金属空气电池阴极的制备方法与金属空气电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种金属空气电池阴极的制备方法，包括以下步骤：A)将粘结剂、成膜剂、疏水性材料、导电剂与处理液混合后球磨，得到浆料；B)将步骤A)得到的浆料涂布于泡沫镍表面，烧制后得到疏水透气层；C)将疏水透气层与催化剂层冷压后进行烧制，得到金属空气电池阴极。本申请提供的金属空气电池阴极的制备方法，制备得到的阴极结构具有较强的结构强度、良好的疏水透气性和较好的孔隙率，最终使包括该阴极的金属空气电池具有较好的电池性能、结构重现性和长期稳定性。
【专利说明】
金属空气电池阴极的制备方法与金属空气电池
技术领域
[0001]本发明涉及金属空气电池技术领域，尤其涉及一种金属空气电池的阴极结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属空气电池作为一种具有特殊放电模式的燃料电池，不仅拥有普通燃料电池发电效率高、无污染的特点，还具有功率密度高，可持续放电的优点。金属空气电池的工作原理是阳极在消耗金属的同时，阴极需要消耗空气中的氧气，因此阴极需要良好的空气透过率;同时在电池测试过程中，对阴极结构需要进行一定的疏水性处理，防止电解液进入到阴极结构中，阻塞空气进入通道，降低电池的长期稳定性能。
[0003]公开号为CN103151530A的中国专利公开了一种金属空气电池用阴极及制备方法，其专利内容为:将碳载锰氧化物催化剂加入到乙醇中，搅拌使其混合均匀，逐滴加入PTFE乳液，搅拌使其混合均匀形成催化剂浆料;采用浸渍PTFE乳液的碳毡作为疏水层;将催化剂浆料通过刮涂或滚压的方法涂布于浸渍过的碳毡上，煅烧得到基于疏水透气层的催化层，将其压在泡沫镍上得到得到空气电池的阴极。
[0004]目前已有的金属空气电池阴极结构以碳毡作为疏水透气层，虽然有一定的结构强度，但由于碳毡是一种亲水性微米级多孔材料，在浸渍完全后仍然有较大直径的孔，在电池测试过程中，反应产物会进入到大孔中，阻塞空气进入通道，影响氧气的传输，降低了催化剂的利用效率，因此疏水性和长期稳定性较差。此外，碳毡也使得阴极结构较厚，不利于电池的散热，电池在测试过程中产生的热量得不到及时传出，很容易发生体积膨胀，进而发生爆炸。另一种金属空气电池是以自制的碳膜作为疏水透气层，孔的尺寸虽然得到很好的控制，但结构的刚性较差，在测试过程中碳膜容易出现裂纹，使得结构疏水性降低，此外，这种结构也不适于产品的放大和商业化的应用。因此，目前所用的疏水透气层很难兼容到结构的疏水性和空气的透过性，最终影响电池的性能。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题在于提供一种金属空气电池阴极的制备方法，本申请制备的阴极结构具有较强的结构强度，良好的疏水透气性和较高的孔隙率，进一步的，本申请的金属空气电池具有较好的电池性能。
[0006]有鉴于此，本申请提供了一种金属空气电池阴极的制备方法，包括以下步骤:
[0007]A)将粘结剂、成膜剂、疏水性材料、导电剂与处理液混合后球磨，得到浆料；
[0008]B)将步骤A)得到的浆料涂布于泡沫镍表面，烧制后得到疏水透气层；
[0009]C)将疏水透气层与催化剂层冷压后进行烧制，得到金属空气电池阴极。
[0010]优选的，所述粘结剂、成膜剂、疏水性材料、导电剂与处理液的质量比为(I?10):(2?20): (10?40): (5?50): (20?80)。
[0011 ]优选的，步骤B)中的泡沫镍进行涂布之前还包括:将所述泡沫镍进行预处理，所述预处理具体为:
[0012]将所述泡沫镍依次进行表面除油、酸洗、水洗、磷化和钝化处理。
[0013]优选的，所述催化剂层按照下述方法制备得到:
[0014]将锰氧化物、导电剂、疏水性材料和溶剂按照(0.1?5): (0.5?10): (0.1?50):(10?80)的质量比混合后球磨，将得到的浆料烘干后碾压，得到催化剂层；
[0015]所述锰氧化物选自氧化锰、三氧化二锰和四氧化三锰中的一种或多种，所述导电剂选自活性炭、炭黑和乙炔黑中的一种或多种，所述溶剂选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种，所述疏水性材料选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种。
[0016]优选的，步骤A)中，所述处理液由十二烷基磺酸钠、去离子水、乙醇和二甲基甲酰胺组成，其质量比为(I?10):(10?80): (5?50): (I?20)。
[0017]优选的，步骤A)中，所述粘结剂选自热塑性树脂，选自聚苯硫醚树脂、聚乙烯醇缩醛、聚碳酸醋与聚砜中的一种或多种；
[0018]所述成膜剂选自聚酰亚胺、环氧树脂与聚乙烯醇中的一种或多种；
[0019]所述疏水性材料选择聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种；
[0020]所述导电剂选自乙炔黑、活性炭与炭黑中的一种或多种。
[0021]优选的，步骤A)具体为:
[0022]将粘结剂、成膜剂、导电剂与疏水性材料混合，得到涂料；
[0023]将涂料与处理液混合后球磨，得到浆料。
[0024]优选的，所述B)中，所述烧制的温度为200?700V，烧制的时间为I?1h;所述步骤C)中，所述烧制的温度为200?800°C，烧制的时间为I?12h。
[0025]本申请还提供了一种金属空气电池，包括:阴极、电解液和阳极，其特征在于，所述阴极为上述方案任一项所述的制备方法所制备的阴极。
[0026]本申请提供了一种金属空气电池阴极的制备方法，本申请金属空气电池采用泡沫镍作为阴极的透气层，且泡沫镍通过在其表面涂覆含有粘结剂、成膜剂、疏水性材料、导电剂与处理液的浆料，使泡沫镍进行疏水处理，经过疏水处理的泡沫镍一方面可降低泡沫镍较大的孔径，另一方面也可将泡沫镍的骨架疏水化与刚性化，然后将疏水化的泡沫镍与催化剂层压制，既保持了良好的耐水压与孔隙率，也能得到高硬度的阴极结构，最终使包括阴极的金属空气电池具有优异的电池性能、结果重现性和稳定性。
【附图说明】
[0027]图1为由本发明实施例1?3制备的金属空气电池阴极形成的金属空气电池的性能数据图。
【具体实施方式】
[0028]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0029]本发明实施例公开了一种金属空气电池阴极的制备方法，包括以下步骤:
[0030]A)将粘结剂、成膜剂、疏水性材料、导电剂与处理液混合后球磨，得到浆料；
[0031]B)将步骤A)得到的浆料涂布于泡沫镍表面，烧制后得到疏水透气层；
[0032]C)将疏水透气层与催化剂层冷压后进行烧制，得到金属空气电池阴极。
[0033]本申请提供了一种金属空气电池阴极的制备方法，其采用疏水性材料处理的泡沫镍作为气体扩散层，并通过冷压的方式将气体扩散层与催化剂层压制，使得到的金属空气电池阴极的强度、疏水透气性与孔隙率均较高，最终使金属空气电池具有优异的电池性能、结果重现性和长期稳定性。
[0034]按照本发明，在制备金属空气电池阴极的过程中，本申请首先将泡沫镍进行预处理。所述预处理具体为:
[0035]将泡沫镍依次进行乙醇表面除油与水洗；
[0036]将水洗后的泡沫镍进行磷化和钝化处理。
[0037]在上述过程中，所述表面除油与水洗均为本领域技术人员熟知的技术手段，此处不进行特别的限制。所述磷化处理是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐化学转化膜称之为磷化膜，本申请所述磷化处理为本领域技术人员熟知的磷化处理，此处不进行特别的限制，具体的，所述磷化处理优选在60?70°C的水中进行。所述磷化处理能够增加泡沫镍表面的分散性和附着力。
[0038]本申请然后将经过磷化后的泡沫镍进行钝化处理，所述钝化的反应过程为本领域技术人员熟知的，对此本申请没有特别的限制。本申请所述钝化的钝化液优选为酸性硅溶胶、碳酸钠与纳米硅氧化物中的一种与三价铬的化合物的混合液，具体的，所述钝化液优选为重铬酸钾与碳酸钠的混合液、硫酸铬与酸性硅溶胶的混合液、磷酸铬与酸性硅溶胶的混合液或硫酸铬钾与纳米硅氧化物的混合液。本申请所述钝化处理能够封闭磷化膜空隙，避免泡沫镍和水分散剂直接接触而生锈。
[0039]按照本发明，然后将粘结剂、成膜剂、疏水性材料、导电剂与处理液混合后球磨，得到浆料，以采用上述浆料对泡沫镍进行疏水处理。所述粘结剂优选为热塑性树脂，更优选选自聚苯硫醚树脂、聚乙烯醇缩醛、聚碳酸醋与聚砜中的一种或几种，该类粘结剂对金属具有高度的附着性和融流性;所述成膜剂优选选自聚酰亚胺、环氧树脂与聚乙烯醇中的一种或几种，该类成膜剂具有附着力强、成膜性好且膜厚均匀的特点。
[0040]所述疏水性材料优选选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯与氟化乙烯丙烯中的一种或几种;所述导电剂优选选自乙炔黑、活性炭与炭黑中的一种或几种。
[0041]在上述过程中，所述处理液为十二烷基磺酸钠、去离子水、乙醇和二甲基甲酰胺的混合物，其质量比为(I?10):(10?80): (5?50): (I?20)，优选为2:48:40:10，其中，所述十二烷基磺酸钠是良好的阴离子表面活性剂，能避免疏水性浸渍液的凝聚，提高分散体系的稳定性；乙醇对疏水性浸渍液与粘结剂均浸润性较好，采用乙醇作为浸润剂;二甲基甲酰胺能溶解多种难溶的有机物和高聚物，是树脂类粘结剂的良好溶剂，可以与水互溶;水可以分散疏水性浸渍液，使疏水性浸渍液混合的均匀。该溶剂能使疏水层中的浆料分散的更均匀，避免了泡沫镍中大孔的存在，有利于电池的长期稳定性。
[0042]本申请所述粘结剂、成膜剂、疏水性材料、导电剂与处理液的质量比优选为(I?10): (2?20): (10?40): (5?50): (20?80)，更优选为5:5:20:20:50。上述比例可以在保证良好疏水透气性的条件下，得到较好粘稠度的浆料。
[0043]为了使浆料混合均匀，所述浆料的制备过程具体为:
[0044]将粘结剂、成膜剂、导电剂与疏水性材料混合，然后加入到处理液中混合后球磨，得到浆料。
[0045]本申请然后将所述浆料涂布于上述步骤得到的泡沫镍表面，再将涂布后的泡沫镍烧制，得到疏水透气层。所述涂布的方式为本领域技术人员熟知的方式进行，此处不进行特别的限制。本申请具体为:
[0046]将上述步骤得到的泡沫镍固定于涂布机上，调节刮刀与泡沫镍的距离为0.2?0.5mm，将所述楽料均勾的涂布在上述泡沫镍表面。
[0047]所述烧制为本领域技术人员熟知的技术手段，此处不再进行特别的限制。本申请所述疏水层烧制的温度200?7000C，烧制的时间为I?1h，作为优选方案，所述烧制的温度优选为300?400 0C，所述烧制的时间为4?5h。
[0048]本申请最后将上述得到的疏水透气层与催化剂层冷压后烧制，得到金属空气电池阴极。所述烧制为本领域技术人员熟知的技术手段，此处不进行特别的限制，本申请中所述烧制的温度优选为200?8000C，烧制的时间优选为I?12h。所述催化剂层为本领域技术人员熟知的催化剂层，所述催化剂层的制备方法按照本领域技术人员熟知的方式进行，具体的，所述催化剂层的制备过程具体为:
[0049]将锰氧化物、导电剂、疏水性材料和溶剂按照(0.1?5): (0.5?10): (0.1?50):(10?80)的质量比混合后球磨，然后转移至烘箱中，烘干后碾压，得到催化剂层。
[0050]在上述过程中，所述锰氧化物、导电剂、疏水性材料和溶剂的质量比优选为1:2:10:30。所述锰氧化物优选选自氧化锰、三氧化二锰和四氧化三锰中的一种或多种，所述导电剂优选选自活性炭、炭黑和乙炔黑中的一种或多种，所述溶剂优选选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种，所述疏水性材料优选选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种。
[0051]本申请还提供了一种金属空气电池的阴极结构，其包括依次叠加的催化剂层与疏水透气层，其中，所述疏水透气层按照本申请上述方法制备，所述催化剂层的制备按照本领域技术人员熟知的方式制备即可。所述催化剂层的厚度为0.1?5mm，优选为0.35mm。
[0052]本申请还提供了一种金属空气电池，其包括:阴极、电解液和阳极，其中，所述阳极与所述电解液均为本领域技术人员熟知的，对此本申请没有特别的限制，所述阴极为按照上述方法制备得到的阴极。
[0053]本发明提供了一种优良的金属空气电池阴极结构，即采用催化剂、导电剂和疏水剂混合制备的催化层，采用疏水性材料涂布的泡沫镍作为气体扩散层，通过冷压的方法将两层压制;分析表征手段表明，该种阴极结构具有较强的结构强度、良好的疏水透气性和较高的孔隙率，电池性能测试表明该种结构的金属空气电池具有优异的电池性能、结果重现性和长期稳定性。
[0054]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的金属空气电池阴极的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0055]实施例1
[0056]I)制备催化剂层:按照1:2:10:30的比例称取二氧化锰1.0g，活性炭2.0g，聚四氟乙烯微粉10g，无水乙醇30.0g，球磨12h，然后将得到的浆料转移至烘箱中烘干，碾压成膜，膜厚为0.35mm，得到催化层；
[0057]2)疏水透气层的制备:
[0058]①将泡沫镍依次进行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0059]②将步骤①得到的泡沫镍在60?70°C水中磷化处理，增加涂膜在泡沫镍表面的分散性和附着力；
[0060]③将步骤②得到的泡沫镍在重铬酸钾和碳酸钠配制成钝化液中进行钝化，可封闭磷化膜空隙，避免泡沫镍和水分散剂接触而生锈；
[0061]④配制处理液:将十二烷基磺酸钠、去离子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照2:48:40:10的质量比称取2g十二烷基磺酸钠，48g去离子水，40g乙醇和1g 二甲基甲酰胺配制成处理液;配制浆料:将粘结剂聚苯硫醚树脂、成膜剂聚酰亚胺、疏水性材料四氟乙烯乳液、导电剂乙炔黑和处理液按照5:5:20:20: 50的比例称取5g聚苯硫醚树脂，5g聚酰亚胺，20g四氟乙烯乳液，20g乙炔黑和50g处理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到浆料；
[0062]⑤将步骤③得到的泡沫镍固定在涂布机上，将得到的浆料涂布在泡沫镍上；
[0063]⑥将涂布后的泡沫镍在360°C下烧制4h即可得到疏水透气层；
[0064]3)将制备的催化剂膜和疏水透气层压制成膜后，在350°C下煅烧4h即得到金属空气电池的阴极结构。
[0065]将上述空气阴极与商业99.99%的高纯铝板(阳极)在自制测试装置中组装电池，电解液为4M氢氧化钾水溶液，进行放电性能测试，结果见图1，图1为本发明实施例1和实施例2、3的铝-空气电池的放电曲线图，图1中.曲线为实施例1的铝-空气电池的放电曲线。从图1可以看出，采用本发明制得的电池阴极组装铝-空气电池，测试得到1.0V时电流密度为233mW/cm2。实施例 2
[0066]I)制备催化剂层:按照0.1: 0.5:0.1:10的比例称取二氧化锰0.Ig，活性炭0.5g，聚四氟乙烯微粉0.lg，无水乙醇10.0g，球磨12h，然后将得到的浆料转移至烘箱中烘干，碾压成膜，膜厚为0.Imm，得到催化层；
[0067]2)疏水透气层的制备:
[0068]①将泡沫镍依次进行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0069]②将步骤①得到的泡沫镍在60?70°C水中磷化处理，增加涂膜在泡沫镍表面的分散性和附着力；
[0070]③将步骤②得到的泡沫镍在重铬酸钾和碳酸钠配制成钝化液中进行钝化，可封闭磷化膜空隙，避免泡沫镍和水分散剂接触而生锈；
[0071]④配制处理液:将十二烷基磺酸钠、去离子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照1:10:5:1的质量比称取Ig十二烷基磺酸钠，1g去离子水，5g乙醇和Ig二甲基甲酰胺配制成处理液；配制浆料:将粘结剂聚苯硫醚树脂、成膜剂聚酰亚胺、疏水性材料四氟乙烯乳液、导电剂乙炔黑和处理液按照1:2:10:5:20的比例称取Ig聚苯硫醚树脂，2g聚酰亚胺，1g四氟乙烯乳液，5g乙炔黑和20g处理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到浆料；
[0072]⑤将步骤③得到的泡沫镍固定在涂布机上，将得到的浆料涂布在泡沫镍上；
[0073]⑥将涂布后的泡沫镍在200°C下烧制1h即可得到疏水透气层；
[0074]3)将制备的催化剂膜和疏水透气层压制成膜后，在200°C下煅烧12h即得到金属空气电池的阴极结构。
[0075]将上述空气阴极与商业99.99%的高纯铝板(阳极)在自制测试装置中组装电池，电解液为4M氢氧化钾水溶液，进行放电性能测试，结果见图1，图1为本发明实施例2和实施例1、3的铝-空气电池的放电曲线图，图中?曲线为实施例2的铝-空气电池的放电曲线。从图1可以看出，采用本发明制得的电池阴极组装铝-空气电池，测试得到1.0V时电流密度为213mff/cm2o
[0076]实施例3
[0077]I)制备催化剂层:按照5:10:50:80的比例称取二氧化锰5.0g，活性炭10.0g，聚四氟乙烯微粉50g，无水乙醇80.0g，球磨12h，然后将得到的浆料转移至烘箱中烘干，碾压成膜，膜厚为5mm，得到催化层；
[0078]2)疏水透气层的制备:
[0079]①将泡沫镍依次进行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0080]②将步骤①得到的泡沫镍在60?70°C水中磷化处理，增加涂膜在泡沫镍表面的分散性和附着力；
[0081 ]③将步骤②得到的泡沫镍在重铬酸钾和碳酸钠配制成钝化液中进行钝化，可封闭磷化膜空隙，避免泡沫镍和水分散剂接触而生锈；
[0082]④配制处理液:将十二烷基磺酸钠、去离子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照10:80:50:20的质量比称取1g十二烷基磺酸钠，SOg去离子水，50g乙醇和20g 二甲基甲酰胺配制成处理液;配制浆料:将粘结剂聚苯硫醚树脂、成膜剂聚酰亚胺、疏水性材料四氟乙烯乳液、导电剂乙炔黑和处理液按照10:20:40:50: 80的比例称取1g聚苯硫醚树脂，20g聚酰亚胺，40g四氟乙烯乳液，50g乙炔黑和80g处理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到浆料；
[0083]⑤将步骤③得到的泡沫镍固定在涂布机上，将得到的浆料涂布在泡沫镍上；
[0084]⑥将涂布后的泡沫镍在700°C下烧制Ih即可得到疏水透气层；
[0085]3)将制备的催化剂膜和疏水透气层压制成膜后，在800°C下煅烧Ih即得到金属空气电池的阴极结构。
[0086]将上述空气阴极与商业99.99%的高纯铝板(阳极)在自制测试装置中组装电池，电解液为4M氢氧化钾水溶液，进行放电性能测试，结果见图1，图1为本发明实施例3和实施例1、2的铝-空气电池的放电曲线图，图中▲曲线为实施例3的铝-空气电池的放电曲线。从图1可以看出，采用本发明制得的电池阴极组装铝-空气电池，测试得到1.0V时电流密度为227mff/cm2o
[0087]实施例4
[0088]I)制备催化剂层:按照4:8:25: 70的比例称取三氧化二锰4.0g，乙炔黑8.0g，聚四氟乙烯微粉25g，无水乙醇70.0g，球磨12h，然后将得到的浆料转移至烘箱中烘干，碾压成膜，膜厚为3mm，得到催化层；
[0089]2)疏水透气层的制备:
[0090]①将泡沫镍依次进行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0091]②将步骤①得到的泡沫镍在60?70°C水中磷化处理，增加涂膜在泡沫镍表面的分散性和附着力；
[0092]③将步骤②得到的泡沫镍在硫酸铬钾与纳米硅氧化物配制成钝化液中进行钝化，可封闭磷化膜空隙，避免泡沫镍和水分散剂接触而生锈；
[0093]④配制处理液:将十二烷基磺酸钠、去离子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照7:60:40:5的质量比称取7g十二烷基磺酸钠，60g去离子水，40g乙醇和5g 二甲基甲酰胺配制成处理液;配制浆料:将粘结剂聚苯硫醚树脂、成膜剂环氧树脂、疏水性材料四氟乙烯微粉、导电剂乙炔黑和处理液按照7:5:20:30: 70的比例称取7g聚苯硫醚树脂，5g环氧树脂，20g四氟乙烯微粉，30g乙炔黑和70g处理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到浆料；
[0094]⑤将步骤③得到的泡沫镍固定在涂布机上，将得到的浆料涂布在泡沫镍上；
[0095]⑥将涂布后的泡沫镍在500°C下烧制2h即可得到疏水透气层；
[0096]3)将制备的催化剂膜和疏水透气层压制成膜后，在700°C下煅烧3h即得到金属空气电池的阴极结构。
[0097]实施例5
[0098]I)制备催化剂层:按照3:8:40: 60的比例称取四氧化三锰3.0g，炭黑8.0g，聚偏氟乙烯40g，异丙醇60.0g，球磨12h，然后将得到的浆料转移至烘箱中烘干，碾压成膜，膜厚为2mm，得到催化层；
[0099]2)疏水透气层的制备:
[0100]①将泡沫镍依次进行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0101]②将步骤①得到的泡沫镍在60?70°C水中磷化处理，增加涂膜在泡沫镍表面的分散性和附着力；
[0102]③将步骤②得到的泡沫镍在硫酸铬与酸性硅溶胶配制成钝化液中进行钝化，可封闭磷化膜空隙，避免泡沫镍和水分散剂接触而生锈；
[0103]④配制处理液:将十二烷基磺酸钠、去离子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照8:20:50:10的质量比称取Sg十二烷基磺酸钠，20g去离子水，50g乙醇和1g 二甲基甲酰胺配制成处理液;配制浆料:将粘结剂聚苯硫醚树脂、成膜剂环氧树脂、疏水性材料聚四氟乙烯微粉、导电剂乙炔黑和处理液按照7:5:20:30: 70的比例称取7g聚苯硫醚树脂，5g环氧树脂，20g聚四氟乙烯微粉，30g乙炔黑和70g处理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到浆料；
[0104]⑤将步骤③得到的泡沫镍固定在涂布机上，将得到的浆料涂布在泡沫镍上；
[0105]⑥将涂布后的泡沫镍在600°C下烧制1.5h即可得到疏水透气层；
[0106]3)将制备的催化剂膜和疏水透气层压制成膜后，在500°C下煅烧4h即得到金属空气电池的阴极结构。
[0107]实施例6
[0108]I)制备催化剂层:按照3:8:30: 60的比例称取二氧化锰3.0g，炭黑8.0g，氟化乙烯30g，松油醇60.0g，球磨12h，然后将得到的浆料转移至烘箱中烘干，碾压成膜，膜厚为2mm，得到催化层；
[0109]2)疏水透气层的制备:
[0110]①将泡沫镍依次进行乙醇表面除油、表面氧化膜去除和水洗；
[0111]②将步骤①得到的泡沫镍在60?70°C水中磷化处理，增加涂膜在泡沫镍表面的分散性和附着力；
[0112]③将步骤②得到的泡沫镍在磷酸铬与酸性硅溶胶配制成钝化液中进行钝化，可封闭磷化膜空隙，避免泡沫镍和水分散剂接触而生锈；
[0113]④配制处理液:将十二烷基磺酸钠、去离子水、乙醇和二甲基甲酰胺按照8:20:50:
10的质量比称取Sg十二烷基磺酸钠，20g去离子水，50g乙醇和1g 二甲基甲酰胺配制成处理液;配制浆料:将粘结剂聚碳酸醋、成膜剂聚乙烯醇、疏水性材料氟化乙烯丙烯、导电剂炭黑和处理液按照7:5:20:30: 70的比例称取7g聚碳酸醋，5g聚乙烯醇，20g氟化乙烯丙烯，30g炭黑和70g处理液加入到球磨罐中，球磨24h以上至充分分散，得到浆料；
[0114]⑤将步骤③得到的泡沫镍固定在涂布机上，将得到的浆料涂布在泡沫镍上；
[0115]⑥将涂布后的泡沫镍在600°C下烧制1.5h即可得到疏水透气层；
[0116]3)将制备的催化剂膜和疏水透气层压制成膜后，在500°C下煅烧4h即得到金属空气电池的阴极结构。
[0117]以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0118]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种金属空气电池阴极的制备方法，包括以下步骤: A)将粘结剂、成膜剂、疏水性材料、导电剂与处理液混合后球磨，得到浆料； B)将步骤A)得到的浆料涂布于泡沫镍表面，烧制后得到疏水透气层； C)将疏水透气层与催化剂层冷压后进行烧制，得到金属空气电池阴极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂、成膜剂、疏水性材料、导电剂与处理液的质量比为(I?10): (2?20): (10?40): (5?50): (20?80)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B)中的泡沫镍进行涂布之前还包括:将所述泡沫镍进行预处理，所述预处理具体为: 将所述泡沫镍依次进行表面除油、酸洗、水洗、磷化和钝化处理。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂层按照下述方法制备得到: 将锰氧化物、导电剂、疏水性材料和溶剂按照(0.1?5):(0.5?10):(0.1?50):(10?80)的质量比混合后球磨，将得到的浆料烘干后碾压，得到催化剂层； 所述锰氧化物选自氧化锰、三氧化二锰和四氧化三锰中的一种或多种，所述导电剂选自活性炭、炭黑和乙炔黑中的一种或多种，所述溶剂选自松油醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种，所述疏水性材料选自聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述处理液由十二烷基磺酸钠、去离子水、乙醇和二甲基甲酰胺组成，其质量比为(I?10): (10?80): (5?50): (I?20)。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述粘结剂选自热塑性树月旨，选自聚苯硫醚树脂、聚乙烯醇缩醛、聚碳酸醋与聚砜中的一种或多种； 所述成膜剂选自聚酰亚胺、环氧树脂与聚乙烯醇中的一种或多种； 所述疏水性材料选择聚四氟乙烯微粉、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯和氟化乙烯丙烯中的一种或多种； 所述导电剂选自乙炔黑、活性炭与炭黑中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)具体为: 将粘结剂、成膜剂、导电剂与疏水性材料混合，得到涂料； 将涂料与处理液混合后球磨，得到浆料。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述B)中，所述烧制的温度为200?7000C，烧制的时间为I?1h;所述步骤C)中，所述烧制的温度为200?800°C，烧制的时间为I ?12h09.一种金属空气电池，包括:阴极、电解液和阳极，其特征在于，所述阴极为权利要求1?8任一项所述的制备方法所制备的阴极。
【文档编号】H01M4/88GK105932301SQ201610539357
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】张勤号, 苗鹤, 刘兆平, 孙珊珊, 薛业建
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所