一种锌空气电池电极材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种锌空气电池电极材料及其应用，电极材料包括正极材料和负极材料，其中正极材料由以下重量百分比组分组成：MxFe3‑xO4 2‑6％，二氧化碳吸附剂0.5‑3％，活性炭5‑10％，超导电乙炔黑0.5‑4％，膨胀石墨0.5‑2％，95％乙醇10‑70％，60％PTFE乳液7‑80％,其中的MxFe3‑xO4中的X<3,M为Fe,Cu,Co,Mn中的一种。本发明专利技术锌空气电池的正极材料具有广泛适用性，对于涂布、浸涂和辊压法都适用；本发明专利技术锌空气电池的正极材料和负极材料具有广泛适用性，对于纽扣式、圆柱式和其他规格电池单体或电池组都适用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锌空气电池电极材料及其应用，属于电化学能源

技术介绍
锌空气电池一般制作成一次性电源，它的正极(空气电极)是以空气中氧作为活性物质，负极活性物质是金属锌粉，电解液是KOH水溶液。锌空气电池具有比能量高(理论比能量为1350Wh/Kg，实际比能量可达350Wh/Kg)，是当前实际使用电池比能量最高的电池品种之一。且电压平稳、使用温度范围宽(-30～60℃)，工作时间长，无污染，在使用过程中不会对人体和环境产生污染，使用完的废电池也不会对环境造成污染。相对于其他类型电池，其能量密度具有明显优势，与其他同类金属空气电池对比，其实际电位接近热力学电位且金属价格便宜。锌空气电池具有容量大、稳定性高、能量密度高、价格廉价、放电平稳、储存寿命长等优势，但是由于电池本身开放式结构特点也带来先天性不足，例如锌电极的氧化问题、电解液浓度易受环境湿度影响问题、电解液碳酸化问题、漏液爬碱问题、电池发热膨胀问题等等。这些问题限制了锌空气电池的规模量产化。由于锌空气电池这些优缺点，对于如何拓宽其应用领域同时还保证其长时间连续使用和长时间存放等是它研究的主要方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种可以长时间连续使用或长时间存放，适合量产化的锌空气电池电极材料。本专利技术的另一目的是提供一种上述正极材料和负极材料的应用。本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案：一种锌空气电池电极材料，其特征在于包括正极材料和负极材料，所述的正极材料由以下重量百分比组分组成：其中的MxFe3-xO4中的X<3,M为Fe,Cu,Co,Mn中的一种；所述的负极材料由以下重量百分比组分组成：所述正极材料和负极材料分别满足各组分之和100％。本专利技术中的MxFe3-xO4为纳米颗粒催化剂，用于催化还原空气中的氧气，本专利技术催化剂在碱性溶液中表现较好的催化稳定性，对于降低电池过电位，延长电池寿命起到关键性作用。本专利技术中催化剂MxFe3-xO4的粒径小于100nm，优选20-50nm。本专利技术中的二氧化碳吸附剂为氢氧化镁、氢氧化钙和氯化钙中的一种或几种。用于减少空气中二氧化碳以减少其对电解液碳酸化的副作用。本专利技术中活性炭主要吸附和分散纳米催化剂，同时活性炭具有一定吸附空气的作用提高电池的放电性能。所以活性炭的吸附性能不能太强，如果太强会引起氧气和活性炭结合太牢固会与催化剂吸附空气形成竞争反应，反而降低整体的催化活性。所以就整体而言要选择比表面适中的活性炭，优选过200-300目筛，亚甲基蓝吸附值大于9ml/g。本专利技术中膨胀石墨用于导电和作为催化剂载体用。95％乙醇用于固液分散作用，95％为乙醇的体积浓度。本专利技术中的PTFE乳液的质量浓度为60％，PTFE乳液用于将各组分粘结在一起。本专利技术中的抑制钝化剂为四烷基氢氧化铵、四烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和十六烷三甲基铵中的一种或几种，以起到抑制腐蚀，防止钝化的作用。本专利技术电极材料的应用，其特征在于其正极的制备采用涂布法时包括以下步骤：a、将MxFe3-xO4、二氧化碳吸附剂、活性炭、超导电乙炔黑和膨胀石墨加入95％乙醇，待固体都充分湿润后，搅拌均匀，超声分散均匀，使团聚催化剂得以分离，各组分分散均匀；b、再在搅拌状态下缓慢滴加PTFE乳液，以1000rpm的转速搅拌均匀形成粘稠状胶体，压滤除去多余液体(即：多余乙醇)，得到粘度适合涂布的混料(即：团块状弹性凝胶体)；c、将混料涂布在厚度为2.5mm的镍网上，放置于防水等级IP为68的防水透气膜上，120-150℃真空干燥4-9h，冷却至室温后，加上亲水无纺布和微滤膜，常温下在50～80Kg/cm2的压力下用平板板压3-5min，厚度为1-1.5mm，即得锌空气电池的正极。本专利技术电极材料的应用，其特征在于其正极的制备采用浸涂法时包括以下步骤：a、将MxFe3-xO4、二氧化碳吸附剂、活性炭、超导电乙炔黑和膨胀石墨加入95％乙醇，待固体都充分湿润后，搅拌均匀，使各固体组分均匀分散到乙醇中；b、再在搅拌状态下缓慢滴加PTFE乳液，以1000rpm的转速搅拌均匀形成粘稠状浆料，调节粘度至适合用于浸涂的粘度；c、将厚度为2.5mm的镍网浸入步骤b得到的浆料中，10s后取出，然后放置于防水等级IP为68的防水透气膜上，120-150℃真空干燥4-9h，冷却至室温后，加上亲水无纺布和微滤膜，常温下在50～80Kg/cm2的压力下用平板板压3-5min，厚度为1-1.5mm，即得锌空气电池的正极。本专利技术电极材料的应用，其特征在于其正极的制备采用辊压法时包括以下步骤：a、将MxFe3-xO4、二氧化碳吸附剂、活性炭、超导电乙炔黑和膨胀石墨加入95％乙醇，搅拌均匀后再加入PTFE乳液，在400rpm下搅拌成团后，辊压压成厚度为0.5-2mm的薄片，得厚度一致的电池催化层薄片；b、将薄片铺于厚度为2.5mm的镍网上，辊压成0.8-1mm厚，加上防水等级IP为68的防水透气膜、亲水无纺布和微滤膜，辊压成1-1.5mm厚，120-150℃干燥4-9h，冷却至室温后，即得锌空气电池的正极。以上三种制备正极的方法中，最后步骤加的滤膜为PP、PE或其他聚酯纤维等材料做的滤膜。与现有技术相比，本专利技术有如下优点：本专利技术锌空气电池的正极材料具有广泛适用性，对于涂布、浸涂和辊压法都适用；本专利技术锌空气电池的正极材料和负极材料具有广泛适用性，对于纽扣式、圆柱式和其他规格电池单体或电池组都适用。本专利技术正负极材料所制得的电池具有高功率(>1W，一个电池单体)的放电性能和1A电流放电下高电池容量(>6000mAh，一个电池单体)，并且以长时间连续使用或长时间存放。【附图说明】图1是本专利技术实施例1-3在1A恒电流下放电曲线图。【具体实施方式】以下通过具体实施方式对本专利技术做进一步更详细的说明，实施例中的百分比如未做特殊说明的均为重量百分比。实施例1：(涂布法)正极材料配方：用涂布法制备实施例1的正极：将PTFE浮液以外的其他组分加入95％乙醇，待固体都充分湿润后，搅拌均匀，超声分散45-60min分散均匀；再在搅拌状态下缓慢滴加60％PTFE乳液，以1000rpm的转速搅拌5-10min搅拌均匀形成粘稠状胶体，压滤除去多余液体，得到粘度适合涂布的混料；将混料涂布在厚度为2.5mm的镍网上，放置于防水等级IP为68防水透气膜上，120℃真空干燥9h，冷却至室温后，加上亲水无纺布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锌空气电池电极材料，其特征在于包括正极材料和负极材料，所述的正极材料由以下重量百分比组分组成：其中的MxFe3‑xO4中的X<3,M为Fe,Cu,Co,Mn中的一种；所述的负极材料由以下重量百分比组分组成：所述正极材料和负极材料分别满足各组分之和100％。

【技术特征摘要】
1.一种锌空气电池电极材料，其特征在于包括正极材料和负极材料，所述的正极材料
由以下重量百分比组分组成：
其中的MxFe3-xO4中的X<3,M为Fe,Cu,Co,Mn中的一种；
所述的负极材料由以下重量百分比组分组成：
所述正极材料和负极材料分别满足各组分之和100％。
2.根据权利要求1所述的一种锌空气电池电极材料，其特征在于所述MxFe3-xO4为纳米颗
粒,其粒径小于100nm。
3.根据权利要求1所述的一种锌空气电池电极材料，其特征在于所述二氧化碳吸附剂
为氢氧化镁、氢氧化钙和氯化钙中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种金属空气电池用正极材料，其特征在于所述PTFE乳液的
质量浓度为60％。
5.根据权利要求1所述的一种锌空气电池电极材料，其特征在于所述的抑制钝化剂为
四烷基氢氧化铵、四烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和十六烷三甲基铵中的一种或几种。
6.一种权利要求1-5中任一项所述电极材料的应用，其特征在于其正极的制备包括以
下步骤：
a、将MxFe3-xO4、二氧化碳吸附剂、活性炭、超导电乙炔黑和膨胀石墨加入95％乙醇，待固
体都充分湿润后，搅拌均匀，超声分散均匀；
b、再在搅拌状态下缓慢滴加PTFE乳液，以1000rpm的转速搅拌均匀形成粘稠状胶体，压
滤除去多余液体，得到粘度适合涂布的混料；
c、将混料涂布在厚度为2.5mm的镍网上，放置于防水等级IP为68的防水透气膜上，120-
150℃真空干燥4-9h，冷却至室温后，加上亲...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨展长，陈永信，王思义，袁伟标，
申请(专利权)人：徐嘉陵，
类型：发明
国别省市：广东;44