金属空气电池阴极及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金属空气电池阴极的制备方法，包括：A)将导电剂、粘结剂和溶剂混合，搅拌，得到浆料；将集流层原料浸渍在浆料中，烧制得到疏水层；B)将润滑剂、导电剂、粘结剂和溶剂混合，得到浆料；将所述浆料挤出，拉伸，烘干，得到混合物；将所述混合物在疏水层表面挤压成膜；C)将催化剂、粘结剂和溶剂混合得到浆料，将浆料喷涂到所述膜上，得到催化层；D)将所述催化层和疏水层热压、烧制得到金属空气电池阴极。本发明专利技术的电池先在疏水层表面制备一层膜，作为催化剂的载体，膜的组分经过挤出和拉伸成纤维化分布，能较强的固定在疏水层上，具有较好的结构强度，而后通过热喷涂将催化剂喷涂。本发明专利技术的催化层具有优异的电池性能和稳定性。

Metal air battery cathode and preparation method thereof

The present invention provides a method for preparing a metal air battery cathode comprises: A) the conductive agent, binder and solvent mixture, stirring slurry; will be immersed in the slurry material collecting layer, by firing the hydrophobic layer; B) the lubricant, conductive agent, binder and solvent mixed slurry; the slurry extrusion, stretching, drying, to obtain a mixture; the mixture in the hydrophobic layer on the surface of squeeze film; C) the catalyst, binder and solvent to obtain slurry, the slurry is sprayed onto the membrane, get the catalyst layer; D) will be the catalyst layer and the hydrophobic layer by hot pressing, firing the cathode of metal air battery. The invention of the first battery with a layer of film on the surface of hydrophobic layer, as the carrier of catalyst, membrane components after extrusion and stretching into fibrosis distribution can be more fixed on the hydrophobic layer, has good structural strength, then through thermal spraying spraying catalyst. The catalyst layer of the present invention has excellent battery performance and stability.

【技术实现步骤摘要】
金属空气电池阴极及其制备方法
本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种金属空气电池阴极及其制备方法。
技术介绍
能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，也是直接影响经济发展的一个重要因素。进入21世纪以来，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何在资源有限和环保严格要求的双重制约下保持经济的高速发展已经成为全球热点问题。而传统的能源利用方式所带来的资源短缺、环境污染、温室效应等问题将更为突出，因此传统能源结构及其利用方式越来越难以适应人类生存发展的需要。为了高效、合理地使用不可再生能源而又保持环境和生态平衡，基本途径就是开发以这些资源为燃料的燃料电池技术。金属空气电池是一种介于原电池和燃料电池的“半燃料”电池，兼具原电池和燃料电池的特点，具有容量大、比能量高、成本低等优点，被认为是未来很有发展和应用前景的新型电池材料。金属-空气电池一般由空气阴极、电解液和金属阳极组成，金属阳极为商业的高纯铝和铝合金，因此，电池阴极直接决定了电池性能。阴极包含集流层、疏水层和催化层，电池在催化层上发生氧化还原反应，三相反应界面是发生上述反应的场所，三相反应界面面积对空气电极的性能具有较大的影响。申请号为201310282853.4的中国专利公开了将催化剂、活性炭、乙炔黑和粘结剂聚四氟乙烯乳液按照一定的比例混合均匀，以无水乙醇为溶剂，超声分散20～50min后，转移至70～90℃水浴中除去乙醇后得到橡皮泥状混合物，碾压成0.2～0.5mm后的催化膜，此为电池的催化层。疏水层采用同样的方法，以活性炭，乙炔黑，粘结剂聚四氟乙烯乳液制备而成，然后按照防水膜、集流体、催化膜的顺序热压成空气电池的阴极。此方法制备的阴极在测试过程中催化层容易吸水开裂，因此电池的长期稳定性较差，通过200mA/cm2恒流放电模式测试40小时，在1.24V时，输出能量密度仅为1.902kWh/(Kg，Al)。此外，该方法制备工艺复杂，不利于产品的放大和商业化的推广。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种金属空气电池阴极的制备方法，本专利技术制备得到的金属空气电池阴极稳定性好。本专利技术提供了一种金属空气电池阴极的制备方法，包括：A)将导电剂、粘结剂和溶剂混合，搅拌，得到浆料；将集流层浸渍在浆料中，烘干、烧制得到疏水层；B)将润滑剂、导电剂、粘结剂和溶剂混合、预压、挤出、拉伸、烘干，得到混合物；将所述混合物在疏水层表面挤压得到催化基底膜；C)将催化剂、粘结剂和溶剂混合得到浆料，将浆料热喷涂到所述催化基底膜上，得到催化层；D)将所述催化层和疏水层在热压、烧制得到金属空气电池阴极。优选的，所述步骤A)中导电剂选自活性炭、炭黑和聚乙烯炔中的一种或多种；所述粘结剂选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种；所述溶剂选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种；所述集流层原料选自泡沫镍、镍网和钢网中的一种或几种；所述步骤B)中润滑剂选自硅油、脂肪酸酰胺、油酸和聚酯中的一种或几种；所述导电剂选自活性炭、炭黑和聚乙烯炔中的一种或多种；所述粘结剂选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种；所述溶剂选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种；所述步骤C)中催化剂选自MnO2、MnO、Mn3O4和Mn2O3中的一种或几种；粘结剂选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种；所述溶剂选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种。优选的，所述步骤A)中导电剂、粘结剂和溶剂的质量比优选为(0.1～5)：(0.5～5)：(10～300)；所述步骤B)中润滑剂、导电剂、粘结剂和溶剂的质量比为(0.5～10)：(0.1～3)：(0.1～10)：(20～400)。优选的，所述步骤B)中预压得到浆料的密度为100～10000kg/cm3；挤出压力为1～30MPa；挤出次数为2～20次；拉伸速率为0.1～10MPa/s；拉伸次数为3～10次。优选的，所述步骤B)中拉伸产物烘干温度为80～500℃；烘干的时间为1～50h；挤压压力为1～20MPa。优选的，所述步骤C)中催化剂、粘结剂和溶剂的质量比(1～50)：(1～40)：(50～1500)。优选的，所述步骤C)中热喷涂温度为100～500℃；压力为0.1～10MPa；催化层厚度为0.01～1mm。优选的，所述步骤D)中热压的压力为5～50MPa；时间为0.5～5min；烧制的温度为200～1000℃，烧制时间为0.1～20h。本专利技术提供了一种金属空气电池阴极，由上述技术方案所述的制备方法制备得到。本专利技术提供了一种金属空气电池，包括上述技术方案所述的制备方法制备得到的阴极。与现有技术相比，本专利技术提供了一种金属空气电池阴极的制备方法，包括：A)将导电剂、粘结剂和溶剂混合，搅拌，得到浆料；将集流层浸渍在浆料中，烘干、烧制得到疏水层；B)将润滑剂、导电剂、粘结剂和溶剂混合、预压、挤出、拉伸、烘干，得到混合物；将所述混合物在疏水层表面挤压得到催化基底膜；C)将催化剂、粘结剂和溶剂混合得到浆料，将浆料热喷涂到所述催化基底膜上，得到催化层；D)将所述催化层和疏水层在热压、烧制得到金属空气电池阴极。本专利技术提供的金属空气电池先在疏水层表面制备一层膜，作为催化剂的载体，膜的组分经过挤出和拉伸成纤维化分布，能较强的固定在疏水层上，具有较好的结构强度，而后通过热喷涂将催化剂喷涂。本专利技术的方法制备得到的催化层具有较多的三相界面，并且与疏水层结合牢固，因此具有优异的电池性能和稳定性，实验结果表明，本专利技术制备的电池长期间歇放电24次，衰减率仅为6％。附图说明图1为本专利技术实施例1～4制备得到的电池性能曲线；图2为本专利技术实施例1制备得到的电池长期间歇放电性能曲线；图3为实施例1和对比例1制备得到的电池性能曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种金属空气电池阴极的制备方法，包括：A)将导电剂、粘结剂和溶剂混合，搅拌，得到浆料；将集流层浸渍在浆料中，烘干、烧制得到疏水层；B)将润滑剂、导电剂、粘结剂和溶剂混合、预压、挤出、拉伸、烘干，得到混合物；将所述混合物在疏水层表面挤压得到催化基底膜；C)将催化剂、粘结剂和溶剂混合得到浆料，将浆料热喷涂到所述催化基底膜上，得到催化层；D)将所述催化层和疏水层在热压、烧制得到金属空气电池阴极。本专利技术提供的金属空气电池阴极的制备方法首先将导电剂、粘结剂和溶剂混合，搅拌，得到浆料；将集流层原料浸渍在所述浆料中，烧制得到疏水层。在本专利技术中，所述集流层选自泡沫镍、镍网和钢网中的一种或几种。所述导电剂优选选自活性炭、炭黑和聚乙烯炔中的一种或多种；所述粘结剂优选选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种；所述溶剂优选选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种。所述导电剂、粘结剂和溶剂的质量比优选为(0.1～5)：(0.5～5)：(10～300)；更优选为(0.5～4)：(1～4)：(50～250)。最优选为(1～3)：(2～3)：(100～200)。本专利技术对于所述混合搅拌的具体方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。将集流层原料浸渍在所述浆料中，烧制得到疏水层；所述集流层原料选自泡沫镍、镍网和钢网中的一种或几种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属空气电池阴极的制备方法，包括：A)将导电剂、粘结剂和溶剂混合，搅拌，得到浆料；将集流层浸渍在浆料中，烘干、烧制得到疏水层；B)将润滑剂、导电剂、粘结剂和溶剂混合、预压、挤出、拉伸、烘干，得到混合物；将所述混合物在疏水层表面挤压得到催化基底膜；C)将催化剂、粘结剂和溶剂混合得到浆料，将浆料热喷涂到所述催化基底膜上，得到催化层；D)将所述催化层和疏水层在热压、烧制得到金属空气电池阴极。

【技术特征摘要】
1.一种金属空气电池阴极的制备方法，包括：A)将导电剂、粘结剂和溶剂混合，搅拌，得到浆料；将集流层浸渍在浆料中，烘干、烧制得到疏水层；B)将润滑剂、导电剂、粘结剂和溶剂混合、预压、挤出、拉伸、烘干，得到混合物；将所述混合物在疏水层表面挤压得到催化基底膜；C)将催化剂、粘结剂和溶剂混合得到浆料，将浆料热喷涂到所述催化基底膜上，得到催化层；D)将所述催化层和疏水层在热压、烧制得到金属空气电池阴极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中导电剂选自活性炭、炭黑和聚乙烯炔中的一种或多种；所述粘结剂选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种；所述溶剂选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种；所述集流层原料选自泡沫镍、镍网和钢网中的一种或几种；所述步骤B)中润滑剂选自硅油、脂肪酸酰胺、油酸和聚酯中的一种或几种；所述导电剂选自活性炭、炭黑和聚乙烯炔中的一种或多种；所述粘结剂选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种；所述溶剂选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种；所述步骤C)中催化剂选自MnO2、MnO、Mn3O4和Mn2O3中的一种或几种；粘结剂选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种；所述溶剂选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤号，苗鹤，刘兆平，薛业建，孙珊珊，王勤，董正豪，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33