本发明专利技术涉及一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法，其包括以下步骤：1）将催化剂材料，氧化锆小球、有机溶剂一起研磨，并透过滤网滤出催化剂材料及有机溶剂，获得溶液A；2）将聚合物材料加入到有机溶剂中，获取溶液B；3）将溶液A和溶液B混合形成静电纺丝溶液；4）用静电纺丝溶液进行静电纺丝；5）完成静电纺丝后静置于空气中，待表面干燥后进行热压固化；6）将热压固化后的集流体及其表面薄膜取出降至室温后，进行高温碳化，而后自然冷却至室温，得到一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极，可耐多次弯折，且催化剂材料均与的分布在碳纤维附近，有效提高催化效率，具有良好的电化学性能，可应用于柔性电子领域。
【技术实现步骤摘要】
适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法
本专利技术涉及电池材料
，特别涉及一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴及其极制备方法。
技术介绍
近年来，柔性电子及可穿戴电子领域发展迅速，比如可穿戴传感器、柔性显示器等。传统的能源已无法满足柔性电子的特殊需求，因此，亟待研发一种适用于柔性电子、可穿戴电子的耐弯折柔性能源。适用于柔性电子、可穿戴电子的耐弯折柔性能源需具备三个特性：其一，体积小且能量密度高，具备良好的电化学性能；其二，由于柔性电子常用作可穿戴传感器，比如康复训练中的肌肉传感器，其工作过程中需连续弯折，因此其能源也应具备良好的机械柔性，可适应连续弯折的工作条件。金属空气电池阴极反应原料为空气中的氧气，体积小、重量轻、比能量高，电化学性能优良，且环境友好，受到广泛关注，特别是全固态金属空气电池。常用的金属空气电池如锂空气电池、锌空气电池、铝空气电池等。金属空气电池主要由金属阳极、电解质和空气阴极组成。其中，金属阳极通常为铝箔、锌箔等，可满足柔性要求；用凝胶电解质取代传统液态电解质可解决电解液泄露问题，同时满足柔性需求。目前，耐弯折的空气阴极是亟待解决的问题。传统的空气阴极通常是将所需材料（导电碳材料、催化剂、粘结剂）混合，采用模板法、柱状模板、刷涂、刮涂、喷涂或滚压的方法，沉积在集流体（如泡沫镍）表面，经过高温热压，制成空气阴极。通过这种方法制备的空气阴极比表面积低，且在弯折或扭转的过程中易出现表面材料断裂的情况，不具备柔性特征。静电纺丝是一种新型的非纺织成型技术，能够制备以三维微结构为基础的电极材料，应用着这种技术制备电极已有文章介绍，如孙柯,陆海纬,李达,等.静电纺丝法制备氧化锰纳米丝电极及其电化学性能[J].无机材料学报,2009,24(2):357-360。应用静电纺丝法制备介孔材料的三维电极，能够有效缩短离子的扩散距离，能够在较小的尺寸下提供较高的能量密度和循环容量，且无需粘结剂。静电纺丝制备电极，纺丝溶液一般采用如高分子聚合溶液（如聚丙烯腈PAN），纺丝制成碳纤维膜，再经过接枝或化学生长的方法添加催化剂材料，通过高温固化、碳化制备完成（如孙柯,陆海纬,李达,等.静电纺丝法制备氧化锰纳米丝电极及其电化学性能[J].无机材料学报,2009,24(2):357-360）。这种方法制得的空气阴极具备柔性特征，但是电化学性能较差，主要是由于制备过程中，表面碳材料和催化剂材料分布不均匀，容易形成团簇现象，这种不均一的分布大大降低催化剂材料的催化效率。另外，这种碳膜电极比较脆弱，虽具有超薄特性，但是仅限少次弯折，连续长时间弯折将导致碳膜破裂。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电化学性能优良，同时具备柔性，可耐长久多次弯折的空气阴极及其制备方法。本专利技术的技术方案是：一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法，其包括以下步骤：1）将大颗粒催化剂材料，大颗粒氧化锆小球、有机溶剂加入到研磨杯中，总质量不超过150g，其中大颗粒氧化锆小球的质量大于大颗粒催化剂材料的质量，并对其进行纳米研磨，在研磨后，透过滤网滤出催化剂材料及有机溶剂，获得溶液A；2）将聚合物材料加入到有机溶剂中，获取溶液B；3）将溶液A和溶液B混合，作为静电纺丝溶液；4）对静电纺丝溶液进行静电纺丝；5）将静电纺丝完成的集流体及其表面薄膜静置于空气中，待表面干燥后进行热压固化；6）将热压固化后的集流体及其表面薄膜取出降至室温后，置于密闭气氛炉中高温碳化，通入惰性气体，由室温升温至750-1100℃，保持时间30-300min，升温速度为每分钟3-5℃，而后自然冷却至室温，即得到一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极。所述大颗粒催化剂材料为二氧化锰、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜或氧化钴中的任意一种。所述大颗粒催化剂材料以及大颗粒氧化锆小球的粒径大于300纳米。步骤1）中将研磨杯置于纳米粉碎机，通过控制研磨杯自转及公转进行纳米研磨。所述纳米粉碎机的研磨要求如下：粗磨800~1500转/分，进行3~5次，精磨1700~2000转/分，进行3~5次。溶液A中催化剂材料的粒径均为纳米级别，且粒径小于100纳米。所述滤网尺度小于等于100纳米。所述步骤2）中聚合物材料为聚丙烯腈PAN或聚乙烯吡咯烷酮PVP。步骤4）中将静电纺丝溶液装入注射器中，通过注射泵供液，采用平口不锈钢针头，针头尺寸为0.8-1.5mm，打印基板为泡沫镍，该泡沫镍作为集流体，针头距离集流体间距为9-20cm，打印基板接地极，不锈钢针头接高压直流电源，电压为10-25kV，打印基板转速为250-500转/分。步骤5中，将静置后的集流体及其表面薄膜至于热压机内，温度200-450℃，压力100-350MPa，固化热压20-180分钟。本专利技术的有益效果：采用湿法纳米研磨制备催化剂，混合聚合物溶液静电纺丝结合湿法纳米研磨方法，制备耐弯折柔性空气阴极。纳米级催化剂混合聚合物溶液，通过静电纺丝方法直接纺在集流体上，可使催化剂材料均匀分布在碳纤维周围，提高催化活性，从而电化学性能良好。有集流体作为基底，可耐长久多次弯折，对于柔性电子领域有重要意义。附图说明图1为本专利技术所述的空气阴极制备工艺流程图。图2为制备完成的空气阴极。图3为连续弯折状态下，铝空气电池的恒流放电曲线。具体实施方式下面针对附图对本专利技术的实施例作进一步说明：本专利技术提供一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法，其包括以下步骤：1）将大颗粒催化剂材料，大颗粒氧化锆小球、有机溶剂加入到研磨杯中，所述大颗粒催化剂材料为二氧化锰、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜或氧化钴等中的任意一种。所述大颗粒催化剂材料以及大颗粒氧化锆小球的粒径大于300纳米。总质量不超过150g，其中大颗粒氧化锆小球的质量大于大颗粒催化剂材料的质量，并对其进行纳米研磨，将研磨杯置于纳米粉碎机，通过控制研磨杯自转及公转进行纳米研磨。所述纳米粉碎机的研磨要求如下：粗磨800~1500转/分，进行3~5次，精磨1700~2000转/分，进行3~5次。在研磨后，透过滤网滤出催化剂材料及有机溶剂，获得溶液A，溶液A中催化剂材料的粒径均为纳米级别，且粒径小于100纳米，其中所述滤网尺度小于等于100纳米；2）将聚合物材料加入到有机溶剂中，获取溶液B，聚合物材料为聚丙烯腈PAN或聚乙烯吡咯烷酮PVP，其中有机溶剂可以是DMF、乙醇、乙二醇等；3）将溶液A和溶液B混合，作为静电纺丝溶液；4）对静电纺丝溶液进行静电纺丝，将静电纺丝溶液装入注射器中，通过注射泵供液，采用平口不锈钢针头，针头尺寸为0.8-1.5mm，打印基板为泡沫镍，该泡沫镍作为集流体，针头距离集流体间距为9-20cm，打印基板接地极，不锈钢针头接高压直流电源，电压为10-25kV，打印基板转速为250-500转/分；5）将静电纺丝完成的集流体及其表面薄膜静置于空气中，待表面干燥后进行热压固化，将静置后的集流体及其表面薄膜至于热压机内，温度200-450℃，压力100-350MPa，固化热压20-180分钟；6）将热压固化后的集流体及其表面薄膜取出降至室温后，置于密闭气氛炉中高温碳化，通入惰性气体，由室温升温至750-1100℃，保持时间30-300min，升温速度为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：1）将大颗粒催化剂材料，大颗粒氧化锆小球、有机溶剂加入到研磨杯中，总质量不超过150 g，其中大颗粒氧化锆小球的质量大于大颗粒催化剂材料的质量，并对其进行纳米研磨，在研磨后，透过滤网滤出催化剂材料及有机溶剂，获得溶液A；2）将聚合物材料加入到有机溶剂中，获取溶液B；3）将溶液A和溶液B混合，作为静电纺丝溶液；4）对静电纺丝溶液进行静电纺丝；5）将静电纺丝完成的集流体及其表面薄膜静置于空气中，待表面干燥后进行热压固化；6）将热压固化后的集流体及其表面薄膜取出降至室温后，置于密闭气氛炉中高温碳化，通入惰性气体，由室温升温至750‑1100℃，保持时间30‑300 min，升温速度为每分钟3‑5℃，而后自然冷却至室温，即得到一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极。
【技术特征摘要】
1.一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：1）将大颗粒催化剂材料，大颗粒氧化锆小球、有机溶剂加入到研磨杯中，总质量不超过150g，其中大颗粒氧化锆小球的质量大于大颗粒催化剂材料的质量，并对其进行纳米研磨，在研磨后，透过滤网滤出催化剂材料及有机溶剂，获得溶液A；2）将聚合物材料加入到有机溶剂中，获取溶液B；3）将溶液A和溶液B混合，作为静电纺丝溶液；4）对静电纺丝溶液进行静电纺丝；5）将静电纺丝完成的集流体及其表面薄膜静置于空气中，待表面干燥后进行热压固化；6）将热压固化后的集流体及其表面薄膜取出降至室温后，置于密闭气氛炉中高温碳化，通入惰性气体，由室温升温至750-1100℃，保持时间30-300min，升温速度为每分钟3-5℃，而后自然冷却至室温，即得到一种适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极。2.根据权利要求1所述的适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法，其特征在于：所述大颗粒催化剂材料为二氧化锰、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜或氧化钴中的任意一种。3.根据权利要求1所述的适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法，其特征在于：所述大颗粒催化剂材料以及大颗粒氧化锆小球的粒径大于300纳米。4.根据权利要求1所述的适用于金属空气电池的耐弯折柔性空气阴极的制备方法，其特征在于：步骤1）中将研磨杯置于纳米粉碎机，通过控制研磨杯自转及公转进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：左雨欣，左春柽，于影，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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