一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池技术

本发明专利技术公开了一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池包括：将鳌合分散剂、疏水导电剂、催化剂搅拌均匀，得到催化浆料；至少一次将所述催化浆料注入集流层的第一表面，通过平压集流层的第二表面使所述催化浆料渗透附着在所述第二表面形成催化层；将形成所述催化层的所述集流层加热干燥、煅烧冷压，形成金属空气电池阴极。

A metal air battery cathode, its preparation method and metal air battery

The invention discloses a metal air battery cathode and its preparation method. The metal air battery includes: mixing the chelating dispersant, hydrophobic conductive agent and catalyst evenly to obtain the catalytic slurry; injecting the catalytic slurry into the first surface of the collector at least once, and making the catalytic slurry permeate and adhere to the second surface of the collector by pressing the second surface of the collector to form a catalyst. The collector layer forming the catalytic layer is heated, dried, calcined and cold pressed to form a metal air battery cathode.

【技术实现步骤摘要】
一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池
本专利技术涉及空气电池
，尤其涉及一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池。
技术介绍
随着化石能源排放对环境造成的严重影响加剧，开发清洁、高效的能量代替化石能源的研究越来越多。其中，金属空气电池作为一种利用Al、Mg、Zn等活泼金属与氧气进行电化学反应，从而将化学能直接转化成电能输出的新型电池。由于存储和携带方便安全、能量密度高等优点被广泛用于单兵电源、备用电源、电动汽车等多种场合。金属空气电池一般由金属阳极、空气阴极及电解液组成。当电池放电时，金属阳极被氧化并释放出电子至外电路给出电流。同时，在空气阴极一侧，氧气接受来自阳极的电子，并在催化剂的作用下被还原成氢氧根离子或其他中间产物。被氧还原后的物质或者溶解后的金属离子在电解液中迁移或者与阴离子形成氧化物或者氢氧化物。其中，作为金属空气阴极的材料既可以让氧气充分的通过，又防止传输电子的电解液泄露，同时负载在阴极上的催化剂在一定程度上又加速了氧气的还原反应。所以，阴极在金属空气电池中扮演着重要角色。金属空气阴极由疏水透气层/集流层/催化层三层模式构成，其中疏水透气层的用是防止电解液泄露；集流层为一种载体具有导电、多孔、稳定的特点；催化层是直接接触电解液的部分，起到加速阴极反应的作用。在此三层结构中，催化层与疏水透气层紧密贴合程度、疏水透气层长久的疏水性能、集流层的稳定性是影响整个阴极的三个本质要点。影响上述三方面的最主要因素是催化剂浆料与疏水层浆料两种浆料的结合的方式及结合过程中浆料形态的规整性。所以，制备阴极的工艺就显得十分重要。
技术实现思路
本专利技术提供一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池，保证了浆料在整个压合过程中形态的均匀性，提高了浆料形态的规整性。本专利技术一方面提供一种金属空气电池阴极的制备方法，包括：将溶剂、鳌合分散剂、疏水导电剂、催化剂搅拌均匀，得到催化浆料；至少一次将所述催化浆料注入集流层的第一表面，通过平压集流层的第二表面使所述催化浆料渗透附着在所述第二表面形成催化层；将形成所述催化层的所述集流层加热干燥、煅烧冷压，形成金属空气电池阴极。在一种可实施方式中，所述方法在所述将形成所述催化层的所述集流层煅烧冷压之前，还包括：将溶剂、所述鳌合分散剂和所述疏水导电剂搅拌均匀，得到疏水层浆料；至少一次将所述疏水浆料注入所述第二表面，通过所述平压第一表面使所述疏水浆料渗透附着在所述第二表面形成疏水层；将形成所述疏水层的所述集流层加热干燥。在一种可实施方式中，所述螯合分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸、柠檬酸、丙烯酸、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素或聚乙二醇，PTFE中的其中一种或者多种。在一种可实施方式中，所述疏水导电剂选为炭黑，所述炭黑进一步选为VXC-72R、VXC-72中的其中一种或者两种。在一种可实施方式中，所述催化剂为MnO2/Ag、MnO2/La、MnO2/Ce中的其中一种或者多种。在一种可实施方式中，所述集流层由多孔导电材料制成，进一步选为碳毡、泡沫镍、纤维布、纤维纸、泡沫铜、纤维镍中的其中一种或者多种。在一种可实施方式中，所述将形成所述催化层的所述集流层加热干燥、煅烧冷压，具体为：加热温度为30-100℃，干燥时间为5-60min；煅烧温度设置为120-500℃，煅烧时间设置为1-12h；冷压压力为5-30MPa。在一种可实施方式中，所述至少一次将所述催化浆料注入集流层的第一表面，通过平压集流层的第二表面使所述催化浆料渗透附着在所述第二表面形成催化层；和所述至少一次将所述疏水浆料注入所述第二表面，通过所述平压第一表面使所述疏水浆料渗透附着在所述第二表面形成疏水层均在密闭环境下进行。本专利技术另一方面提供一种金属空气电池阴极，由上述可实施方式中任一项所述的制备方法制备得到。本专利技术另一方面提供一种金属空气电池，包括金属阳极、电解液和由上述可实施方式中任一项所述的制备方法制备得到的阴极。本专利技术实施例提供的一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池创新地采用了注入平压的方式进行金属空气电池阴极的压合，提供了一个恒定的方式和空间，最大程度的保证了浆料在整个压合过程中形态的均匀性；浆料与集流层的接触是采用平压渗透，使得浆料在集流层孔洞中被充分的填充，既增加了催化层和疏水层在集流层的结合量，又增加了催化层和疏水层紧密贴合程度，在这个过程中也保证了集流层的稳定。附图说明图1示出了本专利技术实施例金属空气电池阴极的制备方法的流程示意图一；图2示出了本专利技术实施例金属空气电池阴极的制备方法的流程示意图二；图3示出了本专利技术实施例铝-空气电池的放电曲线图；图4示出了本专利技术实施例制备工艺中的设备。具体实施方式为使本专利技术的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1示出了本专利技术实施例金属空气电池阴极的制备方法的流程示意图一。参见图1，本专利技术实施例提供一种金属空气电池阴极的制备方法，包括：步骤101：将溶剂、鳌合分散剂、疏水导电剂、催化剂搅拌均匀，得到催化浆料。步骤102：至少一次将催化浆料注入集流层的第一表面，通过平压集流层的第二表面使催化浆料渗透附着在第二表面形成催化层。步骤103：将形成催化层的集流层加热干燥、煅烧冷压，形成金属空气电池阴极。本专利技术实施例提供的金属空气电池阴极的制备方法首先将鳌合分散剂、疏水导电剂、催化剂搅拌均匀，得到催化浆料。然后将催化浆料通过平压附着在集流层表面并进行加热干燥、煅烧冷压，形成金属空气电池阴极。由于本专利技术实施例在原料的选择上，选择疏水导电剂作为原料，因此无需额外在集流层和催化层之间添加疏水层，能够节省制造工序。进一步的本专利技术实施例通过平压的方式对集流层进行平压，使催化浆料渗透附着在集流层表面，由于平压时不直接接触催化浆料且压力均匀，压出来的催化层表面能够达到较高的平整度，通过多次平压，能够使催化浆料多次附着在第一表面，提高渗透和附着的牢固度，提高催化层的规整性。疏水导电剂选为炭黑，炭黑进一步选为VXC-72R、VXC-72中的其中一种或者两种。催化剂为MnO2/Ag、MnO2/La、MnO2/Ce中的其中一种或者多种。集流层由多孔导电材料制成，进一步选为碳毡、泡沫镍、纤维布、纤维纸、泡沫铜、纤维镍中的其中一种或者多种。上述集流层具有较为丰富的孔隙结构，进一步的，与催化浆料之间的相容性较好，有利于催化浆料牢固地附着在集流层表面。需要说明的是，金属空气电池阴极在使用时，集流层需要与电解液隔离，为了达到这一目的，我们可以采用在集流层的表面都附着催化层，在如此操作下，由于原料中添加有鳌合分散剂，在催化浆料渗透过程中，该鳌合分散剂不仅能够促使催化浆料与集流层结合，还能够促使同一表面催化浆料的鳌合，进一步能够使不同表面的催化浆料在互相接触后，通过鳌合分散剂互相鳌合，能够提高不同表面催化层之间的粘结效果。螯合分散剂可以选为聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸、柠檬酸、丙烯酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属空气电池阴极的制备方法，其特征在于，包括：将溶剂、鳌合分散剂、疏水导电剂、催化剂搅拌均匀，得到催化浆料；至少一次将所述催化浆料注入集流层的第一表面，通过平压集流层的第二表面使所述催化浆料渗透附着在所述第二表面形成催化层；将形成所述催化层的所述集流层加热干燥、煅烧冷压，形成金属空气电池阴极。

【技术特征摘要】
1.一种金属空气电池阴极的制备方法，其特征在于，包括：将溶剂、鳌合分散剂、疏水导电剂、催化剂搅拌均匀，得到催化浆料；至少一次将所述催化浆料注入集流层的第一表面，通过平压集流层的第二表面使所述催化浆料渗透附着在所述第二表面形成催化层；将形成所述催化层的所述集流层加热干燥、煅烧冷压，形成金属空气电池阴极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法在所述将形成所述催化层的所述集流层煅烧冷压之前，还包括：将溶剂、所述鳌合分散剂和所述疏水导电剂搅拌均匀，得到疏水层浆料；至少一次将所述疏水浆料注入所述第二表面，通过所述平压第一表面使所述疏水浆料渗透附着在所述第二表面形成疏水层；将形成所述疏水层的所述集流层加热干燥。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述螯合分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸、柠檬酸、丙烯酸、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素或聚乙二醇，PTFE中的其中一种或者多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述疏水导电剂选为炭黑，所述炭黑进一步选为VXC-72R、VXC-72中的其中一种或者两种。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘素娟，薛业建，李怀宇，杨闯，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33