[发明专利]空气电极制备方法及铝空气电池

说明书

空气电极制备方法及铝空气电池，涉及电池技术领域。将催化材料粉末、导电材料粉末、粘结剂粉末按质量比(10～40)：(40‑80)：(10‑30)混合，通过搅拌设备使其混合均匀，然后通过辊压设备直接压制成催化膜，再与集流体、防水膜直接压合制成空气电极。本发明制备工艺方法简单，可以实现空气电极的批量生产，通过提高电极中材料的均匀分布保证空气电极一致性。采用此方法制备的空气电极组装成铝空气电池，功率密度最大可以达到300mW/cm²，恒流放电测试(150mA/cm²)时，电池曲线稳定，负极铝的利用率可以达到89％，表现出良好的电性能。

技术领域：

本发明涉及电池技术领域，具体地，涉及一种空气电极材料及制备方法。

背景技术：

金属空气电池以活性金属为负极，空气电极为正极，通过活性金属与氧气反应而放出电能的化学电源。金属空气电池比能量高、工作电压平稳、使用寿命长、安全可靠、原材料丰富并可再生利用、价格低廉等强大的竞争优势，具有广阔的市场应用前景。

目前大多数金属空气燃料电池的氧气析出反应和还原反应的动力学过程缓慢，核心因素是空气电极的性能，要求空气电极孔径、孔率、孔的分布均匀，空气电极厚度一致，透气性好，以及良好的氧催化能力。空气电极的性能决定金属空气电池输出特性，空气电极核心指标的一致性，制约着金属空气燃料电池的整体性能。

目前空气电极主要采用“湿法”制备，即将催化材料等混合成面团状通过对辊机轧制成薄膜。杨维谦(CN201110174416.1)将催化粉末与乙醇、聚四氟乳液混合搅拌成团状，然后在辊膜机上反复折叠碾压多次，得到所需厚度的催化膜。谢刚等(CN201410826638.0)将二氧化锰粉体、乙炔黑及PTFE乳液混合加热搅拌得团聚物，经反复碾压成薄片与镍网和防水膜复合碾压后经烘干、老化得到空气电极。这种制备工艺工序麻烦，需通过多次反复辊压，人工成本高，并且空气电极中孔率、孔的分布不均，不适宜批量生产。

王乾(CN201711280080.0)提出排水固结法制备空气电极，将碳材料和粘胶剂、水等混合得到膏体，放入模具内进行固结压实，经高温处理后得到空气电极，这种方法适合单片电极生产，生产效率较低。

张树雄等(CN201310237873.X)和王诚等(CN201210326618.8)采用喷涂的方法制备空气电极，将催化剂、导电剂及粘结剂等混合搅拌制成浆料，通过在集流体表面浸渍和喷涂的方法，然后烘干处理得到空气电极。电极生产工序复杂，需经过浸渍、喷涂及后续烘干处理工艺。

针对空气电极制备工艺复杂，电极一致性差，批量生产难度大等问题，本发明提出一种“干法”制备的方法，通过混合材料制备，一步法辊压制备空气电极，制备工艺简单，易于大规模批量生产。

发明内容：

本发明提供一种“干法”制备空气电极的方法，从材料配方优选，混合材料处理及一步法辊压制备工艺，可以实现空气电极的批量制备。本方法制备工艺简单可行，制备的空气电极孔径、孔率、孔的分布均匀，空气电极厚度一致，氧催化能力高，易于大规模批量生产。通过在铝空气电池上应用，表现出良好的性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种金属空气电池空气电极材料的制备方法，其特征在于：将催化材料粉末、导电材料粉末和粘结剂粉末等按一定比例混合，搅拌均匀后过筛处理，然后将混合粉末直接通过电极加工设备轧制成型；具体制备步骤包括如下：

(1)将催化材料粉末、导电材料粉末、粘结剂粉末按质量比(10～40)：(40-80)：(10-30)混合；

(2)将步骤(1)中所得混合粉末通过粉碎机处理1～5min，并通过100目～200目过筛处理；

(3)将步骤(2)中所得混合物放入混料机或真空搅拌机中，加入酒精润湿，搅拌2～6h，使其完全混合均匀，形成润湿混合粉末；