[发明专利]电池集流层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池阴极侧集流层及其制备方法。

背景技术

电池指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间。种类繁多，包括燃料电池、干电池、固体电解质电池、锂电池、化学电池等，其中燃料电池是一种将燃料的化学能透过电化学反应直接转化成电能的装置，包括碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池和固体氧化物燃料电池等，其中，固体氧化物燃料电池SOFC主要由电解质(electrolyte)、阳极(anode)、阴极(cathode)组成，阳极也叫燃料极（fuel electrode），阴极也叫空气极（air electrode）。SOFC通常采用具有氧离子输运功能的固体氧化物作为电解质，对氧具有还原活性的金属或氧化物为阴极，对燃料具有催化活性的金属或氧化物为阳极。在电池运行过程中，氧分子在阴极吸附解离后得到电子被还原成氧离子，氧离子在电位差和氧浓度差驱动力的作用下，通过电解质中的氧空位向阳极迁移，与燃料气发生氧化反应，同时释放电子，电子经外电路传输到阴极完成循环。在SOFC对外供电的过程中，需要将电子收集起来，对电池阴极和阳极表面电流收集的过程叫集流。

SOFC电池堆主要由单电池、连接件和密封材料组成。单电池阴极印刷有集流层，集流层是由具有电流收集作用的材料组成。现有技术中，集流层多为镧锶锰层，连接件为不锈钢，由于连接件上需设置气流通道，其与集流层的接触面积通常在电极面积的50%以内，且由于镧锶锰层电导率低、横向电阻大，连接件与镧锶锰集流层会产生一个较大的接触电阻，从而增加电池堆内阻，降低其输出功率。

现有技术通过多种途径降低集流层与连接件的接触电阻，一种方式为使用贵金属作为集流材料，但该集流材料成本过高，不宜用作大规模生产。

另一种方式为在电池与连接件之间夹入一层金属网，以达到改善电极和连接件之间的接触，降低电阻的目的。如中国专利申请CN1555105A公开了一种SOFC组装结构，在阴极和连接件之间使用了弹性接触材料，该材料是随机团聚成一定厚度的金属丝、金属毡、金属海绵体或具有弹性结构的弯曲金属薄片。但由于该接触层的变形能力来源于金属材料，属于一种弹性而非柔性接触层，因而接触点较少，变形程度不均匀；金属丝在高温条件下与表面涂层发生化学反应，从而改变各自的化学成分，降低电导率和力学性能；随机团聚的金属丝形成的电流连接材料，气孔分布不规则，电流收集点不均匀，不利于降低电阻。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电池阴极侧集流层及其制备方法，本发明提供的电池阴极侧集流层有利于降低电池的电阻、提高输出功率。

本发明提供了一种电池阴极侧集流层，包括：

复合于阴极上的内层集流层，所述内层集流层由钙钛矿形成；

复合于内层集流层上的外层集流层，所述外层集流层由钙钛矿和贵金属形成；

所述外层集流层复合于连接件上。

优选的，所述内层集流层中，所述钙钛矿选自镧锶锰、镧锶钴、镧钴镍和镧锶钴铁中的一种或几种；所述外层集流层中，所述钙钛矿选自镧锶锰、镧锶钴、镧钴镍和镧锶钴铁中的一种或几种。

优选的，所述内层集流层中，所述钙钛矿选自镧锶锰和镧锶钴中的一种或几种；所述外层集流层中，所述钙钛矿选自镧锶锰和镧锶钴中的一种或几种。

优选的，所述外层集流层中，所述贵金属选自Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ru、Os和Ir中的一种或几种。

优选的，所述外层集流层中，所述贵金属选自Ag、Au、Pt和Pd中的一种或几种。

优选的，所述外层集流层中，所述贵金属占所述贵金属和钙钛矿总和的质量百分比为40%～99%。

优选的，所述内层集流层的厚度为10～200μm。

优选的，所述外层集流层的厚度为1～100μm。

本发明提供了一种电池阴极侧集流层的制备方法，包括：

将钙钛矿印刷到阴极表面，制备得到内层集流层；

将钙钛矿和贵金属印刷到内层集流层上，得到外层集流层。

本发明还提供了一种固体氧化物燃料电池，其阴极侧集流层为上述技术方案所述的集流层或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的集流层。