[发明专利]一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池

说明书

本发明公开了一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池包括：将鳌合分散剂、疏水导电剂、催化剂搅拌均匀，得到催化浆料；至少一次将所述催化浆料注入集流层的第一表面，通过平压集流层的第二表面使所述催化浆料渗透附着在所述第一表面形成催化层；将形成所述催化层的所述集流层加热干燥、煅烧冷压，形成金属空气电池阴极。

技术领域

本发明涉及空气电池技术领域，尤其涉及一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池。

背景技术

随着化石能源排放对环境造成的严重影响加剧，开发清洁、高效的能量代替化石能源的研究越来越多。其中，金属空气电池作为一种利用Al、Mg、Zn等活泼金属与氧气进行电化学反应，从而将化学能直接转化成电能输出的新型电池。由于存储和携带方便安全、能量密度高等优点被广泛用于单兵电源、备用电源、电动汽车等多种场合。

金属空气电池一般由金属阳极、空气阴极及电解液组成。当电池放电时，金属阳极被氧化并释放出电子至外电路给出电流。同时，在空气阴极一侧，氧气接受来自阳极的电子，并在催化剂的作用下被还原成氢氧根离子或其他中间产物。被氧还原后的物质或者溶解后的金属离子在电解液中迁移或者与阴离子形成氧化物或者氢氧化物。其中，作为金属空气阴极的材料既可以让氧气充分的通过，又防止传输电子的电解液泄露，同时负载在阴极上的催化剂在一定程度上又加速了氧气的还原反应。所以，阴极在金属空气电池中扮演着重要角色。

金属空气阴极由疏水透气层/集流层/催化层三层模式构成，其中疏水透气层的用是防止电解液泄露；集流层为一种载体具有导电、多孔、稳定的特点；催化层是直接接触电解液的部分，起到加速阴极反应的作用。在此三层结构中，催化层与疏水透气层紧密贴合程度、疏水透气层长久的疏水性能、集流层的稳定性是影响整个阴极的三个本质要点。影响上述三方面的最主要因素是催化剂浆料与疏水层浆料两种浆料的结合的方式及结合过程中浆料形态的规整性。所以，制备阴极的工艺就显得十分重要。

发明内容

本发明提供一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池，保证了浆料在整个压合过程中形态的均匀性，提高了浆料形态的规整性。

本发明一方面提供一种金属空气电池阴极的制备方法，包括：将溶剂、鳌合分散剂、疏水导电剂、催化剂搅拌均匀，得到催化浆料；至少一次将所述催化浆料注入集流层的第一表面，通过平压集流层的第二表面使所述催化浆料渗透附着在所述第一表面形成催化层；将形成所述催化层的所述集流层加热干燥、煅烧冷压，形成金属空气电池阴极。

在一种可实施方式中，所述方法在所述将形成所述催化层的所述集流层煅烧冷压之前，还包括：将溶剂、所述鳌合分散剂和所述疏水导电剂搅拌均匀，得到疏水层浆料；至少一次将所述疏水浆料注入所述第二表面，通过所述平压第一表面使所述疏水浆料渗透附着在所述第二表面形成疏水层；将形成所述疏水层的所述集流层加热干燥。

在一种可实施方式中，所述螯合分散剂为聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸、柠檬酸、丙烯酸、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素或聚乙二醇，PTFE中的其中一种或者多种。

在一种可实施方式中，所述疏水导电剂选为炭黑，所述炭黑进一步选为VXC-72R、VXC-72中的其中一种或者两种。

在一种可实施方式中，所述催化剂为MnO₂/Ag、MnO₂/La、MnO₂/Ce中的其中一种或者多种。

在一种可实施方式中，所述集流层由多孔导电材料制成，进一步选为碳毡、泡沫镍、纤维布、纤维纸、泡沫铜、纤维镍中的其中一种或者多种。

在一种可实施方式中，所述将形成所述催化层的所述集流层加热干燥、煅烧冷压，具体为：加热温度为30-100℃，干燥时间为5-60min；煅烧温度设置为120-500℃，煅烧时间设置为1-12h；冷压压力为5-30MPa。