一种空气电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种空气电极及其制备方法，该方法包括：将碳纸进行聚四氟乙烯处理，以形成气体扩散层；将碳基体和催化剂混合均匀，加入黏合剂并超声分散，以形成活性层浆料；将活性层浆料喷涂在气体扩散层上，并进行干燥处理，以形成活性层。本发明专利技术以聚四氟乙烯处理过的碳纸作为气体扩散层，能为氧气的扩散提供良好的通道，而使活性层呈纤维状附着在碳纸纤维上，既可避免空气电极被液态电解液所淹没，为氧气的扩散提供良好的传输通道，也有助于形成发育的三相反应界面，使放电反应能更深入到空气电极隔膜侧，更多的催化层活性点能被用于放电产物的存储，从而提高电池的放电容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂空气电池制备
，具体涉及ー种空气电极及其制备方法。
技术介绍
随着现代社会的飞速发展，资源枯竭和环境污染问题日益严重。人们必须寻找ー种有效的途径来缓解这一问题。化石能源的ー个主要用途在于给交通工具提供动カ，化石能源在交通工具上的消费不仅造成了巨大的能源损失，同时也造成了严重的环境污染，因此发展电动汽车被认为是ー种可行的缓解能源危机和环境污染的措施。然而目前常规的电源体系(如铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池等)很难支持电动汽车的远距离行驶，因此具有高的理论比能量的锂空气电池吸引了广泛的关注。锂空气电池又可以叫做半燃料电池，是消耗Li的燃料电池，也是正极活性物质为氧气的锂电池。电池放电时，负极金属锂氧化成锂离子通过电解液迁移到正极与氧气还原产生的氧离子形成锂的氧化物；电池充电时，锂的氧化物分解产生氧气和锂离子，氧气由空气电极排出，锂离子迁移回到金属锂片表面还原成锂单质。锂空气电池具有高的理论比能量，其理论比能量达到11140Wh/kg，与汽油/氧体系的13000Wh/kg接近，目前实际能达到的放电比能量与汽油体系实际可利用的比能量相当(1700Wh/kg)。锂空气电池放电比能量的实际值与理论值相差巨大，其原因之一是因为放电产物(锂的氧化物)在电解液中不溶解，将堆积在空气电极中，堵塞空气电极的氧气传输通道，致使放电提前停止。锂空气电池的放电比能量与正极的孔隙率和孔容有夫。氧在正极的还原反应是在电解质、正极孔洞表面以及氧气构成的三相界面上进行的，三相界面的总面积越大，能够容纳的放电产物就越多，能很大程度地提高锂-空气电池的放电容量和持续放电能力。
技术实现思路
本专利技术g在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供ー种有用的商业选择。为此，本专利技术的ー个目的在于提出ー种能大幅提高锂空气电池性能的空气电极结构及这种结构的空气电极的制作方法。本专利技术提供ー种空气电极的制备方法，其特征在于，包括将碳纸进行聚四氟こ烯处理，以形成气体扩散层；将碳基体和催化剂混合均匀，加入黏合剂并超声分散，以形成活性层浆料；将所述活性层浆料喷涂在所述气体扩散层上，并进行干燥处理，以形成活性层。在本专利技术的空气电极的制备方法的一个优选实施例中，所述聚四氟こ烯处理包括将所述碳纸浸于5被％聚四氟こ烯溶液中浸泡20分钟；取出所述碳纸自然晾干，并在350°C下保温I小时。在本专利技术的空气电极的制备方法的一个优选实施例中，所述碳基体为Super PConductive Carbon Black 或 Ketjen Black,所述催化剂为 Pt、Pt-Au> MnO2 系列、Fe2O3 或Co3O4，所述黏合剂为15被％聚四氟こ烯溶液，所述碳基体、催化剂、黏结剂的质量比为75 15 10o在本专利技术的空气电极的制备方法的一个优选实施例中，在将所述碳基体和催化剂混合均匀之后，并且在所述加入黏合剂并超声分散之前，加入碳粉分散剂C34H62O11的溶液。在本专利技术的空气电极的制备方法的一个优选实施例中，所述喷涂包括将所述气体扩散层置于350°c的电热板上；用喷枪将所述活性层浆料均匀地喷涂于所述气体扩散层的上表面，其中所述喷枪采用O. 2MPa的压缩空气。在本专利技术的空气电极的制备方法的一个优选实施例中，所述活性层的碳载量为I.5_7mg/cm2，优选 3mg/cm2。在本专利技术的空气电极的制备方法的一个优选实施例中，所述干燥处理为在60°C的 干燥箱中干燥12小吋。本专利技术还提供ー种空气电极，该空气电极是根据本专利技术的方法形成的。本专利技术以聚四氟こ烯(PTFE)处理过的碳纸作为气体扩散层，能为氧气的扩散提供良好的通道，而使活性层呈纤维状附着在碳纸纤维上，既可避免空气电极被液态电解液所淹没，为氧气的扩散提供良好的传输通道，也有助于形成发育的三相反应界面，使放电反应能更深入到空气电极隔膜侧，更多的催化层活性点能被用于放电产物(锂的氧化物)的存储，从而提高电池的放电容量。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中图I为本专利技术的空气电极的制备方法的流程图；图2为本专利技术的空气电极的结构示意图；图3为本专利技术的聚四氟こ烯处理过的碳纸(a)和喷涂了催化层的碳纸(b)的SEM图；图4为本专利技术制作的空气电极与现有技术制作的空气电极的放电性能比较；图5为本专利技术制作的空气电极不同碳载量时的放电性能比较。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过參考附图描述的实施例是示例性的，g在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时針”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括ー个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 图I为本专利技术的空气电极的制备方法的流程图。如图I所示，该方法包括步骤S101.将碳纸进行聚四氟こ烯处理，以形成气体扩散层。具体地，首先将碳纸浸于5被％聚四氟こ烯溶液中浸泡20分钟；随后取出碳纸自然晾干，并在350°C下保温I小时。S102.将碳基体和催化剂混合均匀，加入黏合剂并超声分散，以形成活性层浆料。具体地，碳基体为Super P Conductive Carbon Black 或 Ketjen Black ;催化剂为Pt、Pt-Au, MnO2系列、Fe2O3或Co3O4 ;黏合剂为15wt%聚四氟こ烯溶液；碳基体、催化剂、黏结剂的质量比为75 15 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气电极的制备方法，其特征在于，包括：将碳纸进行聚四氟乙烯处理，以形成气体扩散层；将碳基体和催化剂混合均匀，加入黏合剂并超声分散，以形成活性层浆料；将所述活性层浆料喷涂在所述气体扩散层上，并进行干燥处理，以形成活性层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王诚，高勇，蔡克迪，蒲薇华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：