制备空气电极的方法、空气电极以及金属燃料电池技术

本发明专利技术提出了制备空气电极的方法、空气电极以及金属燃料电池。包括：提供第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层，将第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层设置在集流体的两侧，且分别在集流体和第一预成型防水透气层之间、集流体和第二预成型防水透气层之间设置导电粘接层浆料，将预成型催化层设置在第二预成型防水透气层远离集流体的一侧表面以获得预成型空气电极，对预成型空气电极进行压合处理以获得空气电极半成品，对空气电极半成品进行热处理以获得空气电极。由此，可较为简便的制得一种具有较优结构稳定性和导电性的空气电极。性的空气电极。性的空气电极。

【技术实现步骤摘要】
制备空气电极的方法、空气电极以及金属燃料电池


[0001]本专利技术涉及电池领域，具体地，涉及制备空气电极的方法、空气电极以及金属燃料电池。

技术介绍

[0002]金属燃料电池是一种将储存于金属(如镁，铝，锌等金属)内的化学能直接转换为电能的发电装置，其具有比能量高、使用寿命长、搁置无自放电等优点，是一种绿色环保的新能源。金属燃料电池一般由空气电极(正极)，金属负极和电解液(中性或碱性水溶液)组成；其中空气电极是核心部件，其作用机理是在有碱性或者中性水溶液的条件下，将空气中的氧气催化后生产OH
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，其性能直接关系到电池的工作效率和工作寿命，因此对空气电极生产制备技术的研发一直是金属燃料电池的研究重点，但是现有的空气电极在使用过程中会有冒汗、催化层脱落等问题的发生。
[0003]因此，目前的制备空气电极的方法、空气电极以及金属燃料电池仍有待改进。

技术实现思路

[0004]本申请是基于专利技术人对以下问题的发现而做出的：
[0005]相关技术中的空气电极一般由催化层、防水透气层和集流体三部分构成，其中防水透气层的作用是保证电池在工作时，在保证电池内部电解液不泄露的前提下，使得空气中的氧气能够透过空气电极进入到电池内部，催化层的作用则是将渗透到电池内部的氧气催化生成OH
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，同时释放出电能，而集流体则是将分散在电极表面的电流收集在一起，最后通过极耳输出到电池外部。目前制备空气电极通常采用辊压工艺，即制得防水透气层和催化层的薄膜后，再与集流体进行复合。专利技术人发现，通过相关技术中的辊压工艺制备的空气电极，在使用过程中，防水透气层与催化层或者防水透气层与集流体等会出现局部鼓泡或者分层，致使电极催化性能下降或者失效，电解液也会通过空气电极边缘逐渐渗透到防水透气层和集流体之间的缝隙中，导致空气电极的透气性和集流体的导电性下降，致使空气电极的催化效率下降直至报废。专利技术人发现发生上述问题的原因主要与空气电极的结构，成型方式以及制备过程中的热处理工艺有关。
[0006]本申请旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]在本申请的一个方面，本申请提出了一种制备空气电极的方法，包括：提供第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层，将所述第一预成型防水透气层和所述第二预成型防水透气层设置在集流体的两侧，且分别在所述集流体和所述第一预成型防水透气层之间、所述集流体和所述第二预成型防水透气层之间设置导电粘接层浆料，将预成型催化层设置在第二预成型防水透气层远离所述集流体的一侧表面以获得预成型空气电极，对所述预成型空气电极进行压合处理以获得空气电极半成品，对所述空气电极半成品进行热处理以获得空气电极。由此，可较为简便的制得一种具有较优结构稳定性和导电性的空气电极。
[0008]根据本专利技术的实施例，提供预成型防水透气层包括：提供防水透气层浆料，对所述
防水透气层浆料进行辊压处理以获得预成型防水透气层半成品，对所述预成型防水透气层半成品进行烘干处理以获得所述预成型防水透气层；所述防水透气层浆料包括：导电剂、粘结剂和溶剂，其中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一。由此，可通过粘结剂进一步提高空气电极的结构稳定性。
[0009]根据本专利技术的实施例，在所述预成型防水透气层和所述集流体之间设置有导电粘接层浆料包括：提供所述导电粘接层浆料，将所述导电粘接层浆料设置在所述预成型防水透气层和所述集流体之间。由此，可通过导电粘接层的设置提高空气电极的结构稳定性和导电性。
[0010]根据本专利技术的实施例，将所述导电粘接层浆料设置在所述预成型防水透气层和所述集流体之间包括：在将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层的一侧表面之前，将所述集流体浸泡在所述导电粘接层浆料中；或者在将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层的一侧表面之前，在所述第一预成型防水透气层的一侧表面涂覆所述导电粘接层浆料，将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层具有所述导电粘接层浆料的一侧表面，在所述集流体远离所述第一预成型防水透气层的一侧表面涂覆所述导电粘接层浆料。由此，可通过较为简便的方法在预成型防水透气层和集流体之间设置导电粘接层。
[0011]根据本专利技术的实施例，所述导电粘接层浆料包括：导电剂、粘结剂和溶剂，其中，所述溶剂为水和乙醇的混合物，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一，所述导电剂包括金属粉末，所述金属粉末包括银粉，镍粉，镀银镍粉，铜粉，镀银铜粉以及镀银铝粉中的至少之一。由此，可通过导电剂和粘结剂进一步提高空气电极的结构稳定性和导电性。
[0012]根据本专利技术的实施例，所述金属粉末的粒径为0.1微米
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10微米。由此，可进一步提高导电粘接层的导电性能。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述导电粘接层浆料满足以下条件的至少之一：所述导电剂的重量份为50
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70重量份，所述粘结剂的重量份为10
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20重量份，所述乙醇的重量份为5
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10重量份，所述水的重量份为10
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20重量份。由此，可进一步提高导电粘接层与相邻膜层间的粘结力。
[0014]根据本专利技术的实施例，提供所述预成型催化层包括：提供预成型催化层浆料，对所述预成型催化层浆料进行辊压处理以获得预成型催化层半成品，对所述预成型催化层半成品进行烘干处理以获得所述预成型催化层；所述预成型催化层浆料包括催化剂、导电剂、粘结剂和溶剂，其中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一。由此，可提高催化层与第二预成型防水透气层间的粘结力。
[0015]根据本专利技术的实施例，所述催化剂包括贵金属催化剂或者碳材料负载贵金属催化剂中的至少之一。由此，可进一步提高催化层的热稳定性。
[0016]根据本专利技术的实施例，所述碳材料负载贵金属催化剂中的所述碳材料包括乙炔黑、碳黑或者乙炔黑和碳黑的混合物中的至少之一，所述碳材料负载贵金属催化剂中的所述贵金属催化剂为银。
[0017]根据本专利技术的实施例，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液与氟乙烯丙烯共聚物乳液的混合物，所述粘结剂中氟乙烯丙烯共聚物乳液与聚四氟乙烯乳液的质量比为(1:99)～(1:1)。由此，可进一步提高催化层与第二预成型防水透气层间的粘结力。
[0018]根据本专利技术的实施例，所述压合处理为平板压合，所述压合处理的压强为10
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20MPa。由此，可令多个预成型膜层贴合在一起形成空气电极半成品。
[0019]根据本专利技术的实施例，所述热处理包括第一热处理和第二热处理。由此，可令空气电极半成品形成空气电极。
[0020]根据本专利技术的实施例，所述第一热处理的温度为260
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280℃。由此，可去除空气电极中残留的亲水性物质。
[0021]根据本专利技术的实施例，所述第一热处理的时间为1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备空气电极的方法，其特征在于，包括：提供第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层，将所述第一预成型防水透气层和所述第二预成型防水透气层设置在集流体的两侧，且分别在所述集流体和所述第一预成型防水透气层之间、所述集流体和所述第二预成型防水透气层之间设置导电粘接层浆料，将预成型催化层设置在第二预成型防水透气层远离所述集流体的一侧表面以获得预成型空气电极，对所述预成型空气电极进行压合处理以获得空气电极半成品，对所述空气电极半成品进行热处理以获得空气电极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供预成型防水透气层包括：提供防水透气层浆料，对所述防水透气层浆料进行辊压处理以获得预成型防水透气层半成品，对所述预成型防水透气层半成品进行烘干处理以获得所述预成型防水透气层；所述防水透气层浆料包括：导电剂、粘结剂和溶剂，其中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述预成型防水透气层和所述集流体之间设置导电粘接层浆料包括：提供所述导电粘接层浆料，将所述导电粘接层浆料设置在所述预成型防水透气层和所述集流体之间；任选地，将所述导电粘接层浆料设置在所述预成型防水透气层和所述集流体之间包括：在将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层的一侧表面之前，将所述集流体浸泡在所述导电粘接层浆料中；或者在将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层的一侧表面之前，在所述第一预成型防水透气层的一侧表面涂覆所述导电粘接层浆料，将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层具有所述导电粘接层浆料的一侧表面，在所述集流体远离所述第一预成型防水透气层的一侧表面涂覆所述导电粘接层浆料。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述导电粘接层浆料包括：导电剂、粘结剂和溶剂，其中，所述溶剂为水和乙醇的混合物，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一，所述导电剂包括金属粉末，所述金属粉末包括银粉，镍粉，镀银镍粉，铜粉，镀银铜粉以及镀银铝粉中的至少之一；任选地，所述金属粉末的粒径为0.1微米
‑
10微米。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述导电粘接层浆料满足以下条件的至少之一：所述导电剂的重量份为50
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70重量份；所述粘结剂的重量份为10
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20重量份；所述乙醇的重量份为5
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10重量份；所述水的重量份为10
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20重量份。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述预成型催化层包括：提供预成型催化层浆料，对所述预成型催化层浆料进行辊压处理以获得预成型催化层半成品，对所述
预成型催化层半成品进行烘干处理以获得所述预成型催化层；所述预成型催化层浆料包括催化剂、导电剂、粘结剂和溶剂，其中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括贵金属催化剂或者碳材料负载贵金属催化剂中的至少之一；优选地，所述碳材料负载贵金属催化剂中的所述碳材料包括乙炔黑、碳黑或者乙炔黑和碳黑的混合物中的至少之一，所述碳材料负载贵金属催化剂中的所述贵金属催化剂为银。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液与氟乙烯丙烯共聚物乳液的混合物，所述粘结剂中氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伊玲，顾玉运，于瀚文，陈迁，
申请(专利权)人：湖北劲铝新源电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：