[发明专利]一种电池电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种电池电极及其制备方法及应用，包括以下步骤：将防水气体扩散层与集流体的复合层作为静电纺丝的接收电极，将催化层材料的前驱体溶液静电纺丝到所述接收电极上，然后进行碳化处理，得到具有纳米纤维结构催化层的铝空气电池正极。本发明所提供的电池电极的制备方法，采用静电纺丝技术使得催化层形成了纳米纤维结构，有更大的比表面积，增加了催化反应的空间。因为形成聚四氟乙烯和催化剂混合的纤维结构，使得在聚四氟乙烯的用量相对较小的情况下，依然具有较好的粘接强度。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体而言，涉及一种电池电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着国家大力推动新能源战略，相应的政策、投资刺激着新能源行业的快速发展。在新能源领域，无论是新能源质电(包括太阳能发电、风能发电)还是新能源汽车都存在电储蓄的问题；而在蓄电池方面传统用铅锌电池、碳极电池和碱性电池既不能满足新能源汽车应用的需求，自身也还有高污染的缺点。因此新能源电池概念应运而生。铝空气燃料电池是属于新能源电池，其较高的能量密度尤为引人关注，但是其功率密度相对较小和长时间使用后正极催化效率衰减的缺陷严重制约了铝空气电池的发展。

铝空气燃料电池的正极可分为三个部分：防水气体扩散层、催化层、集流体。现有的正极制作工艺大致分为两种，一种是将催化层和防水气体扩散层分开制作，然后辊压复合。另一种是采用喷涂或者涂敷的方式将催化层复合到防水气体扩散层表面。但是这两种工艺都存在一定的问题。前者，催化层和防水气体扩散层因为分开制作，形成各自的微孔结构，两层直接辊压复合很难将高比表面的优势完全发挥出来。后者，存在过大的粘结剂比例将影响电池导电性，但是少量的粘接剂又会使催化剂脱落。

公开号为CN 104538646 A、申请号为201710431265.0、公开号为CN 104505520 A等方案都是采用催化剂、粘接剂、导电材料和高比表面积的炭载体的混合物涂敷或者辊压复合于防水气体扩散层和集流体。以上专利文件均着眼于催化剂的优化和导电材料的选择，忽略了在正极的固液气三相界面微观结构上的优化。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种电池电极的制备方法，以解决上述存在问题，所述的制备方法所采用的静电纺丝技术能直接将催化层纺织到防水气体扩散层上，尽可能地利用防水气体扩散层上的微孔结构，将高比表面的优势发挥出来。该方法是将催化层形成了纤维网状结构，较少的粘接剂也能保持高强度。

本发明的第二目的在于提供一种所述的电池电极的制备方法所制备的电池正极，该电池正极催化层具有纳米纤维结构，有更大的比表面积，增加了催化反应的空间，无需添加高比较面积的炭载体，并且可以用较少的粘接剂的量实现同样的粘接强度，实现更小的电池内阻。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种电池电极的制备方法，包括以下步骤：

将防水气体扩散层与集流体的复合层作为静电纺丝的接收电极，将催化层材料的前驱体溶液静电纺丝到所述接收电极上，然后进行碳化处理，得到具有纳米纤维结构催化层的铝空气电池正极。

优选的，所述接收电极中，所述防水透气层放置在所述集流体的两侧；

更优选的，所述接收电极采用升温辊压法将防水透气层和集流体进行复合，或者采用提拉法将集流体包裹在防水透气层中。

优选的，所述催化层材料的前驱体溶液的制备方法，具体包括以下步骤：

将催化剂和导电剂加入醇溶剂中，调节pH后分散在聚乙烯吡咯烷酮和聚四氟乙烯乳液中，得到该催化层材料的前驱体溶液；

更优选的，所述催化剂选自醋酸锰或二氧化锰；