[发明专利]一种镁基金属空气电池正极用锰系催化材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种镁基金属空气电池正极用锰系催化材料及其制备方法，所述正极催化材料由电化学活性锰基氧化物和导电碳基材料组成，并通过有机粘结剂调整整个催化材料的成形性和粘性，可以根据实际使用效果，通过三者配比不同，有效调控催化材料的活性和导电性。所述制备方法采用同时加压和加热的烧结方式，可以使催化物质与导电物质实现充分结合，提高正极材料在电化学反应时的催化效果，并且可以有效调控正极材料的密实度，延长锰系催化材料的使用时间。通过该方法制备的锰系催化材料在电化学放电过程中，催化性能稳定，效果明显，而且整个催化材料不涉及贵金属元素，催化材料成本低，生产效率高，适合工业化批量生产。

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，特别涉及一种镁基金属空气电池的正极用锰系催化材料及其制备方法。

背景技术

金属空气电池是以金属或合金作为负极活性物质，空气中的氧通过气体扩散电极到达气-固-液界面，与金属反应而放出电能。与传统电池相比，金属空气电池原材料丰富、无毒、无害、不污染环境、寿命长、可靠性高、使用安全等诸多优势，被称为是“面向21世纪的绿色能源”。与传统锂电池、铅酸电池等电源相比，金属空气电池具有能量密度高(约是锂电池的10倍)，放电电压稳定，电流密度大，无需充电等特点；镁基金属空气电池是将镁合金制备成电池负极材料，活性化合物作为正极材料，利用水作为电解质实现激活放电，将化学能转化成电能释放出来。具有能量密度高(能量密度达到2800Wh/Kg)、干态存储寿命长、质量轻、使用安全等优点。具有电化学反应的活性效果的正极催化材料在镁基金属空气电池中起到重要的作用，正极材料需要具有很强的催化性能、优良的导电能力、强的空气透过性、极高的疏水性能和较长的使用寿命。因此，研究和开发镁基金属空气电池正极材料的配方及其制备技术，提升正极材料各成分组元的催化能力，提高正极材料的整体电化学反应的催化性能，是实现镁基金属空气电池实际应用的关键。

针对金属空气电池的正极材料，目前主要集中在针对锌基、铝基负极材料对应的正极催化剂材料的研制中。ZL201110427690.5公开了一种用La、Ca、Sr、Co、Mn组成的La_1-XA_XBO₃类型的化合物用作正极催化材料，是由多个金属元素构成的催化材料；类似的专利ZL201710196460.X则采用氮掺杂石墨烯和尖晶石AB₂O₄，其中，A为Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种元素，B为Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的两种元素，这类催化材料采用固定类型的化合物机构形式，通过改变组成化合物的元素实现催化剂的改变；专利ZL201510356571.3采用的是具有催化效果的贵金属元素和碳纳米管结合制成正极材料，该方法是将碳纳米管制成网络结构，然后在其中放入粒径是1～10纳米的Ru、Pt、Pd、Au、Rh及Ag等贵金属材料中的一种或几种，再用金属网、碳纤维织物层、碳纳米管纸、石墨烯层、石墨烯-碳纳米管复合层或裂解碳层做成集流体获得正极催化材料；ZL201520441574.2针对上述催化材料设计了碳纳米管的平行结构；专利ZL201610351845.4设计构建了四种合金化合物类型的铝空气电池正极催化剂，包括有银-锰(Ag-Mn)、银-钴(Ag-Co)、银-三元材料(Ag-NCM)、银-钴-三元材料(Ag-Co-NCM)，这四类材料是将贵金属催化材料与常用电池正极材料相结合，为提升性能、降低成本所采用的方法。