本发明专利技术涉及一种用于制造具有催化电极的电化学电池的方法，所述催化电极包括催化剂，所述催化剂使用溶液沉淀方法通过可溶于水的氧化剂和还原剂之间的氧化还原反应制备而成，所述氧化剂和还原剂中至少一种包含锰。所述反应在低于65℃的温度下进行，优选几乎或完全不加热。所述氧化剂不含有反应中被还原的阳离子，所述还原剂不含有反应中被还原的阴离子。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造电化学电池、如燃料电池或金属空气电池的方法，所述电化学电池具有含还原氧气的催化剂的催化电极。
技术介绍
电化学电池可用于提供电能以操作电子设备。当用来操作电子设备时，由于这些电池使用来自电池外部的氧气作为活性材料，减少了消耗氧气的电极(例如正极或阴极)的尺寸，使电池内具有更大的容纳对电极(例如负极或阳极)和电解液的空间，因而是十分 有利的。混合金属空气电池有时称为空气辅助电池，具有正极、负极和辅助催化电极，所述正极和负极具有包含在电池内的活性材料，辅助催化电极将来自电池外的氧气作为活性材料还原，从而为主要正极再充电。燃料电池、金属空气电池和空气辅助电池的例子可以在如下专利申请公开中找到US 5, 079, 106 ；US 5, 229, 223 ；US 5, 308, 711 ；US 5, 378, 562 ；US5, 567, 538 ；US 6, 383, 674 ；US 6, 461, 761 ；US 6, 602, 629 ；US 6, 911, 278 ；US 7, 001, 689 ；US 2004/0197641 和 US 2009/0214911 ;以及国际专利申请公开 WO 00/36677。燃料电池、金属空气电池和空气辅助电池包括含有用于将来自电池外部的氧气还原的催化剂的催化电极，该氧化还原反应的产物与对电极中的活性金属发生反应(例如燃料电池和金属空气电池的负极或空气辅助电池中的主要(primary)正极)。催化剂的性质可以影响电池的电学性能。改进的电池性能，比如更大的放电容量或更好的高速率和高功率放电性能，是需要的。氧化锰是公知的氧气还原催化剂，已经有许多类型的氧化锰，单独地或与其他催化剂(比如银和钼金属)相结合，用作金属空气电池的催化剂。氧化锰可以包括一定价态范围的锰，或者主要为单价或者为多价。制造用作催化剂的氧化锰的各种方法也是公知的。需要氧化锰作为催化剂是因为其对氧气的还原具有良好的催化活性，相对便宜且制造相对廉价。然而，制造用于金属空气电池中的的氧化锰的许多方法是有缺点的。JP 51-071,299 A公开了一种由高锰酸钾和硝酸锰的酸溶液制备活性二氧化锰催化剂的方法。该方法包括在35°C_90°C下发生反应的溶液沉淀法。在该方法中，硝酸盐阳离子可以参与氧化还原反应，产生从安全和环境角度考虑所不期望的氮氧化物。该方法还需要能产生安全危害的酸。US 2008/0176059 Al公开了一种复合材料，包括微孔或介孔基体和在基体孔隙内形成的金属或金属氧化物纳米粒子。方法包括前体溶液与基体空隙的辐射还原。所述材料包括可能不适用于某些电池结构的固体基体材料，所述复合材料比只是催化剂膨大得多，所需的辐射会具有安全和环境的问题，且所述方法需要加热和真空。US 6, 632, 557 BI公开了一种用于金属空气电化学电池的阴极，同时包括二氧化锰和银作为氧气还原催化剂。所述催化剂通过溶液沉淀方法制备，以高锰酸银作为氧化剂和碳作为还原剂在水中或异丙醇中形成位于碳颗粒表面的催化剂。还可以使用另外的还原齐U，比如肼或羟胺。所述催化剂与由硝酸锰、硝酸银与硝酸锰的组合物、高锰酸钾中的每一种制成的催化剂进行了比较。其缺点是高锰酸银相对较高的成本、由于碳的不溶解性而难以得到均一的混合物和产物、由于高锰酸银的溶解度有限而需要大量液体。US 6，780，347 B2公开了一种制备可用于金属空气电池的催化剂的方法。所述催化剂含有氧化锰，包括二氧化锰，通过使高锰酸钾与有机或无机还原剂(例如甲酸钠、甲酸或甲醛)在含水溶液中反应生成溶胶，然后将溶胶与碳浆和特氟龙(Teflon)分散液混合而获得。反应温度可以为25°C到100°C范围内。缺点是溶胶中存在直接与碳混合的杂质和不期望的反应产物，氧化锰催化剂的类型可以依赖于反应温度而变化。需要一种安全、易得和制造廉价的，并且能够容易地并入到燃料电池、金属空气电池或空气辅助电池的催化电极中以提供卓越电池性能的氧化锰。
技术实现思路
本专利技术满足了上述目的，克服了现有技术的缺陷。相应地，本专利技术的一个方面是制造电化学电池的方法，包括如下步骤(a)通过使反应混合物在低于65°C的温度下进行氧化还原反应制备氧气还原催化剂，所述反应混合物包括含水溶剂、氧化剂和还原剂，所述氧化剂的阳离子在反应中不被还原，所述还原剂的阴离子在反应中不被氧化或还原，其中所述氧化剂不包括不溶于溶剂的组分，还原剂不包括不溶于溶剂的组分，且所述氧化剂和还原剂中至少一种含有锰；(b)使所述催化剂沉淀；(c)制备包含所述催化剂的催化混合物；(d)使所述催化混合物形成催化层；(e)制备含有所述催化层的催化电极；和(f)将所述催化电极与对电极和电解液组合在具有氧气入口的外壳中，并在所述催化电极的催化层与对电极之间设置隔膜，其中所述催化电极可接触通过空气入口进入电池的空气。本专利技术的实施方式可以包括以下一个或多个特征 所述反应在低于45°C的温度下进行，优选为低于35°C，更优选为低于30°C。 所述反应在高于0°C的温度下进行，优选为高于15°C。 所述反应在20°C到25°C的温度下进行。 所述氧化剂包括可溶于水的高锰酸盐化合物，优选为高锰酸钾和高锰酸钠中的至少一种，更优选为高锰酸钾。 所述还原剂包括可溶于水的锰(II )化合物，优选为硫酸锰、氯化锰和醋酸锰中的至少一种。 形成催化混合物之前进行酸中和。 形成催化混合物之前不进行酸中和。 制备催化剂的步骤在不对反应混合物进行加热的条件下进行。 制备催化剂的步骤包括将反应混合物冷却。 制备催化剂的步骤包括加热反应混合物。 所述催化剂包括分子式为KxMnyOz的氧化猛,其中X y从高于0 : I到I : 4且 y : z 为 I : 2 到 I : 4。 所述氧化锰为水合氧化锰。 所述催化剂为氧化锰，其结构既不是非晶态结构又不是基本上为锰钾矿型的结构。 所述氧化锰具有两个宽的X-射线衍射峰，一个峰的中心在2 9值为大约56处，一个峰的中心在2 0值为大约107处。 以X-射线衍射计算，大部分催化剂颗粒的长径比为大约I : I到2 : 1，晶粒尺寸小于20nm,优选小于10nm。 所述催化剂包括氧化锰且基本不含金属。 制备催化混合物的步骤包括将催化剂与导电材料混合。、 所述导电材料包括碳，优选为催化性碳。 所述电化学电池为金属空气电池。 氧气为在催化电极上被还原的电化学活性材料，对电极为包括锌作为电化学活性材料的负极，且电解液为含水碱性电解液。 所述电化学电池为燃料电池，所述燃料电池使用氧气作为在催化电极处被还原的电化学活性材料，使用另一种气体作为对电极的电化学活性材料。 所述催化电极还包括可渗透氧气但不可渗透电解液的阻隔层，且所述阻隔层设置于催化层和氧气入口之间。通过参考以下说明书、权利要求书和附图，本领域技术人员将可进一步理解本专利技术的这些以及其他的特征、优点和目的。除非本文另有说明，公开的所有的参数和范围都是在室温(20°C -25°C )下测定的。附图说明在附图中图I为具有催化电极的金属空气电池的立面截面图；图2A为锰钾矿型二氧化锰的X-射线衍射图；图2B为非晶态二氧化锰的X-射线衍射图；图2C为既不是高晶态又不是非晶态的二氧化锰的X-射线衍本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭敬东，
申请(专利权)人：永备电池有限公司，
类型：发明
国别省市：
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