空气电极及其制备方法和设备技术

本发明专利技术提供一种空气电极，包括集流体、催化层和防水透气层，所述催化层为催化剂和导电剂的混合物。由于在催化层中不含有粘结剂如聚四氟乙烯，所以与使用传统的空气电极的金属空气电池相比，使用本发明专利技术的空气电极的金属空气电池能够有效降低电池内阻。本发明专利技术还提供一种空气电极的制备方法，包括将集流体置于振动状态下的催化层粉末中，使得催化层粉末吸附在集流体的两侧上，然后将吸附有催化层粉末的集流体辊压，最后包覆防水透气层制得本发明专利技术的空气电极。本发明专利技术还公开了一种使用上述方法制备本发明专利技术空气电极的设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空气电极及其制备方法和设备，该空气电极通常用于金属空气电池，例如锌-空气电池。
技术介绍
目前，空气电极主要是由集流体、催化层和防水透气层组成，其中催化层是通过将催化剂、活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯溶液用乙醇和水混合制备成浆状物，然后涂在泡沫镍上，然后烘干的方法制备而成，或者是通过将催化剂、活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯溶液用乙醇和水混合制备成浆状物后烘干并多次辊压成薄片状后和泡沫镍辊压到一起的方法制备而成。在催化层中，活性炭和乙炔黑用作导电剂，聚四氟乙烯则用作粘结剂。防水透气层是将活性炭、乙炔黑、造孔剂和粘结剂聚四氟乙烯乳液用乙醇和水溶解而成的浆状物，采用和催化层相同的制备方法制备而成。这种方法存在的问题是每片空气电极上催化剂浆料涂布的均匀性和一致性都不理想，即每片电极上催化活性物质的量差异性大，涂布均匀程度低，造成了电池性能的离散性差。另外，在涂布方法中由于粘结的需要而采用60％的聚四氟乙烯乳液作为粘结剂，从而增加了电池的内阻。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种能有效降低电池内阻的空气电极。本专利技术的另一个目的是提供一种空气电极的制备方法，该方法能够克服现有技术中不同空气电极上催化剂涂布的差异性大，从而造成电池性能的离散性大的缺点。-->本专利技术的再一个目的是提供一种空气电极的制备设备，通过该设备能够方便地通过本专利技术的方法制得本专利技术的空气电极。根据本专利技术的一个方面，提供一种空气电极，该空气电极包括集流体、催化层和防水透气层，其中所述催化层为催化剂和导电剂的混合物。由于在催化层中不含有粘结剂如聚四氟乙烯，所以与使用传统的空气电极的金属空气电池相比，使用本专利技术的空气电极的金属空气电池能够有效降低电池内阻。根据本专利技术的另一个方面，提供一种空气电极的制备方法，该该方法包括在集流体上负载催化层并设置防水透气层，所述负载催化层的方法包括将集流体置于振动状态下的粉末中，使得粉末吸附在集流体的两侧上，然后将吸附有粉末的集流体辊压，所述粉末为催化剂和导电剂的混合物。在催化层粉末振动过程中，将集流体放置到催化层粉末中，催化层粉末将会通过分子间的吸附力(范德华力)而吸附到集流体上，然后通过辊轮对吸附有催化层粉末的集流体进行辊压，最后将防水透气层包覆到集流体上即可制得本专利技术的空气电极。因此，通过该方法可以方便地制得本专利技术的空气电极。并且，与现有技术中通过涂浆方法将催化层涂覆到集流体上或者通过层压方法将催化层压制到集流体上的情况相比，在本专利技术中，由于采用的催化层材料可以经过球磨机的高速研磨混合，分散均匀，并且混合后的粉料能够在集流体分散更均匀，所以通过本专利技术的方法制得的不同空气电极上的催化剂的量差异性小，因此电池性能的离散性好。现有的空气电极的催化层中含有电阻很大的粘结剂，而本专利技术提供的空气电极不含有粘结剂，因此，采用本专利技术提供的空气电极的电池具有较小的内阻。根据本专利技术的再一个方面，提供一种空气电极的制备设备，所述设备包括粉料箱和振动器，所述粉料箱具有可开闭的出口，所述振动器安装在所述-->粉料箱上。通过本专利技术的空气电极的制备设备，可以方便地实现本专利技术的上述方法，轻松制得本专利技术的上述空气电极。并且，本专利技术的空气电极的制备设备结构简单、成本低、容易实现。附图说明图1是本专利技术的空气电极的制备设备的一种实施例的示意图；图2是用于软化本专利技术的空气电极的软化辊的一种实施例的示意图。具体实施方式下面，通过具体的实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供的一种空气电极，该空气电极包括集流体、催化层和防水透气层，所述催化层为催化剂和导电剂的混合物。所述空气电极的一般组成为本领域技术人员所公知，通常包括集流体、催化层和防水透气层。催化层和防水透气层通常分别位于集流体的两侧。在本专利技术中，为了增加发电效率，可以在集流体的两侧均负载有催化层。防水透气层则仅设置在集流体的一侧。即，当集流体的一侧负载有催化层时，防水透气层则负载在集流体的另一侧上；当集流体的两侧均负载有催化层时，防水透气层则负载在一侧的催化层的外面。负载在集流体上的催化层的量可以为0.01～0.06克/厘米2，优选为0.04克/厘米2。所述集流体通常选用多孔泡沫材料，例如泡沫铜或者泡沫镍。所述防水透气层可以是由乙炔黑、石墨、高分子憎水材料混合或高分子憎水材料与无机、有机发孔材料混合，通过热压、碾压或流延法制备得到，优选情况下，采用聚四氟乙烯(PTFE)防水透气膜。-->在现有技术中，所述催化层除了包括催化剂和导电剂之外，还包括粘结剂，用于将催化层粘结在集流体上。所述催化剂可以是Ag、二氧化锰、LiMnxCo2-xO4、LazCa1-zCoO3中的一种或多种，其中，0≤X≤2，0≤z≤1。所述导电剂通常选用活性炭和/或乙炔黑。所述粘结剂通常是聚四氟乙烯，在制备催化层的过程中，所述粘结剂通常是以溶液的形式加入。在本专利技术的空气电极中，由于采用了不同于现有技术中的涂浆方法和压制方法，因此不需要在催化层中使用粘结剂，由此可以显著降低使用这种空气电极的金属空气电池的内阻。在本专利技术中，催化剂与导电剂的重量比可以为1∶4-1∶1，优选为2∶3。下面对本专利技术的空气电极的制备方法进行说明。该制备方法包括在集流体上负载催化层和防水透气层，所述催化层由催化剂和导电剂组成，所述负载催化层的方法包括将集流体置于振动状态下的催化层粉末中，使得催化层粉末吸附在集流体的两侧上，然后将吸附有催化层粉末的集流体辊压。所述催化层粉末可以由催化剂和导电剂研磨后均匀混合而成。例如，可以将催化剂和导电剂的混合物放置到球磨机中研磨混合10-20分钟，将其研磨成微细粉末并混合均匀。然后，通过将得到的催化层粉末放置到粉料箱中并控制粉料箱振动，将集流体放置到粉料箱中。此时，催化层粉末将被抖动到并吸附到集流体上，之后可以通过一对辊轮对吸附有催化层粉末的集流体进行辊压，使催化层粉末牢固接合到集流体上，优选接合到集流体的两侧上。在本专利技术的优选实施方式中，所述粉末的振动频率可以为40-2000赫兹，优选为300-1000赫兹；所述粉末的颗粒大小可以为100-800目，优选为200-400目；振动时间大于1分钟，优选为一直连续振动；粉末的体积至少为集流体体积的1.5倍，优选为2-10倍；所述辊压压力可以为1-5MPa，优选为1-2MPa，辊压温度可以为常温，优选为室温，辊压时间可以为0.5-3分钟，优选为1-2分钟。-->为了使催化层粉末和集流体能够更牢固地接合，还可以集流体上负载催化层之前，在集流体上施加少许粘结剂。例如，可以将集流体置于聚四氟乙烯溶液中，然后取出并干燥。由此，在催化层粉末吸附到集流体上时，粉末能够更牢固地接合到集流体上。为了使催化层和集流体能够更牢固地接合，还可以在将吸附有催化层粉末的集流体辊压之后，通过热压机对集流体进行热压。所述热压压力为1-2MPa，热压温度为常温，热压时间为1-2分钟。热压机的结构和热压方法是本领域技术人员公知的，因此不再赘述。在利用本专利技术的空气电极制造圆柱形锌空气电池时，可以将吸附有催化层粉末的集流体通过软化辊轮或者其它已知的软化装置进行软化处理，然后将经过软化处理的吸附有催化层粉末的集流体卷成筒状，然后用聚四氟乙烯防水透气膜包裹。集流体通过软化辊轮软化之后，可以更富有柔韧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气电极，该空气电极包括集流体、催化层和防水透气层，其特征在于，所述催化层为催化剂和导电剂的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种空气电极，该空气电极包括集流体、催化层和防水透气层，其特征在于，所述催化层为催化剂和导电剂的混合物。2.根据权利要求1所述的空气电极，其中，所述催化层负载在所述集流体的两侧。3.根据权利要求1或2所述的空气电极，其中，所述防水透气层设置在所述集流体的一侧，与集流体或催化层接触。4.根据权利要求1所述的空气电极，其中，负载在集流体上的催化层的量为0.01～0.06克/厘米2。5.根据权利要求1所述的空气电极，其中，所述催化剂为Ag、二氧化锰、LiMnxCo2-xO4、LazCa1-zCoO3中的一种或多种，其中，0≤X≤2，0≤z≤1；导电剂为活性炭和/或乙炔黑，催化剂与导电剂的重量比为1∶4～1∶1；所述集流体为泡沫镍或泡沫铜；所述防水透气层为聚四氟乙烯防水透气膜。6.一种空气电极的制备方法，该方法包括在集流体上负载催化层并设置防水透气层，其特征在于，所述负载催化层的方法包括将集流体置于振动状态下的粉末中，使得粉末吸附在集流体的两侧上，然后将吸附有粉末的集流体辊压，所述粉末为催化剂和导电剂的混合物。7.根据权利要求6所述的制备方法，其中所述粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉冰，朱志坚，董俊卿，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]