金屬空氣電池陰極的制備方法與金屬空氣電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種金屬空氣電池陰極的制備方法，包括以下步驟：A)將粘結劑、成膜劑、疏水性材料、導電劑與處理液混合后球磨，得到漿料；B)將步驟A)得到的漿料涂布于泡沫鎳表面，燒制后得到疏水透氣層；C)將疏水透氣層與催化劑層冷壓后進行燒制，得到金屬空氣電池陰極。本申請?zhí)峁┑慕饘倏諝怆姵仃帢O的制備方法，制備得到的陰極結構具有較強的結構強度、良好的疏水透氣性和較好的孔隙率，最終使包括該陰極的金屬空氣電池具有較好的電池性能、結構重現性和長期穩(wěn)定性。
【專利說明】
金屬空氣電池陰極的制備方法與金屬空氣電池
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及金屬空氣電池技術領域，尤其涉及一種金屬空氣電池的陰極結構及其制備方法。
【背景技術】
[0002]金屬空氣電池作為一種具有特殊放電模式的燃料電池，不僅擁有普通燃料電池發(fā)電效率高、無污染的特點，還具有功率密度高，可持續(xù)放電的優(yōu)點。金屬空氣電池的工作原理是陽極在消耗金屬的同時，陰極需要消耗空氣中的氧氣，因此陰極需要良好的空氣透過率;同時在電池測試過程中，對陰極結構需要進行一定的疏水性處理，防止電解液進入到陰極結構中，阻塞空氣進入通道，降低電池的長期穩(wěn)定性能。
[0003]公開號為CN103151530A的中國專利公開了一種金屬空氣電池用陰極及制備方法，其專利內容為:將碳載錳氧化物催化劑加入到乙醇中，攪拌使其混合均勻，逐滴加入PTFE乳液，攪拌使其混合均勻形成催化劑漿料;采用浸漬PTFE乳液的碳氈作為疏水層;將催化劑漿料通過刮涂或滾壓的方法涂布于浸漬過的碳氈上，煅燒得到基于疏水透氣層的催化層，將其壓在泡沫鎳上得到得到空氣電池的陰極。
[0004]目前已有的金屬空氣電池陰極結構以碳氈作為疏水透氣層，雖然有一定的結構強度，但由于碳氈是一種親水性微米級多孔材料，在浸漬完全后仍然有較大直徑的孔，在電池測試過程中，反應產物會進入到大孔中，阻塞空氣進入通道，影響氧氣的傳輸，降低了催化劑的利用效率，因此疏水性和長期穩(wěn)定性較差。此外，碳氈也使得陰極結構較厚，不利于電池的散熱，電池在測試過程中產生的熱量得不到及時傳出，很容易發(fā)生體積膨脹，進而發(fā)生爆炸。另一種金屬空氣電池是以自制的碳膜作為疏水透氣層，孔的尺寸雖然得到很好的控制，但結構的剛性較差，在測試過程中碳膜容易出現裂紋，使得結構疏水性降低，此外，這種結構也不適于產品的放大和商業(yè)化的應用。因此，目前所用的疏水透氣層很難兼容到結構的疏水性和空氣的透過性，最終影響電池的性能。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明解決的技術問題在于提供一種金屬空氣電池陰極的制備方法，本申請制備的陰極結構具有較強的結構強度，良好的疏水透氣性和較高的孔隙率，進一步的，本申請的金屬空氣電池具有較好的電池性能。
[0006]有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N金屬空氣電池陰極的制備方法，包括以下步驟:
[0007]A)將粘結劑、成膜劑、疏水性材料、導電劑與處理液混合后球磨，得到漿料；
[0008]B)將步驟A)得到的漿料涂布于泡沫鎳表面，燒制后得到疏水透氣層；
[0009]C)將疏水透氣層與催化劑層冷壓后進行燒制，得到金屬空氣電池陰極。
[0010]優(yōu)選的，所述粘結劑、成膜劑、疏水性材料、導電劑與處理液的質量比為(I?10):(2?20): (10?40): (5?50): (20?80)。
[0011 ]優(yōu)選的，步驟B)中的泡沫鎳進行涂布之前還包括:將所述泡沫鎳進行預處理，所述預處理具體為:
[0012]將所述泡沫鎳依次進行表面除油、酸洗、水洗、磷化和鈍化處理。
[0013]優(yōu)選的，所述催化劑層按照下述方法制備得到:
[0014]將錳氧化物、導電劑、疏水性材料和溶劑按照(0.1?5): (0.5?10): (0.1?50):(10?80)的質量比混合后球磨，將得到的漿料烘干后碾壓，得到催化劑層；
[0015]所述錳氧化物選自氧化錳、三氧化二錳和四氧化三錳中的一種或多種，所述導電劑選自活性炭、炭黑和乙炔黑中的一種或多種，所述溶劑選自松油醇、乙醇和異丙醇中的一種或多種，所述疏水性材料選自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一種或多種。
[0016]優(yōu)選的，步驟A)中，所述處理液由十二烷基磺酸鈉、去離子水、乙醇和二甲基甲酰胺組成，其質量比為(I?10):(10?80): (5?50): (I?20)。
[0017]優(yōu)選的，步驟A)中，所述粘結劑選自熱塑性樹脂，選自聚苯硫醚樹脂、聚乙烯醇縮醛、聚碳酸醋與聚砜中的一種或多種；
[0018]所述成膜劑選自聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂與聚乙烯醇中的一種或多種；
[0019]所述疏水性材料選擇聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一種或多種；
[0020]所述導電劑選自乙炔黑、活性炭與炭黑中的一種或多種。
[0021]優(yōu)選的，步驟A)具體為:
[0022]將粘結劑、成膜劑、導電劑與疏水性材料混合，得到涂料；
[0023]將涂料與處理液混合后球磨，得到漿料。
[0024]優(yōu)選的，所述B)中，所述燒制的溫度為200?700V，燒制的時間為I?1h;所述步驟C)中，所述燒制的溫度為200?800°C，燒制的時間為I?12h。
[0025]本申請還提供了一種金屬空氣電池，包括:陰極、電解液和陽極，其特征在于，所述陰極為上述方案任一項所述的制備方法所制備的陰極。
[0026]本申請?zhí)峁┝艘环N金屬空氣電池陰極的制備方法，本申請金屬空氣電池采用泡沫鎳作為陰極的透氣層，且泡沫鎳通過在其表面涂覆含有粘結劑、成膜劑、疏水性材料、導電劑與處理液的漿料，使泡沫鎳進行疏水處理，經過疏水處理的泡沫鎳一方面可降低泡沫鎳較大的孔徑，另一方面也可將泡沫鎳的骨架疏水化與剛性化，然后將疏水化的泡沫鎳與催化劑層壓制，既保持了良好的耐水壓與孔隙率，也能得到高硬度的陰極結構，最終使包括陰極的金屬空氣電池具有優(yōu)異的電池性能、結果重現性和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0027]圖1為由本發(fā)明實施例1?3制備的金屬空氣電池陰極形成的金屬空氣電池的性能數據圖。
【具體實施方式】
[0028]為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的限制。
[0029]本發(fā)明實施例公開了一種金屬空氣電池陰極的制備方法，包括以下步驟:
[0030]A)將粘結劑、成膜劑、疏水性材料、導電劑與處理液混合后球磨，得到漿料；
[0031]B)將步驟A)得到的漿料涂布于泡沫鎳表面，燒制后得到疏水透氣層；
[0032]C)將疏水透氣層與催化劑層冷壓后進行燒制，得到金屬空氣電池陰極。
[0033]本申請?zhí)峁┝艘环N金屬空氣電池陰極的制備方法，其采用疏水性材料處理的泡沫鎳作為氣體擴散層，并通過冷壓的方式將氣體擴散層與催化劑層壓制，使得到的金屬空氣電池陰極的強度、疏水透氣性與孔隙率均較高，最終使金屬空氣電池具有優(yōu)異的電池性能、結果重現性和長期穩(wěn)定性。
[0034]按照本發(fā)明，在制備金屬空氣電池陰極的過程中，本申請首先將泡沫鎳進行預處理。所述預處理具體為:
[0035]將泡沫鎳依次進行乙醇表面除油與水洗；
[0036]將水洗后的泡沫鎳進行磷化和鈍化處理。
[0037]在上述過程中，所述表面除油與水洗均為本領域技術人員熟知的技術手段，此處不進行特別的限制。所述磷化處理是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程，所形成的磷酸鹽化學轉化膜稱之為磷化膜，本申請所述磷化處理為本領域技術人員熟知的磷化處理，此處不進行特別的限制，具體的，所述磷化處理優(yōu)選在60?70°C的水中進行。所述磷化處理能夠增加泡沫鎳表面的分散性和附著力。
[0038]本申請然后將經過磷化后的泡沫鎳進行鈍化處理，所述鈍化的反應過程為本領域技術人員熟知的，對此本申請沒有特別的限制。本申請所述鈍化的鈍化液優(yōu)選為酸性硅溶膠、碳酸鈉與納米硅氧化物中的一種與三價鉻的化合物的混合液，具體的，所述鈍化液優(yōu)選為重鉻酸鉀與碳酸鈉的混合液、硫酸鉻與酸性硅溶膠的混合液、磷酸鉻與酸性硅溶膠的混合液或硫酸鉻鉀與納米硅氧化物的混合液。本申請所述鈍化處理能夠封閉磷化膜空隙，避免泡沫鎳和水分散劑直接接觸而生銹。
[0039]按照本發(fā)明，然后將粘結劑、成膜劑、疏水性材料、導電劑與處理液混合后球磨，得到漿料，以采用上述漿料對泡沫鎳進行疏水處理。所述粘結劑優(yōu)選為熱塑性樹脂，更優(yōu)選選自聚苯硫醚樹脂、聚乙烯醇縮醛、聚碳酸醋與聚砜中的一種或幾種，該類粘結劑對金屬具有高度的附著性和融流性;所述成膜劑優(yōu)選選自聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂與聚乙烯醇中的一種或幾種，該類成膜劑具有附著力強、成膜性好且膜厚均勻的特點。
[0040]所述疏水性材料優(yōu)選選自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯與氟化乙烯丙烯中的一種或幾種;所述導電劑優(yōu)選選自乙炔黑、活性炭與炭黑中的一種或幾種。
[0041]在上述過程中，所述處理液為十二烷基磺酸鈉、去離子水、乙醇和二甲基甲酰胺的混合物，其質量比為(I?10):(10?80): (5?50): (I?20)，優(yōu)選為2:48:40:10，其中，所述十二烷基磺酸鈉是良好的陰離子表面活性劑，能避免疏水性浸漬液的凝聚，提高分散體系的穩(wěn)定性；乙醇對疏水性浸漬液與粘結劑均浸潤性較好，采用乙醇作為浸潤劑;二甲基甲酰胺能溶解多種難溶的有機物和高聚物，是樹脂類粘結劑的良好溶劑，可以與水互溶;水可以分散疏水性浸漬液，使疏水性浸漬液混合的均勻。該溶劑能使疏水層中的漿料分散的更均勻，避免了泡沫鎳中大孔的存在，有利于電池的長期穩(wěn)定性。
[0042]本申請所述粘結劑、成膜劑、疏水性材料、導電劑與處理液的質量比優(yōu)選為(I?10): (2?20): (10?40): (5?50): (20?80)，更優(yōu)選為5:5:20:20:50。上述比例可以在保證良好疏水透氣性的條件下，得到較好粘稠度的漿料。
[0043]為了使?jié){料混合均勻，所述漿料的制備過程具體為:
[0044]將粘結劑、成膜劑、導電劑與疏水性材料混合，然后加入到處理液中混合后球磨，得到漿料。
[0045]本申請然后將所述漿料涂布于上述步驟得到的泡沫鎳表面，再將涂布后的泡沫鎳燒制，得到疏水透氣層。所述涂布的方式為本領域技術人員熟知的方式進行，此處不進行特別的限制。本申請具體為:
[0046]將上述步驟得到的泡沫鎳固定于涂布機上，調節(jié)刮刀與泡沫鎳的距離為0.2?0.5mm，將所述楽料均勾的涂布在上述泡沫鎳表面。
[0047]所述燒制為本領域技術人員熟知的技術手段，此處不再進行特別的限制。本申請所述疏水層燒制的溫度200?7000C，燒制的時間為I?1h，作為優(yōu)選方案，所述燒制的溫度優(yōu)選為300?400 0C，所述燒制的時間為4?5h。
[0048]本申請最后將上述得到的疏水透氣層與催化劑層冷壓后燒制，得到金屬空氣電池陰極。所述燒制為本領域技術人員熟知的技術手段，此處不進行特別的限制，本申請中所述燒制的溫度優(yōu)選為200?8000C，燒制的時間優(yōu)選為I?12h。所述催化劑層為本領域技術人員熟知的催化劑層，所述催化劑層的制備方法按照本領域技術人員熟知的方式進行，具體的，所述催化劑層的制備過程具體為:
[0049]將錳氧化物、導電劑、疏水性材料和溶劑按照(0.1?5): (0.5?10): (0.1?50):(10?80)的質量比混合后球磨，然后轉移至烘箱中，烘干后碾壓，得到催化劑層。
[0050]在上述過程中，所述錳氧化物、導電劑、疏水性材料和溶劑的質量比優(yōu)選為1:2:10:30。所述錳氧化物優(yōu)選選自氧化錳、三氧化二錳和四氧化三錳中的一種或多種，所述導電劑優(yōu)選選自活性炭、炭黑和乙炔黑中的一種或多種，所述溶劑優(yōu)選選自松油醇、乙醇和異丙醇中的一種或多種，所述疏水性材料優(yōu)選選自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一種或多種。
[0051]本申請還提供了一種金屬空氣電池的陰極結構，其包括依次疊加的催化劑層與疏水透氣層，其中，所述疏水透氣層按照本申請上述方法制備，所述催化劑層的制備按照本領域技術人員熟知的方式制備即可。所述催化劑層的厚度為0.1?5mm，優(yōu)選為0.35mm。
[0052]本申請還提供了一種金屬空氣電池，其包括:陰極、電解液和陽極，其中，所述陽極與所述電解液均為本領域技術人員熟知的，對此本申請沒有特別的限制，所述陰極為按照上述方法制備得到的陰極。
[0053]本發(fā)明提供了一種優(yōu)良的金屬空氣電池陰極結構，即采用催化劑、導電劑和疏水劑混合制備的催化層，采用疏水性材料涂布的泡沫鎳作為氣體擴散層，通過冷壓的方法將兩層壓制;分析表征手段表明，該種陰極結構具有較強的結構強度、良好的疏水透氣性和較高的孔隙率，電池性能測試表明該種結構的金屬空氣電池具有優(yōu)異的電池性能、結果重現性和長期穩(wěn)定性。
[0054]為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的金屬空氣電池陰極的制備方法進行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。
[0055]實施例1
[0056]I)制備催化劑層:按照1:2:10:30的比例稱取二氧化錳1.0g，活性炭2.0g，聚四氟乙烯微粉10g，無水乙醇30.0g，球磨12h，然后將得到的漿料轉移至烘箱中烘干，碾壓成膜，膜厚為0.35mm，得到催化層；
[0057]2)疏水透氣層的制備:
[0058]①將泡沫鎳依次進行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0059]②將步驟①得到的泡沫鎳在60?70°C水中磷化處理，增加涂膜在泡沫鎳表面的分散性和附著力；
[0060]③將步驟②得到的泡沫鎳在重鉻酸鉀和碳酸鈉配制成鈍化液中進行鈍化，可封閉磷化膜空隙，避免泡沫鎳和水分散劑接觸而生銹；
[0061]④配制處理液:將十二烷基磺酸鈉、去離子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照2:48:40:10的質量比稱取2g十二烷基磺酸鈉，48g去離子水，40g乙醇和1g 二甲基甲酰胺配制成處理液;配制漿料:將粘結劑聚苯硫醚樹脂、成膜劑聚酰亞胺、疏水性材料四氟乙烯乳液、導電劑乙炔黑和處理液按照5:5:20:20: 50的比例稱取5g聚苯硫醚樹脂，5g聚酰亞胺，20g四氟乙烯乳液，20g乙炔黑和50g處理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到漿料；
[0062]⑤將步驟③得到的泡沫鎳固定在涂布機上，將得到的漿料涂布在泡沫鎳上；
[0063]⑥將涂布后的泡沫鎳在360°C下燒制4h即可得到疏水透氣層；
[0064]3)將制備的催化劑膜和疏水透氣層壓制成膜后，在350°C下煅燒4h即得到金屬空氣電池的陰極結構。
[0065]將上述空氣陰極與商業(yè)99.99%的高純鋁板(陽極)在自制測試裝置中組裝電池，電解液為4M氫氧化鉀水溶液，進行放電性能測試，結果見圖1，圖1為本發(fā)明實施例1和實施例2、3的鋁-空氣電池的放電曲線圖，圖1中.曲線為實施例1的鋁-空氣電池的放電曲線。從圖1可以看出，采用本發(fā)明制得的電池陰極組裝鋁-空氣電池，測試得到1.0V時電流密度為233mW/cm2。實施例 2
[0066]I)制備催化劑層:按照0.1: 0.5:0.1:10的比例稱取二氧化錳0.Ig，活性炭0.5g，聚四氟乙烯微粉0.lg，無水乙醇10.0g，球磨12h，然后將得到的漿料轉移至烘箱中烘干，碾壓成膜，膜厚為0.Imm，得到催化層；
[0067]2)疏水透氣層的制備:
[0068]①將泡沫鎳依次進行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0069]②將步驟①得到的泡沫鎳在60?70°C水中磷化處理，增加涂膜在泡沫鎳表面的分散性和附著力；
[0070]③將步驟②得到的泡沫鎳在重鉻酸鉀和碳酸鈉配制成鈍化液中進行鈍化，可封閉磷化膜空隙，避免泡沫鎳和水分散劑接觸而生銹；
[0071]④配制處理液:將十二烷基磺酸鈉、去離子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照1:10:5:1的質量比稱取Ig十二烷基磺酸鈉，1g去離子水，5g乙醇和Ig二甲基甲酰胺配制成處理液；配制漿料:將粘結劑聚苯硫醚樹脂、成膜劑聚酰亞胺、疏水性材料四氟乙烯乳液、導電劑乙炔黑和處理液按照1:2:10:5:20的比例稱取Ig聚苯硫醚樹脂，2g聚酰亞胺，1g四氟乙烯乳液，5g乙炔黑和20g處理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到漿料；
[0072]⑤將步驟③得到的泡沫鎳固定在涂布機上，將得到的漿料涂布在泡沫鎳上；
[0073]⑥將涂布后的泡沫鎳在200°C下燒制1h即可得到疏水透氣層；
[0074]3)將制備的催化劑膜和疏水透氣層壓制成膜后，在200°C下煅燒12h即得到金屬空氣電池的陰極結構。
[0075]將上述空氣陰極與商業(yè)99.99%的高純鋁板(陽極)在自制測試裝置中組裝電池，電解液為4M氫氧化鉀水溶液，進行放電性能測試，結果見圖1，圖1為本發(fā)明實施例2和實施例1、3的鋁-空氣電池的放電曲線圖，圖中?曲線為實施例2的鋁-空氣電池的放電曲線。從圖1可以看出，采用本發(fā)明制得的電池陰極組裝鋁-空氣電池，測試得到1.0V時電流密度為213mff/cm2o
[0076]實施例3
[0077]I)制備催化劑層:按照5:10:50:80的比例稱取二氧化錳5.0g，活性炭10.0g，聚四氟乙烯微粉50g，無水乙醇80.0g，球磨12h，然后將得到的漿料轉移至烘箱中烘干，碾壓成膜，膜厚為5mm，得到催化層；
[0078]2)疏水透氣層的制備:
[0079]①將泡沫鎳依次進行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0080]②將步驟①得到的泡沫鎳在60?70°C水中磷化處理，增加涂膜在泡沫鎳表面的分散性和附著力；
[0081 ]③將步驟②得到的泡沫鎳在重鉻酸鉀和碳酸鈉配制成鈍化液中進行鈍化，可封閉磷化膜空隙，避免泡沫鎳和水分散劑接觸而生銹；
[0082]④配制處理液:將十二烷基磺酸鈉、去離子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照10:80:50:20的質量比稱取1g十二烷基磺酸鈉，SOg去離子水，50g乙醇和20g 二甲基甲酰胺配制成處理液;配制漿料:將粘結劑聚苯硫醚樹脂、成膜劑聚酰亞胺、疏水性材料四氟乙烯乳液、導電劑乙炔黑和處理液按照10:20:40:50: 80的比例稱取1g聚苯硫醚樹脂，20g聚酰亞胺，40g四氟乙烯乳液，50g乙炔黑和80g處理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到漿料；
[0083]⑤將步驟③得到的泡沫鎳固定在涂布機上，將得到的漿料涂布在泡沫鎳上；
[0084]⑥將涂布后的泡沫鎳在700°C下燒制Ih即可得到疏水透氣層；
[0085]3)將制備的催化劑膜和疏水透氣層壓制成膜后，在800°C下煅燒Ih即得到金屬空氣電池的陰極結構。
[0086]將上述空氣陰極與商業(yè)99.99%的高純鋁板(陽極)在自制測試裝置中組裝電池，電解液為4M氫氧化鉀水溶液，進行放電性能測試，結果見圖1，圖1為本發(fā)明實施例3和實施例1、2的鋁-空氣電池的放電曲線圖，圖中▲曲線為實施例3的鋁-空氣電池的放電曲線。從圖1可以看出，采用本發(fā)明制得的電池陰極組裝鋁-空氣電池，測試得到1.0V時電流密度為227mff/cm2o
[0087]實施例4
[0088]I)制備催化劑層:按照4:8:25: 70的比例稱取三氧化二錳4.0g，乙炔黑8.0g，聚四氟乙烯微粉25g，無水乙醇70.0g，球磨12h，然后將得到的漿料轉移至烘箱中烘干，碾壓成膜，膜厚為3mm，得到催化層；
[0089]2)疏水透氣層的制備:
[0090]①將泡沫鎳依次進行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0091]②將步驟①得到的泡沫鎳在60?70°C水中磷化處理，增加涂膜在泡沫鎳表面的分散性和附著力；
[0092]③將步驟②得到的泡沫鎳在硫酸鉻鉀與納米硅氧化物配制成鈍化液中進行鈍化，可封閉磷化膜空隙，避免泡沫鎳和水分散劑接觸而生銹；
[0093]④配制處理液:將十二烷基磺酸鈉、去離子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照7:60:40:5的質量比稱取7g十二烷基磺酸鈉，60g去離子水，40g乙醇和5g 二甲基甲酰胺配制成處理液;配制漿料:將粘結劑聚苯硫醚樹脂、成膜劑環(huán)氧樹脂、疏水性材料四氟乙烯微粉、導電劑乙炔黑和處理液按照7:5:20:30: 70的比例稱取7g聚苯硫醚樹脂，5g環(huán)氧樹脂，20g四氟乙烯微粉，30g乙炔黑和70g處理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到漿料；
[0094]⑤將步驟③得到的泡沫鎳固定在涂布機上，將得到的漿料涂布在泡沫鎳上；
[0095]⑥將涂布后的泡沫鎳在500°C下燒制2h即可得到疏水透氣層；
[0096]3)將制備的催化劑膜和疏水透氣層壓制成膜后，在700°C下煅燒3h即得到金屬空氣電池的陰極結構。
[0097]實施例5
[0098]I)制備催化劑層:按照3:8:40: 60的比例稱取四氧化三錳3.0g，炭黑8.0g，聚偏氟乙烯40g，異丙醇60.0g，球磨12h，然后將得到的漿料轉移至烘箱中烘干，碾壓成膜，膜厚為2mm，得到催化層；
[0099]2)疏水透氣層的制備:
[0100]①將泡沫鎳依次進行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0101]②將步驟①得到的泡沫鎳在60?70°C水中磷化處理，增加涂膜在泡沫鎳表面的分散性和附著力；
[0102]③將步驟②得到的泡沫鎳在硫酸鉻與酸性硅溶膠配制成鈍化液中進行鈍化，可封閉磷化膜空隙，避免泡沫鎳和水分散劑接觸而生銹；
[0103]④配制處理液:將十二烷基磺酸鈉、去離子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照8:20:50:10的質量比稱取Sg十二烷基磺酸鈉，20g去離子水，50g乙醇和1g 二甲基甲酰胺配制成處理液;配制漿料:將粘結劑聚苯硫醚樹脂、成膜劑環(huán)氧樹脂、疏水性材料聚四氟乙烯微粉、導電劑乙炔黑和處理液按照7:5:20:30: 70的比例稱取7g聚苯硫醚樹脂，5g環(huán)氧樹脂，20g聚四氟乙烯微粉，30g乙炔黑和70g處理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到漿料；
[0104]⑤將步驟③得到的泡沫鎳固定在涂布機上，將得到的漿料涂布在泡沫鎳上；
[0105]⑥將涂布后的泡沫鎳在600°C下燒制1.5h即可得到疏水透氣層；
[0106]3)將制備的催化劑膜和疏水透氣層壓制成膜后，在500°C下煅燒4h即得到金屬空氣電池的陰極結構。
[0107]實施例6
[0108]I)制備催化劑層:按照3:8:30: 60的比例稱取二氧化錳3.0g，炭黑8.0g，氟化乙烯30g，松油醇60.0g，球磨12h，然后將得到的漿料轉移至烘箱中烘干，碾壓成膜，膜厚為2mm，得到催化層；
[0109]2)疏水透氣層的制備:
[0110]①將泡沫鎳依次進行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0111]②將步驟①得到的泡沫鎳在60?70°C水中磷化處理，增加涂膜在泡沫鎳表面的分散性和附著力；
[0112]③將步驟②得到的泡沫鎳在磷酸鉻與酸性硅溶膠配制成鈍化液中進行鈍化，可封閉磷化膜空隙，避免泡沫鎳和水分散劑接觸而生銹；
[0113]④配制處理液:將十二烷基磺酸鈉、去離子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照8:20:50:
10的質量比稱取Sg十二烷基磺酸鈉，20g去離子水，50g乙醇和1g 二甲基甲酰胺配制成處理液;配制漿料:將粘結劑聚碳酸醋、成膜劑聚乙烯醇、疏水性材料氟化乙烯丙烯、導電劑炭黑和處理液按照7:5:20:30: 70的比例稱取7g聚碳酸醋，5g聚乙烯醇，20g氟化乙烯丙烯，30g炭黑和70g處理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到漿料；
[0114]⑤將步驟③得到的泡沫鎳固定在涂布機上，將得到的漿料涂布在泡沫鎳上；
[0115]⑥將涂布后的泡沫鎳在600°C下燒制1.5h即可得到疏水透氣層；
[0116]3)將制備的催化劑膜和疏水透氣層壓制成膜后，在500°C下煅燒4h即得到金屬空氣電池的陰極結構。
[0117]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。
[0118]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種金屬空氣電池陰極的制備方法，包括以下步驟: A)將粘結劑、成膜劑、疏水性材料、導電劑與處理液混合后球磨，得到漿料； B)將步驟A)得到的漿料涂布于泡沫鎳表面，燒制后得到疏水透氣層； C)將疏水透氣層與催化劑層冷壓后進行燒制，得到金屬空氣電池陰極。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述粘結劑、成膜劑、疏水性材料、導電劑與處理液的質量比為(I?10): (2?20): (10?40): (5?50): (20?80)。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟B)中的泡沫鎳進行涂布之前還包括:將所述泡沫鎳進行預處理，所述預處理具體為: 將所述泡沫鎳依次進行表面除油、酸洗、水洗、磷化和鈍化處理。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述催化劑層按照下述方法制備得到: 將錳氧化物、導電劑、疏水性材料和溶劑按照(0.1?5):(0.5?10):(0.1?50):(10?80)的質量比混合后球磨，將得到的漿料烘干后碾壓，得到催化劑層； 所述錳氧化物選自氧化錳、三氧化二錳和四氧化三錳中的一種或多種，所述導電劑選自活性炭、炭黑和乙炔黑中的一種或多種，所述溶劑選自松油醇、乙醇和異丙醇中的一種或多種，所述疏水性材料選自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一種或多種。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟A)中，所述處理液由十二烷基磺酸鈉、去離子水、乙醇和二甲基甲酰胺組成，其質量比為(I?10): (10?80): (5?50): (I?20)。6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟A)中，所述粘結劑選自熱塑性樹月旨，選自聚苯硫醚樹脂、聚乙烯醇縮醛、聚碳酸醋與聚砜中的一種或多種； 所述成膜劑選自聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂與聚乙烯醇中的一種或多種； 所述疏水性材料選擇聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一種或多種； 所述導電劑選自乙炔黑、活性炭與炭黑中的一種或多種。7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟A)具體為: 將粘結劑、成膜劑、導電劑與疏水性材料混合，得到涂料； 將涂料與處理液混合后球磨，得到漿料。8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述B)中，所述燒制的溫度為200?7000C，燒制的時間為I?1h;所述步驟C)中，所述燒制的溫度為200?800°C，燒制的時間為I ?12h09.一種金屬空氣電池，包括:陰極、電解液和陽極，其特征在于，所述陰極為權利要求1?8任一項所述的制備方法所制備的陰極。
【文檔編號】H01M4/88GK105932301SQ201610539357
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月6日
【發(fā)明人】張勤號, 苗鶴, 劉兆平, 孫珊珊, 薛業(yè)建
【申請人】中國科學院寧波材料技術與工程研究所