一种铝空气电池的空气电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铝空气电池的空气电极的制备方法，属于铝空气电池领域。该发明专利技术以高锰酸钾为原料通过水热合成法制备碳载二氧化锰催化剂，然后将碳载二氧化锰催化剂与粘结剂聚偏氟乙烯按比例混合后在玛瑙研钵中充分研磨成均匀后加入溶剂N-甲基吡咯烷酮，继续研磨成浆料；以聚四氟乙烯膜与导电镍网复合为导电防水透气膜，将催化剂浆料涂布在导电防水透气膜上，经过烘干、老化得到用于铝空气电池的空气电极。本发明专利技术通过水热合成二氧化锰，涂膜制备空气电极，具有工艺简单、成本低廉、催化活性高、电极寿命长等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铝空气电池领域，具体涉及。
技术介绍
铝空气电池是以金属铝及其合金作为负极，空气电极为正极的高比能量电池，其 预计可实现的能量密度为8000Wh/kg以上，是新一代高能动力电池。目前对于铝空气电池的研究主要集中在空气电极催化剂的合成以及空气电极的 制备。空气电极催化剂的研究主要集中在贵金属催化剂、尖晶石型氧化物、钙钛矿型氧化 物、金属螯合物以及锰氧化物等，其中锰氧化物因其廉价易得、催化活性高而受到广泛的关 注。铝空气电池的空气电极通常有三层结构组成，即催化层、集流体和防水透气膜，这三部 分通常以催化层-集流体-防水透气层、集流体-催化层-防水透气膜等顺序叠加后通过 碾压结合到一起。这种通过三次结构碾压得到的空气电极常因各层彼此之间粘接度不够而 导致在使用过程中出现渗漏、积液等现象，从而影响空气电极的性能和使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种铝空气电池的空气电极的制备方 法，该方法制备的空气电极具有催化活性高、透气量大、使用寿命长等特点。 为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案： ，，包括以下步骤： 步骤（1)，将高锰酸钾溶解于去离子水配制成高锰酸钾溶液； 步骤（2)，按照高锰酸钾与碳载体的物质的量比1:1-1:5的量向步骤（1)制得的高锰酸 钾溶液中加入碳载体，在超声波条件下搅拌分散10-60min，得到分散均匀的高锰酸钾-碳 溶液； 步骤（3)，将步骤（2)得到的高锰酸钾-碳溶液进行高温水热反应，反应结束后过滤，滤 渣经洗涤和烘干，得到碳载二氧化锰催化剂粉末； 步骤（4)，将步骤（3)得到的碳载二氧化锰催化剂粉末与聚偏氟乙烯按照质量比5:2-5 的比例混合后充分研磨至混合均匀，然后加入N-甲基吡咯烷酮（NMP)，继续研磨成均匀糊 状的浆料；其中，所述溶剂NMP的加入量需视研磨情况而定，具体至所得浆料为均匀糊状为 且； 步骤（5)，将步骤（4)得到的浆料均匀涂布在导电防水膜表面，形成一层厚度 0. 1-0. 3mm的涂层，得到涂布导电防水膜； 步骤（6)，将步骤（5)得到的涂布导电防水膜经过烘干，老化，得到铝空气电池的空气 电极。 进一步，优选的是步骤（1)所述高锰酸钾溶液的浓度为20_50g/L，所述高锰酸钾 为市售的分析纯或工业级试剂。 进一步，优选的是步骤（2)所述的碳载体为纳米级别的乙炔黑、活性炭或石墨烯， 但不限于此，其他纳米级别的碳材能达到类似效果的也可以；所述超声波强度为50-90W/ cm2;所述搅拌速度为200-1000r/min。 进一步，优选的是步骤（3)所述高温水热反应条件为：反应温度120-200°C，压力 0. 2-2. OMPa，反应时间8-20h ;所述洗涤过程采用去离子水洗涤2-3次后，再用工业酒精洗 涤2-3次；所述烘干温度为65-95°C，烘干时间为6-12h。 进一步，优选的是步骤（5)所述的导电防水层为聚四氟乙烯防水透气膜与导电镍 网经过热压复合而成的薄膜材料，该薄膜材料同时具有防水透气性能和导电性能；所述的 聚四氟乙烯防水透气膜的厚度为20-50 ii m。 进一步，优选的是步骤（6)所述的烘干温度为60-90°C，烘干时间为6-12h ;所述老 化温度为95-120°C，老化时间为2-5h。 进一步，优选的是所述的铝空气电池的空气电极的制备方法，包括以下步骤： 步骤（1)，将50g高锰酸钾溶解于1000mL去离子水配制成浓度50g/L的高锰酸钾溶液； 步骤（2)，按照高锰酸钾与碳载体的物质的量比1:1的量向步骤（1)制得的高锰酸钾溶 液中加入2. 85g纳米乙炔黑作为碳载体，在超声波条件下搅拌分散lOmin，得到分散均匀的 高锰酸钾-碳溶液；所述超声波强度为50W/cm 2;所述搅拌速度为200r/min ; 步骤（3)，将步骤（2)得到的高锰酸钾-碳溶液加入不锈钢高压釜中，在150°C、0.5MPa 的压力下进行高温水热反应，反应结束后过滤，滤渣经洗涤和65°C烘干12h后得到碳载二 氧化锰催化剂粉末；所述洗涤过程采用去离子水洗涤2次，然后再用工业酒精洗涤3次； 步骤（4)，将步骤（3)得到的碳载二氧化锰催化剂粉末与粘结剂聚偏氟乙烯按照质量 比5:2的比例混合后在玛瑙研钵中充分研磨至混合均匀后，加入等体积的溶剂N-甲基吡咯 烷酮，继续研磨成均匀糊状的浆料； 步骤（5)，将步骤（4)得到的浆料使用涂布器均匀涂布在导电防水膜表面，形成一层厚 度0. 2_的涂层，得到涂布导电防水膜；所述的导电防水层为聚四氟乙烯防水透气膜与导 电镍网经过热压复合而成的薄膜材料； 步骤（6)，将步骤（5)得到的涂布导电防水膜在烘箱中60°C下烘干12h，然后在120°C 下老化3. 5h，得到铝空气电池的空气电极。 进一步，优选的是所述的铝空气电池的空气电极的制备方法，，包括以下步骤： 步骤（1)，将50g高锰酸钾溶解于2500mL去离子水配制成浓度20g/L的高锰酸钾溶液； 步骤（2)，按照高锰酸钾与碳载体的物质的量比1:2的量向步骤（1)制得的高锰酸钾溶 液中加入5. 7g活性炭作为碳载体，在超声波条件下搅拌分散45min，得到分散均匀的高锰 酸钾-碳溶液；所述超声波强度为90W/cm 2;所述搅拌速度为1000r/min ; 步骤（3)，将步骤（2)得到的高锰酸钾-碳溶液加入不锈钢高压釜中，在120°C、0.2MPa 的压力下进行高温水热反应，反应结束后过滤，滤渣经洗涤和85°C烘干10h后得到碳载二 氧化锰催化剂粉末；所述洗涤过程采用去离子水和工业酒精分别洗涤3次； 步骤（4)，将步骤（3)得到的碳载二氧化锰催化剂粉末与粘结剂聚偏氟乙烯按照质量 比5:3的比例混合后在玛瑙研钵中充分研磨至混合均匀后，加入1. 5倍体积的溶剂N-甲基 吡咯烷酮，继续研磨成均匀糊状的浆料； 步骤（5)，将步骤（4)得到的浆料使用涂布器均匀涂布在导电防水膜表面，形成一层厚 度0. 3_的涂层，得到涂布导电防水膜；所述的导电防水层为聚四氟乙烯防水透气膜与导 电镍网经过热压复合而成的薄膜材料； 步骤（6)，将步骤（5)得到的涂布导电防水膜在烘箱中75°C下烘干5h，然后在100°C下 老化2h得到铝空气电池的空气电极。 进一步，优选的是所述的铝空气电池的空气电极的制备方法，包括以下步骤： 步骤（1)，将50g高锰酸钾溶解于1000mL去离子水配制成浓度25g/L的高锰酸钾溶液； 步骤（2)，按照高锰酸钾与碳载体的物质的量比1:5的量向步骤（1)制得的高锰酸钾溶 液中加入14. 25g石墨烯作为碳载体，在超声波条件下搅拌分散60min，得到分散均勻的高 锰酸钾-碳溶液；所述超声波强度为70W/cm 2;所述搅拌速度为600r/min ; 步骤（3)，将步骤（2)得到的高锰酸钾-碳溶液加入不锈钢高压釜中，在200°C、2.0MPa 的压力下进行高温水热反应，反应结束后过滤，滤渣经洗涤和95°C烘干6h后得到碳载二氧 化锰催化剂粉末；所述洗涤过程采用去离子水和工业酒精分别洗涤2次； 步骤（4)，将步骤（3)得到的碳载二氧化锰催化剂粉末与粘结剂聚当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝空气电池的空气电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，将高锰酸钾溶解于去离子水配制成高锰酸钾溶液；步骤(2)，按照高锰酸钾与碳载体的物质的量比1:1‑1:5的量向步骤（1）制得的高锰酸钾溶液中加入碳载体，在超声波条件下搅拌分散10‑60min，得到分散均匀的高锰酸钾‑碳溶液；步骤(3)，将步骤(2)得到的高锰酸钾‑碳溶液进行高温水热反应，反应结束后过滤，滤渣经洗涤和烘干，得到碳载二氧化锰催化剂粉末；步骤(4)，将步骤(3)得到的碳载二氧化锰催化剂粉末与聚偏氟乙烯按照质量比5:2‑5的比例混合后充分研磨至混合均匀，然后加入N‑甲基吡咯烷酮，继续研磨成均匀糊状的浆料；步骤(5)，将步骤(4)得到的浆料均匀涂布在导电防水膜表面，形成一层厚度0.1‑0.3mm的涂层，得到涂布导电防水膜；步骤(6)，将步骤(5)得到的涂布导电防水膜经过烘干，老化，得到铝空气电池的空气电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢刚，崔涛，李怀仁，和晓才，胥福顺，徐俊毅，赖浚，袁野，柯浪，姚云，刘兆华，徐庆鑫，魏可，谢天鉴，施辉献，
申请(专利权)人：昆明冶金研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53