[發(fā)明專利]一種鋰-空氣電池的超疏水/疏電解液正極及其制備方法

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• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113471451A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王楠;傅嘉琳;唐玲玲;韓貞毅;曹學(xué)成
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/92;H01M12/08
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1.一種鋰-空氣電池的超疏水/疏電解液正極，其特征在于，所述正極是一面涂覆Ru/N-C或Pt/N-C催化劑涂層，另一面噴涂有超疏水/疏電解液涂層的碳紙。

2.如權(quán)利要求1所述的一種鋰-空氣電池的超疏水/疏電解液正極，其特征在于，所述超疏水/疏電解液涂層是在聚三氟乙基甲基丙烯酸酯、全氟乙烯丙烯共聚物、復(fù)合改性膨潤土中加入三氟三氯乙烷作為溶劑，于35～45℃下加熱攪拌至溶解得到超疏水/疏電解液預(yù)處理液，采用等離子噴涂工藝噴涂于碳紙其中一面，并于干燥得到；所述催化劑涂層是以氮有序摻雜有序多孔碳作為載體，三氯化釕或氯鉑酸作為前驅(qū)體，通過浸漬法制備Ru/N-C或Pt/N-C催化劑，將得到的催化劑材料與乙炔黑和聚偏氟乙烯混合后涂覆在碳紙另一面得到。

3.如權(quán)利要求1所述的一種鋰-空氣電池的超疏水/疏電解液正極的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)催化劑制備：按質(zhì)量比稱取尿素、蔗糖和納米二氧化硅，加入水?dāng)嚢枞芙饩鶆蚝蟾稍铮缓笾糜诟呒兊獨鈿夥障蚂褵玫胶谏勰?，將得到的粉末放入氫氟酸溶液中攪拌去除二氧化硅模板，離心清洗并烘干得到氮摻雜有序多孔碳材料；再將氮摻雜有序多孔碳材料按比例與三氯化釕水溶液或氯鉑酸水溶液混合，加入水?dāng)嚢杈鶆?，滴加氫氧化鈉溶液直到PH＝9～12，將溶液轉(zhuǎn)移反應(yīng)釜，放置于150～180℃烘箱中反應(yīng)3h，結(jié)束后滴加稀鹽酸溶液直至PH＝4～6，最后離心清洗并干燥制得Ru/N-C或Pt/N-C催化劑；

(2)超疏水/疏電解液涂層制備：在膨潤土中加入改性溶液和水，第一次恒溫攪拌得到改性膨潤土混合液，再加入全氟烷基硫醇，第二次恒溫攪拌后離心分離后第一次干燥，得到復(fù)合改性膨潤土；將制備得到復(fù)合改性膨潤土與聚三氟乙基甲基丙烯酸酯、全氟乙烯丙烯共聚物進行混合后，加入三氟三氯乙烷作為溶劑，加熱攪拌溶解得到預(yù)處理液，采用等離子噴涂工藝將溶液噴涂于碳紙其中一面，成膜后第二次干燥，獲得超疏水/疏電解液涂層；

(3)正極片制備：將得到的催化劑、乙炔黑和聚偏氟乙烯按一定比例混合研磨均勻得到混合粉末，在混合粉末中加入N-甲基吡咯烷酮溶劑，攪拌分散成均勻的漿料；控制涂覆厚度將上述漿料涂覆在碳紙另一面并烘干，最后將烘干好的碳紙裁剪成圓片作為鋰-空氣電池正極片。

4.如權(quán)利要求3所述的一種鋰-空氣電池的超疏水/疏電解液正極的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，加入水?dāng)嚢枞芙饩鶆蚝蟮母稍餃囟葹?5～60℃；煅燒溫度為600～800℃，煅燒時間為2h；所述尿素、蔗糖和納米二氧化硅的質(zhì)量比為1:5～8:4～6；所述高純氮氣的純度≥99.999％；所述氫氟酸溶液的濃度6～8mol/l；所述氮摻雜有序多孔碳與三氯化釕或氯鉑酸的質(zhì)量比為45～55:1；所述三氯化釕水溶液的濃度為0.025～0.04g/ml；所述氯鉑酸水溶液的濃度為0.03～0.05mol/L；所述氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的濃度均為0.1～0.2mol/l。

5.如權(quán)利要求3所述的一種鋰-空氣電池的超疏水/疏電解液正極的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，恒溫攪拌溫度為40～60℃，第一次恒溫攪拌時間為6h，第二次恒溫攪拌時間為12h；第一次干燥溫度為80～100℃；所述改性溶液為十六烷基三甲基溴化銨的乙酸乙酯溶液，濃度為0.02～0.05mol/L；所述改性溶液、膨潤土與全氟烷基硫醇質(zhì)量比為1:500～600:0.3～0.5；所述聚三氟乙基甲基丙烯酸酯、全氟乙烯丙烯共聚物、復(fù)合改性膨潤土與三氟三氯乙烷的質(zhì)量比為1:3～5:2～3:8～9，加熱攪拌溫度為35～45℃；所述等離子噴涂工藝的噴涂距離為90～150mm，噴涂電流為300～500A，噴涂電壓為50～60V，注射氣壓為0.2～0.3MPa，噴槍移動速度為350～450mm·s^-1；第二次干燥溫度為60～70℃；所述超疏水/疏電解液涂層的噴涂厚度為60～100μm。

6.如權(quán)利要求3所述的一種鋰-空氣電池的超疏水/疏電解液正極的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述催化劑、乙炔黑和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比為6:3:1；所述混合粉末與N-甲基吡咯烷酮溶劑的比例為0.1g:2.5～3ml；所述催化劑涂層的涂覆厚度為50～80μm；烘干溫度為80～100℃，烘干時間為10h。