[发明专利]一种金属/空气电池用空气电极及制备和应用

说明书

本发明公开了一种金属/空气电池用空气电极及其制备和应用,所述金属/空气电池用空气电极包括防水薄膜层、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。采用浇注方法将具有一定温度的热浆液浇注到模具中，高分子化合物在高温条件下熔化，铺展、包覆在碳材料或催化剂表面，通过将模具降温使高分子化合物凝固后将电极成型。与现有技术相比，采取上述工艺制备的空气电极可有效防止疏水透气层和催化层剥离，提高电极性能，延长电极使用寿命。

技术领域

本发明涉及金属/空气电池用阴极，具体地说是一种用于镁、铝、锌等电池用阴极。

背景技术

金属/空气电池是以镁、铝、锌金属作为阳极活性物质，空气中氧气作为阴极活性物质，碱性或中性盐水为电解质溶液，将金属燃料的化学能转化成电能的电化学反应装置。金属/空气电池是很有应用前景的绿色洁净能源之一。

空气阴极是影响金属/空气电池性能的核心部件之一。传统空气电极多由防水薄膜层、催化层、集流体组成，采用辊压、热压、冷压方法制备电极。采用上述工艺制备而成的电极，在放电过程中，会发生疏水透气层和催化层剥离，使界面电阻增大，缩短电极使用寿命。为解决以上问题，专利CN201110238713.8提出了热压贴合催化层、第一防水碳粉层、集流体层、第二防水碳粉层的方法制备空气电极。热压贴合制备而成的电极在一定程度上可抑制疏水透气层和催化层剥离，但不能从本质上解决问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明采用以下方案来实现：一种金属/空气电池用空气电极，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，并将上述部分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，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；金属/空气电池用空气阴极，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800-300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。

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。

所述第一催化层包括碳材料、氧还原催化剂和疏水剂，氧还原催化剂与碳材料质量比为1:10-8:10；第二催化层包括碳材料、氧还原催化剂和疏水剂，碳材料与氧还原催化剂质量比为1:9-9:10；

第一催化层中疏水剂的质量含量20-60％，第二催化层中疏水剂的质量含量10-50％；且第一催化层中疏水剂的质量含量比第二催化层中疏水剂的质量含量高5-10％；

第一催化层碳材料颗粒尺寸为40-400目之间，第二催化层碳材料颗粒尺寸为50-500目之间；第一催化层碳材料孔隙率为40％-80％之间，第二催化层孔碳材料隙率为50-85％之间。

所述的氧还原催化剂为碳载银锰催化剂、碳载银催化剂、碳载锰催化剂、碳载钴催化剂中的一种或两种以上；