池的性能。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種金屬空氣電池的電極材料，該材料為：采用廢舊電池的隔膜和過渡金屬制備而成的過渡金屬/碳復(fù)合材料；該材料用于制備空氣電池的正極；該材料的制備方法包含以下步驟：

S1，所述的隔膜清洗后將其浸泡在含有過渡金屬離子的鹽溶液中；

S2，將浸泡過含有過渡金屬離子的鹽溶液的隔膜烘干；

S3，將烘干后的隔膜高溫碳化處理后研磨，獲得含有多孔結(jié)構(gòu)的過渡金屬/碳復(fù)合材料。

較佳地，所述的過渡金屬元素選自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Cr中的一種或兩種以上。

較佳地，所述的含有過渡金屬的溶液為含有可溶性Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo或Cr離子的鹽溶液。

較佳地，所述的隔膜為聚酰亞胺類隔膜、聚乙烯類隔膜、聚丙烯類隔膜、聚乙烯/聚丙烯復(fù)合隔膜、PET無紡布隔膜中的一種或兩種以上。

本發(fā)明還提供了一種金屬空氣電池的正極，所述的正極包含：上述的金屬空氣電池的電極材料。

較佳地，所述的正極還包含：粘結(jié)劑。

較佳地，所述的正極還包含：集流體；所述的金屬空氣電池的電極材料與所述的粘結(jié)劑混合后，涂覆至所述的集流體上，烘干后得到所述的金屬空氣電池的正極。

較佳地，所述的集流體為泡沫鎳、碳布、碳紙、碳纖維、碳?xì)种械囊环N。

本發(fā)明還提供了一種低成本、高性能的金屬空氣電池，所述的金屬空氣電池包含：上述的金屬空氣電池的正極。

較佳地，所述的金屬空氣電池還包含：負(fù)極和電解液；所述的負(fù)極由鋅片或鋅膏制備而成，所述的電解液使用堿性KOH水系電解液。