[发明专利]一种金属/空气电池用空气电极及制备和应用

权利要求书

1.一种金属/空气电池用空气电极的制备方法，其特征在于：包括依次层叠的防水薄膜层、第一疏水透气层、集流层、第二疏水透气层、第一催化层和第二催化层，并依次浇注制备成一体化电极；

所述防水薄膜层为高分子薄膜；所述第一和第二疏水透气层中分别包括碳材料和疏水剂，所述第一疏水层中的疏水剂质量含量高于第二疏水层中的疏水剂含量；所述第一和第二催化层中分别包括碳材料、氧还原电催化剂和疏水剂，所述第一催化层中的疏水剂质量含量低于第二催化层中的疏水剂质量含量；

所述金属/空气电池用空气阴极的浇注制备方法，包括疏水透气层浆液制备、催化层浆液制备、空气电极浇注、空气电极压合；

所述疏水透气层浆液制备如下：

将碳材料与疏水剂混合，按照碳材料与分散剂质量比为1:20-1:10之间加入分散剂，分散剂为煤油、乙醇、聚乙二醇中的一种或两种以上；在70℃-300℃温度范围内，200-2000rpm转速下搅拌0.5-1.5h形成粘稠状浆液；

所述催化层浆液制备如下：

将氧还原催化剂与疏水剂混合，按照氧还原催化剂与分散剂质量比为1:10-1:5之间加入分散剂，分散剂为煤油、乙醇、聚乙二醇中的一种或两种以上；在70℃-300℃温度范围内，200-2000rpm转速下搅拌0.5-1.5h形成粘稠状浆液；

空气电极的浇注，包括以下步骤：

（1）疏水透气层浇注

将模具置于加热设备中，保持其温度为70℃-300℃之间，使模具处于恒定的高温状态；将防水薄膜层置于模具最底部，将第一疏水透气层浆液，浇注到模具中，并将模具中的浆液轻微搅拌；将模具从加热设备中取出放置于低温冷却设备中，将模具冷却至-20℃-25℃之间，冷却时间为5-30min；疏水透气层浆液中高分子化合物经高温搅拌均匀后，在碳材料表面铺展和包覆，低温冷却后，高分子化合物从熔化状态变为凝固状态且彼此之间进行粘接，同时分散剂挥发去除，形成固态状电极；将集流体置于第一疏水透气层的上部，将模具重新置于加热设备中，保持其温度为25℃-60℃之间，此温度条件下第二疏水透气层浆液在一定时间内维持在浆液状态，未立即冷却成固态，将其搅拌使浇注后的浆液均匀且平整，同时保证第一疏水透气层呈固态状；将第二疏水透气层浆液浇注到集流体上部，将模具冷却至-10℃-25℃之间，冷却时间为5-30min；

（2）催化层浇注

将模具置于加热设备中，保持其温度为25℃-60℃之间，将模具中通入氮气，氮气流速为50-200mL/min,将第一催化层浆液浇注至第二疏水透气层上部，将模具冷却至-10℃-25℃之间，冷却时间为5-30min；按照第一催化层浇注方法，将第二催化层浇注到第一催化层上部；

空气电极的压合，其特征在于，包括以下步骤：

在冷压或者热压温度为20℃-100℃范围内，将电极在每平方厘料1吨至50吨的压力条件下压合成型，此工艺操作完成后，第一疏水透气层、集流体、第二疏水透气层、第一催化层、第二催化层形成一体化电极。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述防水薄膜层为高分子薄膜、为聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜中的一种；所述集流层为金属拉伸网、金属冲孔网、金属编织网、金属泡沫材料中的一种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述疏水透气层包括碳材料和疏水剂，第一疏水层中疏水剂的质量含量40-80%，第二疏水层中疏水剂的质量含量30-70%；且第一疏水层中疏水剂的质量含量比第二疏水层中疏水剂的质量含量高5-15%，第一疏水透气层碳材料颗粒尺寸为50-200目之间，第二疏水透气碳材料颗粒尺寸为80-300目之间；第一疏水透气层碳材料孔隙率为30-70%之间，第二疏水透气层碳材料孔隙率为20-60%之间。

4.如权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于：所述疏水剂为氟化乙烯丙烯共聚物、过氟烷基化物、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯中的一种或两种以上；

所述碳材料为乙炔黑、BP2000、石墨、碳纤维、碳纳米管中、椰壳活性炭、碳粉中的一种或两种以上。