專利名稱：干嵌式空氣電極制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)和電池制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是空氣電極干嵌式工藝，可實 現(xiàn)空氣電極批量化生產(chǎn)，并且能達到空氣電極電性能均勻一致。
背景技術(shù)：
金屬空氣電池比能量高，工作電壓平穩(wěn)，容量大，無污染，原材料來源豐富易得，價 格低廉有其它化學(xué)電源不可替代優(yōu)勢，金屬空氣電池核心問題是空氣電極(氧電極)，要 求空氣電極具有高孔隙率，孔分布均勻，透氣性好，同時具有良好防滲透能力和氧的催化能 力。如何滿足以上要求制造空氣電極，通過大量試驗和探索，實現(xiàn)干嵌法制作空氣電極，從 材料配比，混合材料制備，采用干嵌成型法，形成空氣電極制造技術(shù)核心。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種干嵌式金屬空氣電池中空氣電極制造方法，從基礎(chǔ)材料選擇， 材料配方，材料初制備，干嵌滾壓，合成軋制，燒結(jié)成型，實現(xiàn)空氣電極批量生產(chǎn)，保證空氣 電極孔分布均勻一致，透氣性好，憎水性高，滿足動力型金屬空氣電池或燃料電池應(yīng)用。本發(fā)明專利優(yōu)點是1.金屬空氣電池中空氣電極采用干嵌法生產(chǎn)的空氣電極，孔隙率高，透氣性能好， 功率輸出特性好。單位放電密度150mA/cm2以上(對鋅電極1. OV以上)。2.從材料選型，材料配方，材料合成制備，干嵌滾壓合成軋制，燒結(jié)成型，實現(xiàn)空氣 電極批量化生產(chǎn)，并且能保證產(chǎn)品的一致性。選用材料豐富易得。3.生產(chǎn)過程中無污染，無排放。如

圖1所示，本發(fā)明專利空氣電極是由1.防水層(導(dǎo)電層)2.集流體3.催化層 三部分組成。1.防水層由聚四氟乙烯樹脂與乙炔黑導(dǎo)電劑等材料制成。2.集流體采用鍍銀銅拉網(wǎng)式鎳拉網(wǎng)。3.催化層由活性炭、乙炔黑、二氧化錳、金屬氧化物、聚四氟乙烯樹脂等材料制成。采用干嵌法，把防水材料嵌入集流體網(wǎng)孔內(nèi)滾壓，保證集流體內(nèi)部和表面兩側(cè)都 敷著上防水材料后，滾碾到0. 8mm，與催化材料一起滾壓制成0. 8mm厚空氣電極，放入電阻 爐中，在350°C爐溫中燒結(jié)20分鐘，自然冷卻，干嵌法空氣電極制造完成。80X50mm空氣電 極兩塊，粘貼在8mm寬塑料殼兩側(cè)(空氣電極有效面積7X4X2 = 56cm2)負極采用80g鋅 粉壓制成80 X 50 X 3. 5鋅電極，放入貼有空氣電極塑料殼中，加入濃度6N/L氫氧化鉀溶液 50mL，靜置20分鐘后，自然條件下進行電性能測試。如圖2所示1-殼體2-正極3-隔膜4-鋅極5-堿液6_上蓋測試結(jié)果
開路電壓1. 48V
權(quán)利要求
干嵌式空氣電極防水材料選擇和配比方案250目乙炔黑 50％～60％JF 4TM聚四氟乙烯樹脂(懸浮細粉) 30％～20％TX 10分散劑 20％在280℃ 320℃混合均質(zhì) 45分鐘。
2.干嵌式防水材料制備，防水材料混合均質(zhì)后，在干燥箱中+75°C干燥2小時，球磨機 中球磨1小時，干嵌式防水材料制備完成。
3.催化材料選擇配比方案200目活性炭65% 75%電解二氧化錳15% 10%氧化鍶5% 2%JF-4TM聚四氟乙烯樹脂(懸浮細粉)10% 8% TX-10分散劑5%在280 V -300 V混合均質(zhì)45分鐘。
4.干嵌式催化材料制備，催化材料混合均質(zhì)后，在干燥箱中+75°C干燥2小時，球磨機 中球磨2小時，干嵌式催化材料制備完成。
5.20目銅鍍銀拉網(wǎng)上平鋪防水材料干粉，在溫度240°C對輥機上進行第一次滾碾轉(zhuǎn)速 15轉(zhuǎn)/分，平鋪防水材料干粉，在溫度350°C對輥機上進行第二次滾碾轉(zhuǎn)速10轉(zhuǎn)/分，防水 材料均勻地與集流體(銅拉網(wǎng))粘接一體后，按厚度要求進行第三次滾碾軋制。
6.軋制好防水電極上平鋪催化材料干粉，在溫度280°C對輥機上進行第一次滾碾轉(zhuǎn)速10 轉(zhuǎn)/分，平鋪催化材料干粉，在溫度300°C對輥機上進行第二次滾碾，并按厚度要求軋制完成。
7.干嵌式空氣電極軋制后，進行惰性氣體保護下350°C電阻爐中燒結(jié)，此溫度下軋制 定型(定型轉(zhuǎn)速3轉(zhuǎn)/分)，干嵌式空氣電極制造完成。
8.按權(quán)利要求1所述干嵌式空氣電極所用防水材料選擇是必備方案，其中聚四氟乙烯 樹脂采用懸浮干粉，可用含固量60%聚四氟乙烯乳液替代，但要添加凝固劑。
9.按權(quán)利要求2干嵌式空氣電極所用防水材料制備中，工藝過程和工藝參數(shù)是關(guān)鍵， 合成材料帶有粘性并且有初纖維化。
10.按權(quán)利要求3，4所述干嵌式空氣電極所用催化材料選擇、配比、制備是核心技術(shù)， 按照此配方和工藝才能使得干嵌時催化材料均勻平鋪在防水層上，厚度 >密度均勻一致，也 可用預(yù)先滾制催化膜與防水層一起軋制成型。
11.按權(quán)利要求5所述，防水材料在專用送料機上平鋪在銅網(wǎng)上，通過高溫下三次滾 碾，使防水材料在聚四氟乙烯纖維作用下，銅網(wǎng)兩側(cè)都有防水材料包裹，并且在網(wǎng)孔內(nèi)填充 滿與銅網(wǎng)交聯(lián)為一體。
12.權(quán)利要求6所述初步完成防水層的空氣電極在專用送料機上平鋪催化材料干粉， 通過一次滾碾得到，催化層平均厚度0. 20mm均勻一層，在電池工作中形成良好三相界面。
13.權(quán)利要求7所述干嵌式空氣電極軋制完成后，進入電阻爐燒結(jié)，燒結(jié)過程中在軋機 上進行，軋制轉(zhuǎn)速3轉(zhuǎn)/分，保證干嵌式空氣電極中材料密度均勻一致，同時在高溫下除去 分散劑，并且能使聚四氟乙烯材 熔融交聯(lián)，增加電極強度和韌性，提高干嵌式空氣電極壽
全文摘要
本發(fā)明公開一種金屬空氣電池中空氣電極(氧電極)干嵌式制造方法。金屬空氣電池是由空氣電極(氧電極)、金屬負極、堿性電解液、隔膜、外殼等部分構(gòu)成，空氣電極作為金屬空氣電池中的正極，是該電池的核心部分，空氣電極放電達到一定指標，放電電流密度＞150mA/cm2、極化電位(對鋅電極)＞1.0V時，金屬空氣電池才能達到動力型電池基本技術(shù)要求，干嵌式方法制造出的空氣電極透氣性高，防滲漏能力強，耐久性好，并且保證批量化生產(chǎn)空氣電極的一致性。如圖所示，本發(fā)明空氣電極是由1.防水層(導(dǎo)電層)2.集流體3.催化層三部分組成。
文檔編號H01M12/06GK101986449SQ200910157308
公開日2011年3月16日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者劉偉春 申請人:劉偉春