[发明专利]空气电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，具体涉及一种空气电池的制备方法。

背景技术

随着现代科技水平的高速发展，能源需求持续增长，资源和环境问题变得日益严峻，因而加快新型廉价清洁能源的开发成为目前研究热点之一。其中化学电源作为清洁高效的能源之一，因其高效、便捷、安全等特点而受到高度关注。传统化学电池，如锌锰电池的容量高、贮存期长、低温性能好，在日常生活中应用普遍，但含有有毒物质，对人体和环境不利；铅酸电池的性能可靠、成本低、使用寿命长，但其比能量低、对环境危害较大。近年来，锂离子电池以能量密度高、使用寿命长和质量轻等优点而成为便携式电子产品的主要选择对象，但锂片昂贵的价格和有限的储备使其在大型设备上的应用受限。

相比而言，金属-空气电池以其理论容量高、利用率高、价格低和环保无污染等特点而被称为 “面向21世纪的新型绿色能源”，具有良好的发展和应用前景。空气电池是以活泼金属作为负极活性物质，空气中的氧作为正极活性物质，空气中的氧气源源不断地通过气体扩散电极到达气-液-固三相界面与金属反应而放出电能。目前研究较多的金属空气电池有锌空气电池、锂空气电池、镁空气电池以及铝空气电池等。另外，研究还发现以金属硼化物作为空气电池的负极材料具有较高的理论容量，如Fe-B、V-B、Ti-B、Ni-B、Co-B等硼化物系列。其中，VB₂氧化时可释放11个电子，其理论容量是4060 mAh／g，是镁电极和锌电极理论容量的1.3和5倍。VB₂空气电池的理论体积能量密度是32 kWh／L，远远高于汽油的体积能量密度，因此VB₂空气电池具有重要的研发价值及应用前景。

上世纪末，美国的Steven Amendola等提出了以硼化物作为电极材料的高能量电池体系。杨汉西等报道了VB₂和TiB₂在碱性溶液中优良的放电性能，其放电容量分别达到3100 mAh／g和1600 mAh／g。美国Litht不断深入研究VB₂-空气电池，采用 “三明治”结构的负极放电性能明显提高，理论容量为30 mAh的VB₂-空气电池库伦效率由50％提高到75％，理论容量为100 mAh的VB₂-空气电池库伦效率提高到50％。目前国内外对金属硼化物作为电池负极材料的研究还较少，主要集中在纽扣型等低功率电池的应用上，将其应用在较大功率设备及动力电池方面尚未见公开报道。

发明内容

本发明旨在针对上述问题，提出一种空气电池的制备方法。

本发明的技术方案在于：

一种空气电池的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备多孔VB₂负极片；

（2）以多孔VB₂负极片制备VB₂空气电池。

所述的制备多孔VB₂负极片的具体过程为：将平均粒径3μm的VB₂粉末和37μm的Ni粉均匀混合，加入造孔剂，称取上述混合粉末在φ30mm模具中压制成形，成形压力为160 MPa，保压时间为3 min；将成形坯放入高纯氩气保护下的管式炉中烧结处理，随炉冷却后即可得到多孔VB₂负极片。

所述的以多孔VB₂负极片制备VB₂空气电池的具体过程为：以制备的多孔VB₂负极片为负极，以空气电极为正极组装成VB₂空气电池。

所述的空气电极由扩散层、集流体和催化层组成，面积为10 cm²；其中催化层为Mn0₂，扩散层即防水透气层由乙炔黑与聚四氟乙烯粘结剂碾压而成，集流体为铜网；电解液为6 mol／L的KOH溶液。

所述的VB₂粉末和37μm的Ni粉的混合质量比为3：1。

所述的造孔剂为0-30wt％NH₄HC0₃。

所述的造孔剂为15wt％NH₄HC0₃。

所述的烧结的温度为900℃，保温时间为2h。

本发明的技术效果在于：