[发明专利]一种镁合金空气电池的正极催化剂及其成型方法

说明书

本发明提供了一种镁合金空气电池的正极催化剂及其成型方法，所述正极催化剂包括催化物质、导电物质和粘结剂；本发明提供的成型方法采用完全不同于压延法制备催化剂技术，在加压的同时，进行加热，通过调控加热和加压工艺技术参数和技术实施方案，使催化剂在热和力的共同作用下迅速固结成型，简化了空气电极催化层制备工艺，有效提高了空气电极密实度。本发明制备技术，将催化剂、多孔骨架载体和PTFE膜一体化成型，简化了金属空气电池正极的制备工艺，提高了生产效率，降低了生产成本，适合批量化生产。

技术领域

本发明涉及新能源电池材料的开发及应用技术领域，特别涉及一种镁合金空气电池的正极催化剂及其成型方法。

背景技术

镁合金空气电池的原理是利用空气中的氧气扩散到正极催化剂表层形成的“气-液-固”三相界面，在催化剂中活性物质作用下与活泼的金属镁负极发生电化学反应，放出电能。但由于催化剂一旦与电池中的电解液接触，容易造成液体渗透到催化剂的固相区域，打破“气-液-固”三相界面平衡，氧气扩散通道被淹没而无法参与反应，导致空气电池无法稳定的放电，电极寿命缩短。

目前在用的空气电池催化剂主要采用压延制备工艺，即将各种催化物质与导电材料一起混合，通过对辊机多次轧制，获得片状的催化材料，然后再与集流体、防水膜再次进行复合辊压。如在专利CN201310745120.X中，将粉末状导电碳黑、无水乙醇及聚四氟乙烯乳液混合加热搅拌在一起，经辊压机反复碾压成薄片，制得片状催化剂，再将催化剂片与不锈钢网在辊压机上辊压，即可制得微生物金属空气电池用正极片，这种反复辊压的制备工艺工序较长，成本高；专利CN201810646499.1则将混合催化剂、导电碳材料、聚四氟乙烯等物质的粉末中加入酒精，形成润湿混合粉末，再通过振动平铺设备，使其进入对辊机中，直接压制成催化膜，然后再与集流体、防水膜进行复合辊压，该方法制备的空气电池正极材料组分分布均匀、厚度一致好，但粉体间的粘合性不好，氧气扩散通道易被淹没，电极寿命受到影响。

开发空气电池正极催化剂及其适应的制备技术是提升金属空气电池电化学性能的关键，针对目前的空气电池正极催化剂密实度低导致电极服役寿命短、催化剂的制备工艺复杂和生产周期长等问题，需要开发新的催化剂及其制备技术，制备一种密实程度、透气效果和疏水性能相互平衡的催化剂，并通过相关制备成型技术，来保证该催化剂的使用效果。

发明内容

本发明提供了一种镁合金空气电池的正极催化剂及其成型方法，其目的是为了得到一种密实程度、透气效果和疏水性能相互平衡的催化剂，并通过相关制备成型技术，来保证该催化剂的使用效果。

为了达到上述目的，本发明提供了一种镁合金空气电池的正极催化剂，所述正极催化剂包括催化物质、导电物质和粘结剂；所述催化物质为Ag、AgCl、MnO₂、Cu₂Cl₂和钙钛矿中的一种或几种；所述导电物质为层状石墨、球状石墨、活性碳、乙炔黑、炭黑、碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的一种或几种；所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯腈、羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇中的一种或几种；所述催化物质、导电物质和粘结剂的质量比为10％～45％：20％～70％：5％～70％。

相对应的，本发明还提供了一种镁合金空气电池催化剂正极材料，所述正极材料由骨架载体，PTFE膜和所述正极催化剂合成；所述骨架载体包括多孔镍、多孔镀镍钢带、铜网和多孔碳纤维织物。

相对应的，本发明还提供了一种如权利要求1所述的正极催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、选择催化物质、导电物质和粘结剂；

S2、将选择好的催化物质和导电物质进行混料；

S3、将S2混合好的催化物质和导电物质加入无水乙醇中，进行搅拌，得到混合物；