一种多孔电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多孔电极及其制备方法。该方法包括以下步骤：纳米碳粉、金属活性物前驱体粉末、聚四氟乙烯颗粒通过干法混合得到混合粉体；将混合粉体压实在集流体上，得到致密电极；将致密电极浸没于电解质中进行电化学还原反应，使金属活性物前驱体还原为金属并原位沉积在纳米碳构成的导电骨架表面，得到所述多孔电极。本发明专利技术还提供了由上述制备方法得到的多孔电极。本发明专利技术获得的多孔电极具有金属活性物的比表面积大、活性利用率高、内阻小和用量低的特点，是一种低成本、高性能和长寿命的新型多孔电极。型多孔电极。型多孔电极。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种多孔电极及其制备方法，属于电化学工业领域。

技术介绍

[0002]电解和电镀、电化学水处理、有机电解合成、电池、电化学传感器等电化学工业都离不开电极，电极材料的制备方法、结构和性能对电化学反应过程有着重要影响，不断研制性能优越的新型电极材料始终受到各行各业的广泛关注。电化学工业使用的电极从微观结构上主要可以分为两种，一种是在三维上连续致密的无孔或少孔的块状电极；另一种是在二维或三维上有着发达孔隙结构的多孔电极。相比于前者，多孔电极具有比表面积高，发达的孔隙结构有利于电解质深入到电极内部，扩散阻力小，活性物利用率高。
[0003]目前有关多孔电极的专利技术已有很多的报道。申请号为201810637398.8的中国专利申请公开了一种多孔电极片的制备方法，其将导电剂、粘结剂、活性炭及造孔剂进行混合处理得到混合物，对所述混合物进行气流粉碎，然后进行辊压得到膜片，并与集流体进行层叠后进行热复合处理，得到所述多孔电极片；其中所述造孔剂选自草酸、柠檬酸和苯甲酸中的至少一种，在进行热复合处理时造孔剂分解，从而在膜片中形成均匀的孔隙。申请号为201910520862.X的中国专利申请公开了一种Ti
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‑1多孔电极的制备方法，将TiH2和TiO2混合球磨后烘干、过筛，烧结后，滴加聚乙烯醇，得到前体混合物，在泡沫镍上放入前体混合物加压后得到压坯，烧结后得到Ti
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‑1多孔电极；其中聚乙烯醇作为粘结剂存在，高温烧结下聚乙烯醇完全燃烧，在Ti
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‑1预成品内部形成孔洞，使烧结后得到的Ti
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‑1预成品具有多孔结构。美国专利US 2015/0357626 A1和US 2010/0015327 A1描述了这样的方法，在所谓的制浆法中制备活性材料浆料，在其中颗粒状材料分散在由聚合物粘合剂和合适溶剂制成的溶液中，然后在涂覆方法中将浆料施加到集流体上，再通过干燥除去溶剂，并在集流体的表面上获得由颗粒状材料和粘合剂制成的多孔层；其中，另外将成孔剂混入活性材料浆料中，该成孔剂在随后的步骤中从电极中溶解出来，由此进一步增加了电极的孔隙率。在美国专利US 2015/303481中描述了在无溶剂的情况下制备电极组合物的方法，申请号为201980032800.2中国专利申请在此基础上，进一步将电极组合物施加到基板的至少一个表面上以获得致密电极，通过加热所述致密电极以使所述至少一种颗粒状成孔剂液化；和/或使所述致密电极与用于电化学电池的至少一种液体电解质组合物或电解质组合物的至少一种液体组分接触，该液体电解质组合物或该液体组分能够至少部分地使所述至少一种颗粒状成孔剂溶解，以由此获得多孔电极。
[0004]综合上述方法，不管是干法电极制备，还是湿法电极制备，它们都需要在原有电极组分中加入额外的造孔剂，这样形成的多孔结构比较难于控制，分布均匀性较差，形成的孔通道相对活性物的空间分布不是最有效的。因此，开发低成本、高性能和长寿命的新型多孔电极仍是电化学工业目前急需解决的一个关键问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种多孔电极及其制备方法，在制备过程中不需要加入造孔剂。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供了一种多孔电极的制备方法，其包括以下步骤：
[0007]将纳米碳粉、金属活性物前驱体粉体、聚四氟乙烯颗粒通过干法混合得到混合粉体；
[0008]将混合粉体压实在集流体上，得到致密电极；
[0009]将致密电极浸没于电解质中进行电化学还原反应，使金属活性物前驱体还原为金属并原位沉积在纳米碳构成的导电骨架表面，得到所述多孔电极。
[0010]在上述制备方法中，优选地，所述纳米碳粉的比表面积不小于10m2/g，更优选为100
‑
1000m2/g。
[0011]在上述制备方法中，优选地，所述纳米碳粉包括纳米导电炭黑、纳米石墨、石墨烯、碳纳米管、纳米碳纤维、富勒烯和石墨烯量子点中的一种或两种以上的组合。
[0012]在上述制备方法中，优选地，所述电解质为水性体系电解质或有机体系电解质。其中，所述水性体系电解质可以为无机盐水溶液或无机酸水溶液或无机碱水溶液；优选地，所述水性体系电解质包括氯化钠水溶液、硫酸钠水溶液、硫酸水溶液或氢氧化钠水溶液中的一种；所述有机体系电解质可以包括高氯酸锂、六氟磷酸锂或四氟硼酸锂的有机碳酸酯电解液中的一种。
[0013]在上述制备方法中，优选地，所述金属活性物前驱体为粒度0.05
‑
50μm的粉体。当金属活性物前驱体不溶于所采用的电解质时，在电解质中金属活性物前驱体能够在致密电极中通过电化学还原得到相应的金属活性物，而电解质自身不发生还原反应；当金属活性物前驱体能够溶于所采用的电解质时，那么，为了避免致密电极中的金属活性物前驱体的溶失，在该电解质中应含有饱和的上述金属活性物前驱体，然后在电解质中金属活性物前驱体能够在致密电极中通过电化学还原反应得到相应的金属活性物。
[0014]在上述制备方法中，优选地，所述金属活性物前驱体包括金属盐、金属氧化物和金属氢氧化物中的一种或两种以上的组合。金属活性物前驱体中的金属可以选自锌、锰、银、铅、铬、镉、镍、铜、铁、锡、金、铟、铂、铑、钯、锂、钠等中的一种或两种以上的组合。
[0015]在上述制备方法中，优选地，所述聚四氟乙烯颗粒的粒度为0.1
‑
100μm。
[0016]在上述制备方法中，干法混合是指通过提供剪切力的搅拌机、球磨机、研磨机、粉碎或破碎机对所述的混合粉体在干态下进行均匀分散处理，其中作为粘合剂的聚四氟乙烯颗粒经剪切形成放射纤维状，其对混合粉体具有粘附聚集作用。
[0017]在上述制备方法中，将混合粉体压实在集流体上的过程可以按照以下方式进行：将混合粉体捏合为成型物料，然后将成型物料压实在集流体上，得到致密电极，该操作是通过挤出机和/或压延机将可成型的混合粉体直接压实到集流体上，或将混合粉体成型为稳定的独立块体再压实到集流体上，其中所采用的集流体可以为片状、网状或泡沫状的铜、铝、镍、钛、不锈钢、银或多孔碳中的一种。优选地，所述致密电极的体积电导率不低于0.01S/cm，更优选为0.1
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100S/cm。
[0018]在上述制备方法中，电化学还原反应是指致密电极在电解质溶液中作为阴极，使致密电极中的金属活性物前驱体得到电子还原为相应的金属或合金。
[0019]在上述制备方法中，电化学还原反应具体按照以下方式进行：将致密电极浸没在电解质溶液(或者饱和有相应的金属活性物前驱体的电解质溶液)中并作为阴极，以铂电极等作为辅助阳极，以饱和甘汞电极等作为参比电极，施加0.1
‑
500mA/cm2的阴极还原电流进行电化学还原反应，将金属活性物前驱体还原为相应的金属活本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔电极的制备方法，其包括以下步骤：将纳米碳粉、金属活性物前驱体粉末、聚四氟乙烯颗粒通过干法混合得到混合粉体，其中，纳米碳粉与金属活性物前驱体粉末的松装密度比为0.001
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0.1：1，纳米碳粉与聚四氟乙烯颗粒的质量比为1：1
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10；将混合粉体压实在集流体上，得到致密电极；将致密电极浸没于电解质中进行电化学还原反应，使金属活性物前驱体还原为金属并原位沉积在纳米碳构成的导电骨架表面，得到所述多孔电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述纳米碳粉的比表面积不小于10m2/g，优选为100
‑
1000m2/g。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述纳米碳粉包括纳米导电炭黑、纳米石墨、石墨烯、碳纳米管、纳米碳纤维、富勒烯和石墨烯量子点中的一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述电解质为水性体系电解质或有机体系电解质；优选地，所述水性体系电解质包括无机盐水溶液、无机酸水溶液或无机碱水溶液；优选地，所述水性体系电解质包括氯化钠水溶液、硫酸钠水溶液、硫酸水溶液、氢氧化钠水溶液中的一种；优选地，所述有机体系电解质包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海波，芦永红，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：