一种防水透气膜及其制备工艺和应用的制作方法

本发明涉及金属空气电池正极材料技术领域，具体涉及一种防水透气膜及其制备工艺和应用。

背景技术：

金属空气电池包括铝空气电池、锌空气电池、镁空气电池、锂空气电池等，具有原材料丰富、比能量高、无污染等诸多优点，受到了人们的广泛关注和研究。而金属空气电池的工业化应用在很大程度上受到空气电极材料的制约，其中防水透气膜作为正极活性物质氧的扩散通道，其透气性和阻水性成为影响空气电极性能的关键因素之一。

常见的空气电极防水透气膜采用碳材料(如乙炔黑、炭黑等)和粘结剂(ptfe等)，碳材料在与粘结剂混合之前需要用乙醇润湿，因为乙醇易挥发并且具有一定的成孔作用，混合物经辊压成膜后，需要将膜用乙醇浸泡，以去除杂质、添加剂等物质，提高防水透气膜的电化学性能。该方法需要用到大量的乙醇，易出现安全事故，且生产成本高，造孔效果不佳。

技术实现要素：

为解决现有技术的上述不足，一方面，提供一种具有良好的防水透气性和电化学性能的防水透气膜防水透气膜，具体实施例如下：

一种防水透气膜，包括以下按重量份计的组分：

导电碳材料35～45重量份，低分子量聚乙二醇35～45重量份，ptfe45～60重量份。

优选的，聚乙二醇的分子量为200～600。

优选的，所述导电碳材料选自乙炔黑和炭黑中的一种或两种，在具体实施例中，所述导电碳材料为炭黑，所述低分子量聚乙二醇与炭黑的重量比优选为1:1。

另一方面，还提供上述防水透气膜的制备方法，包括：

将低分子量聚乙二醇与导电碳材料混匀，加入ptfe乳液，搅拌成糊状，经多次辊压成型制成薄膜；

将制得的薄膜放入清水中，加热并恒温浸泡，浸泡完成后晾干，去除水分。

优选的，辊压成型所得薄膜的厚度为0.25～0.3mm。

优选的，加热温度为50～60℃，恒温浸泡时间为3～4h，一次浸泡完成后，换水再次加热，如此循环2次以上。

优选的，还包括对制得的防水透气膜在280-340℃进行热处理的步骤，用于提高憎水性。

另一方面，还提供了上述防水透气膜在空气电池中的应用。

本发明具体实施例的有益效果：

采用低分子量聚乙二醇作为润湿剂和成孔剂，无需使用乙醇，所得膜材料粗成品也无需使用大量的乙醇浸泡，用加热的清水浸泡即可，能有效降低生产成本，并保证生产安全性。

附图说明

图1为实施例和对比例在50ma/cm²的恒流放电曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明实施例公开了一种防水透气膜，包括以下按重量份计的组分：

导电碳材料35～45重量份，聚乙二醇35～45重量份，ptfe45～60重量份。

该方案以低分子量聚乙二醇作为润湿剂和成孔剂，无需使用乙醇，膜材料粗成品也无需使用大量的乙醇浸泡，只需要用加热的清水浸泡即可。现有技术采用的乙醇则是一种易燃、易挥发的危化品，不仅生产成本高，而且易产生安全事故。本方案采用无毒无害的低分子量聚乙二醇代替乙醇，能够得到具有良好电化学性能的防水透气膜，能有效降低生产成本，并保证生产安全性。

导电碳材料用于增加防水透气膜的导电性能，可以采用本领域公知的类型，比如乙炔黑、炭黑等，可以适用任意一种或两种以上复配，在具体实施例中，所述导电碳材料为炭黑，所述低分子量聚乙二醇与炭黑的重量比优选为1:1。

本实施例还提供上述防水透气膜的制备方法，包括：

将低分子量聚乙二醇与导电碳材料混匀，加入ptfe乳液，搅拌成糊状，经多次辊压成型制成薄膜，其厚度可以为0.25～0.3mm；

将制得的薄膜放入清水中，加热并恒温浸泡，浸泡完成后晾干，去除水分。

优选的，加热温度为50～60℃，恒温浸泡时间为3～4h，一次浸泡完成后，换水再次加热，如此循环2次以上即可。

上述防水透气膜可以应用于空气电池技术领域，所述空气电池为本领域技术人员熟知的电池，只是其阴极材料所使用的防水透气材料为本技术提供的防水透气膜材料，其他本技术没有特别的限制。示例的，空气电池的阳极材料可以为铝、镁、锌等，阴极由催化层、防水透气膜、集流体组成，其中催化剂为商用mno2、活性炭、炭黑与聚四氟乙烯按重量比2：4：1.5：2混合成浆料，按5mg/cm²的载量涂覆到金属空气电池的防水透气膜的一侧表面，再将该防水透气膜的另一面与集流体叠合，并在集流体的另一面叠合未负载催化剂的防水透气膜，辊压，制成空气阴极，阴极的活性面积为2×5cm²，电解液为4m的koh水溶液。将所述防水透气膜用于制备空气电池阴极材料，可降低成本，并改善电池的放电性能。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

将40重量份的低分子量聚乙二醇与40重量份炭黑混匀，加入ptfe乳液(固含60％)，使ptfe含量为60重量份，搅拌成糊状，经多次辊压成型制成厚0.25～0.3mm的薄膜，置于清水中，加热至60℃，恒温浸泡3h，然后换水再次加热，如此循环3次。将膜取出，晾干，在300℃热处理1h，制得防水透气膜。

对比例

采用实施例1的工艺制备防水透气膜，不同之处在于，将低分子量聚乙二醇替换为相同重量的乙醇，制膜后置于乙醇中，常温浸泡3次。

在集流体两侧分别贴合一层防水透气膜，在其中一侧的防水透气膜的外表面涂覆催化剂，该催化剂为商用mno2、活性炭、炭黑与聚四氟乙烯按重量比2：4：1.5：2混合成的浆料，载量3mg/cm²，辊压，制成空气电极，并与铝合金、电解液(4m的koh水溶液)等组装成单电池。

以hg/hgo电极作为参比电极，铂片为辅助电极，在50ma/cm²电流密度下恒流放电1h，实施例和对比例稳定后的工作电压分别为1.32v和1.16v，放电曲线如图1所示。

以上实施例是对本发明的解释，但是，本发明并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本发明的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种防水透气膜及其制备工艺和应用，该防水透气膜包括以下按重量份计的组分：导电碳材料35～45重量份，低分子量聚乙二醇35～45重量份，PTFE 45～60重量份。采用低分子量聚乙二醇作为润湿剂和成孔剂，无需使用乙醇，所得膜材料粗成品也无需使用大量的乙醇浸泡，用加热的清水浸泡即可。该防水透气膜具有良好电化学性能，能有效降低生产成本，并保证生产安全性。

技术研发人员：宋永江
受保护的技术使用者：常州优特科新能源科技有限公司
技术研发日：2019.05.21
技术公布日：2019.08.13