一种空气阴极及其制备方法以及一种金属空气电池技术

本发明专利技术提供了一种空气阴极，包括：集流层；复合于所述集流层一侧的功能层，所述功能层由一层或多层的功能单层复合而成，所述功能单层由聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、邻苯基苯酚和聚砜中一种或多种制备而成；复合于所述集流层另一侧的气体扩散层；复合于所述气体扩散层的催化剂层。本发明专利技术提供的空气阴极在集流层一侧复合了功能层，该功能层可以大幅度降低空气中的水雾进入空气阴极，同时也抑制了电解液的向外渗透；其制备的电池具有较高的性能，并具有减缓“爬液”的效果，提高了电池的长期稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属空气电池
，具体涉及一种空气阴极及其制备方法以及一种金属空气电池。
技术介绍
能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，也是直接影响经济发展的一个重要因素。进入21世纪以来，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何在资源有限和环保严格要求的双重制约下保持经济的告诉发展已经成为全球热点问题。而传统的能源利用方式所带来的资源短缺、环境污染、温室效应等问题将更为突出，因此传统能源结构及其利用方式越来越难以适应人类生存发展的需要。为了高效、合理地使用不可再生能源而又保持环境和生态平衡，基本途径就是开发以这些资源为燃料的燃料电池技术。金属空气电池是一种介于原电池与燃料电池之间的“半燃料”电池，兼具原电池和燃料电池的特点，并具有容量大、比能量高、成本低等优点，被认为是未来很有发展和应用前景的新型电池材料。金属空气电池一般由金属阳极、电解液及空气阴极组成。其中，空气阴极是金属空气电池的核心部件，对金属空气电池的电池性能有直接影响。金属空气电池的空气阴极的结构较为复杂，一般包含集流层、气体扩散层和催化层三个功能层，其中，集流层用于收集电流，气体扩散层为氧气传输通道，催化层为电池中的电化学反应提供催化剂。基于上述空气阴极结构的金属空气电池，在长期使用过程中会出现电解质在空气阴极孔道内缓慢渗透并结晶的现象，即业内常说的“爬液”、“爬碱”或“冒汗”现象。在这种情况下，将出现反应物空气在阴极中扩散受阻，甚至反应物输送孔道完全堵塞，最终导致电池丧失优异性能或完全不能放电；此外，因空气阴极暴露在空气中，当空气湿度较大时将进一步加速“爬液”或“冒汗”的发生，这也是金属空气电池在大功率或动力型电池领域应用受阻的主要问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种空气阴极及其制备方法以及一种金属空气电池，采用本专利技术提供的空气阴极制备的金属空气电池可以减缓“爬液”的效果，提高了电池的长期稳定性。本专利技术提供了一种空气阴极，其特征在于，包括：集流层；复合于所述集流层一侧的功能层，所述功能层由一层或多层的功能单层复合而成，所述功能单层由聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、邻苯基苯酚和聚砜中一种或多种制备而成；复合于所述集流层另一侧的气体扩散层；复合于所述气体扩散层的催化剂层。优选的，所述功能层的厚度为5～1000μm，所述功能层的平均孔径为1～500nm。优选的，所述集流层选自镍网、泡沫镍、铜网、泡沫铜、不锈钢网或不锈钢泡沫。优选的，所述气体扩散层由导电材料与疏水材料复合而成，所述导电材料选自炭毡、石墨毡、金属网或金属泡沫。优选的，所述催化剂层中的催化剂选自单一催化剂或单一催化剂与碳材料的复合催化剂，所述单一催化剂选自锰氧化物、钙钛矿型催化剂、尖晶石型催化剂和银基贵金属催化剂中的一种或多种。本专利技术还提供了一种空气阴极的制备方法，包括以下步骤：在集流层/气体扩散层/催化剂层的复合层的集流层一侧压制功能层，得到空气阴极；所述功能层选自聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚硅氧烷膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、邻苯基苯酚膜和聚砜膜中一种或多种。本专利技术还提供了一种空气阴极的制备方法，包括以下步骤：将功能性物质分散于溶剂中，得到功能性浆料，所述功能性物质选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、邻苯基苯酚和聚砜中的一种或多种；在集流层/气体扩散层/催化剂层的复合层的集流层一侧涂覆功能性浆料，干燥后烧结，得到空气阴极。本专利技术还提供了一种空气阴极的制备方法，包括以下步骤：A)将功能性物质分散于溶剂中，得到功能性浆料，所述功能性物质选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、邻苯基苯酚和聚砜中的一种或多种；在集流层/气体扩散层/催化剂层的复合层的集流层一侧涂覆功能性浆料，干燥后烧结，得到集流层/气体扩散层/催化剂层/功能单层的复合层B)在所述功能单层的一侧压制一层或多层功能单层，得到空气阴极，所述功能单层选自聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚硅氧烷膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、邻苯基苯酚膜和聚砜膜中一种或多种。优选的，所述压制的压力为0.1～50Mpa，温度为20～250℃，时间为1～30分钟。优选的，所述干燥的温度为20～180℃，干燥的时间为0.1～100小时；所述烧结的温度为150～380℃，烧结的时间为1～120分钟。本专利技术还提供了一种金属空气电池，包括：金属阳极、电解液及空气阴极；所述空气阴极上述空气阴极或上述制备方法制备得到的空气阴极。与现有技术相比，本专利技术提供了一种空气阴极，包括：集流层；复合于所述集流层一侧的功能层，所述功能层由一层或多层的功能单层复合而成，所述功能单层由聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、邻苯基苯酚和聚砜中一种或多种制备而成；复合于所述集流层另一侧的气体扩散层；复合于所述气体扩散层的催化剂层。本专利技术提供的空气阴极在集流层一侧复合了功能层，该功能层可以大幅度降低空气中的水雾进入空气阴极，同时也抑制了电解液的向外渗透；其制备的电池具有较高的性能，并具有减缓“爬液”的效果，提高了电池的长期稳定性。结果表明，本专利技术提供的空气阴极可以减缓“爬液”现象的发生，并且，电池最大功率密度为98～220mW/cm2，电池在1.0V工作电压下长时间恒流放电，无明显衰减。附图说明图1为实施例1制备得到的空气阴极的聚四氟乙烯膜一侧的SEM照片；图2为实施例1制备得到的空气阴极的催化剂层一侧的SEM照片；图3为实施例1制备的镁-空气电池的功率密度曲线图；图4为实施例1制备镁-空气电池的恒流放电曲线；图5为实施例1制备得到的电池空气阴极的SEM与能谱照片；图6为实施例2制备得到的空气阴极的功能层一侧的SEM照片及能谱图；图7为对比例1制备镁-空气电池的恒流放电曲线；图8为对比例1制备得到的电池空气阴极的SEM与能谱照片。具体实施方式本专利技术提供了一种空气阴极，包括：集流层；复合于所述集流层一侧的功能层，所述功能层由一层或多层的功能单层复合而成，所述功能单层由聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、邻苯基苯酚和聚砜中一种或多种制备而成；复合于所述集流层另一侧的气体扩散层；复合于所述气体扩散层的催化剂层。本专利技术提供的空气阴极包括集流层，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气阴极，其特征在于，包括：集流层；复合于所述集流层一侧的功能层，所述功能层由一层或多层的功能单层复合而成，所述功能单层由聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、邻苯基苯酚和聚砜中一种或多种制备而成；复合于所述集流层另一侧的气体扩散层；复合于所述气体扩散层的催化剂层。

【技术特征摘要】
1.一种空气阴极，其特征在于，包括：
集流层；
复合于所述集流层一侧的功能层，所述功能层由一层或多层的功能单层
复合而成，所述功能单层由聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚硅氧烷、聚乙烯、
聚丙烯、邻苯基苯酚和聚砜中一种或多种制备而成；
复合于所述集流层另一侧的气体扩散层；
复合于所述气体扩散层的催化剂层。
2.根据权利要求1所述的空气阴极，其特征在于，所述功能层的厚度为
5～1000μm，所述功能层的平均孔径为1～500nm。
3.根据权利要求1所述的空气阴极，其特征在于，所述集流层选自镍网、
泡沫镍、铜网、泡沫铜、不锈钢网或不锈钢泡沫。
4.根据权利要求1所述的空气阴极，其特征在于，所述气体扩散层由导
电材料与疏水材料复合而成，所述导电材料选自炭毡、石墨毡、金属网或金
属泡沫。
5.根据权利要求1所述的空气阴极，其特征在于，所述催化剂层中的催
化剂选自单一催化剂或单一催化剂与碳材料的复合催化剂，所述单一催化剂
选自锰氧化物、钙钛矿型催化剂、尖晶石型催化剂和银基贵金属催化剂中的
一种或多种。
6.一种空气阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在集流层/气体扩散层/催化剂层的复合层的集流层一侧压制功能层，得到
空气阴极；
所述功能层选自聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚硅氧烷膜、聚乙烯膜、
聚丙烯膜、邻苯基苯酚膜和聚砜膜中一种或多种。
7.一种空气阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将功能性物质分散于溶剂中，得到功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛业建，刘兆平，苗鹤，孙珊珊，王勤，张勤号，李世华，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33