CN109980237A - 一种空气阴极、其制备方法及电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种空气阴极、其制备方法及电池。空气阴极包括疏水石墨类薄膜和第一催化层，第一催化层负载于疏水石墨类薄膜的一表面。空气阴极的制备方法包括：在疏水石墨类薄膜的一表面涂覆第一催化层浆料，干燥。金属空气电池，包括空气阴极的制备方法制备得到的空气阴极。此制备方法制备得到的空气阴极，使用疏水石墨类薄膜作为集流层，能够在保持导电性和透气性的同时兼具疏水层防止电解液泄露的功能，并通过催化层的设置使其具有良好的气体传质能力和电化学反应动力学，使空气阴极的结构简单，应用于金属空气电池时催化效果更好。

Description

一种空气阴极、其制备方法及电池
技术领域
本申请涉及金属空气电池技术领域，具体而言，涉及一种空气阴极、其制备方法及电池。
背景技术
目前，燃料电池包括碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和金属空气电池等类型。其中，金属空气电池主要包括金属阳极、空气阴极及电解质等部分，核心组件空气阴极能否发挥活性往往直接决定了金属空气电池是否具有优良的电化学性能。
目前，空气阴极的主要功能层包括发挥集电作用的集流体、为三相界面电化学反应提供传质通道并防止漏液的疏水扩散层以及加快电池内部氧还原电化学反应速率的催化层，结构复杂，催化效果有待提高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种空气阴极、其制备方法及电池，不需要设置疏水层，结构简单，催化效果好。
第一方面，本申请实施例提供一种空气阴极，包括疏水石墨类薄膜和第一催化层，第一催化层负载于疏水石墨类薄膜的一表面。
使用疏水石墨类薄膜作为集流层，在保持导电及透气功能的同时兼作疏水层，使空气阴极的结构简单，可以有效增强空气传质能力，进而促进电解质与空气阴极的界面处发生的氧还原反应。
结合第一方面，在另一实施例中，疏水石墨类薄膜包括疏水石墨烯薄膜、疏水石墨薄膜和疏水石墨烯凝胶中的一种。
上述疏水石墨烯薄膜、疏水石墨薄膜和疏水石墨烯凝胶均能够通过市面上购买得到，其具有良好的导电性和透气性，同时可以发挥较好的疏水作用，应用于空气阴极也能保持较高的空气传质能力。
结合第一方面，在另一实施例中，上述空气阴极还包括第二催化层，第二催化层负载于疏水石墨类薄膜的背离第一催化层的表面。
在疏水石墨类薄膜的两面都负载有催化层，将空气阴极置于电解液中时，疏水石墨类薄膜的两表面的催化层都能够和电解液接触，因此空气阴极的催化效果更好。且由于使用疏水石墨类薄膜作为集流层，只需要一层薄膜结构就能够达到传统阴极中集流层和疏水层的双重效果，以便第一催化层和第二催化层的负载，得到的空气阴极具有较高的空气传质能力。
结合第一方面，在另一实施例中，第一催化层包括混合的碳凝胶、催化剂和粘结剂。负载催化剂的碳凝胶是提供催化反应场所的多孔导电碳骨架，呈三维孔架结构，具有较高的比表面积，可以提供较多的催化活性位点，因此碳凝胶在减小空气阴极的离子扩散动力学障碍的同时提高了阴极催化性能，并通过粘结剂实现不同颗粒间的有效连接，得到稳定的第一催化层。
可选地，催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂中的至少一种。可选地，催化剂的含量占催化剂层的30-50％。使用碳凝胶作为催化剂载体，催化剂的活性位点分布合理，得到的空气阴极的催化性能更高。
第二方面，本申请实施例提供一种空气阴极的制备方法包括：在疏水石墨类薄膜的一表面涂覆第一催化层浆料，干燥。
使用疏水石墨类薄膜替代传统的疏水层和集流层，在疏水石墨类薄膜的一表面形成第一催化层即可得到空气阴极，制备过程简单，得到的空气阴极能够满足使用需求。
结合第二方面，在另一实施例中，通过通电的方式进行干燥。可选地，干燥的时间为1-2h。
疏水石墨类薄膜具有良好的导电性和导热性，对疏水石墨类薄膜进行通电后，疏水石墨类薄膜发热，可以使第一催化层浆料内的溶剂均匀挥发，达到使第一催化层浆料涂层的表面和内部均匀受热的目的，干燥更加均匀，使空气阴极的性能较好。
结合第二方面，在另一实施例中，第一催化层浆料的制备方法包括：将碳凝胶、催化剂、溶剂和粘结剂混合均匀以后，进行固液分离得到第一催化层浆料。
上述物质在溶剂的作用下分散混合更加均匀，且碳凝胶的加入可以使第一催化层浆料的催化剂呈三维架构分布，增加催化活性位点，提高空气阴极氧还原反应的催化性能及选择性。
结合第二方面，在另一实施例中，将碳凝胶、催化剂和溶剂混合均匀以后，加入粘结剂继续混合均匀后进行固液分离得到第一催化层浆料。先使碳凝胶和催化剂均匀分散在溶剂中，加入粘结剂以后进一步分散，使第一催化层内催化颗粒负载更加均匀致密，避免碳凝胶和催化剂颗粒出现不规则团聚现象。
结合第二方面，在另一实施例中，催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂中的至少一种；可选地，粘结剂为聚四氟乙烯或/和聚偏氟乙烯。
结合第二方面，在另一实施例中，干燥之后，还包括成型的步骤；可选地，成型的方式为均压成型。使用均压成型的方式使第一催化层内部结构更加一致，活性位置沉积更加均匀，有效减小离子扩散动力学障碍。
结合第二方面，在另一实施例中，干燥之后，还包括在疏水石墨类薄膜的背离第一催化层浆料的表面涂覆第二催化层浆料，干燥。
使疏水石墨类薄膜的两表面都形成有催化层，将空气阴极置于电解液中时，疏水石墨类薄膜的两表面的催化层都能够和电解液接触，使空气阴极的催化效果更好。
结合第二方面，在另一实施例中，第二催化层浆料的制备方法包括：将导电碳填料、催化剂、溶剂和粘结剂均匀混合后进行固液分离得到第二催化层浆料。
在溶剂的作用下导电碳填料和催化剂均匀分散，且加入粘结剂后实现不同颗粒间有效连接，得到稳定的第二催化层浆料。
结合第二方面，在另一实施例中，将导电碳填料、催化剂和溶剂混合均匀以后，加入粘结剂继续混合均匀后进行固液分离得到第二催化层浆料。先使导电碳填料和催化剂均匀分散在溶剂中，加入粘结剂以后进一步分散，使颗粒间接触良好，催化剂颗粒分布较为均匀，避免发生均异性生长。
结合第二方面，在另一实施例中，导电碳填料包括活性炭、介孔碳和导电炭黑中的一种或多种。可选地，催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂中的至少一种。可选地，粘结剂选自羧甲基纤维素、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的至少一种。
第三方面，本申请实施例提供一种金属空气电池，包括上述空气阴极的制备方法制备得到的空气阴极。得到的金属空气电池的电化学性能更加优异。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例的空气阴极、其制备方法及金属空气电池进行具体说明。
空气阴极的制备方法包括如下步骤：
(1)、原料的制备。
(1.1)、第一催化层浆料的制备：
将碳凝胶、催化剂、溶剂和粘结剂混合均匀以后，进行固液分离得到第一催化层浆料。可选地，将碳凝胶、催化剂和溶剂混合均匀以后，加入粘结剂继续混合均匀后进行固液分离得到第一催化层浆料。
其中，碳凝胶为三维多孔碳材料，具有很大的比表面积，较好的电导率以及化学稳定性。碳凝胶不仅具有多孔导电碳材料的优点，还具有特殊的三维骨架结构，可以提供更多的活性位点，也就是说，碳凝胶中独特的网状孔隙用来负载催化剂，使所得的第一催化剂层的催化活性及传质能力得到增强。碳凝胶为市面上可以购买的碳凝胶，例如：天津德瑞丰凯新材料有限公司的型号为SE-C40或SE-C80的碳凝胶，可选地，碳凝胶可以是碳气凝胶，是一种低密度、高孔隙率的非晶态网络纳米碳凝胶。
催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂中的至少一种。例如：催化剂为单独的锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂或贵金属催化剂；催化剂包括锰氧化物催化剂和钙钛矿催化剂，或锰氧化物催化剂和尖晶石型催化剂，或锰氧化物催化剂和贵金属催化剂，或钙钛矿催化剂和尖晶石型催化剂，或钙钛矿催化剂和贵金属催化剂，或尖晶石型催化剂和贵金属催化剂；催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂和尖晶石型催化剂，或锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂和贵金属催化剂，或钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂；催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂。
本申请实施例中，锰氧化物催化剂为MnO2、Mn3O4、MnO(OH)、Mn2O3中的至少一种。钙钛矿催化剂为CaTiO3催化剂、LaMnO3催化剂、LaFeO3催化剂、LaCoO3催化剂、LaNiO3催化剂或者其他钙钛矿催化剂，本申请实施例不做限定。尖晶石型催化剂为镁铝尖晶石催化剂MgAl2O4、镁铁尖晶石催化剂MgFe2O4、磁铁尖晶石催化剂FeFe2O4、铁尖晶石催化剂FeAl2O4、铬铁尖晶石催化剂FeCr2O4或者其他尖晶石型催化剂，本申请实施例不做限定。贵金属催化剂为Ag或/和Pt。
粘结剂为聚四氟乙烯或/和聚偏氟乙烯。溶剂为乙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种。
详细地，将上述碳凝胶与上述催化剂置于上述溶剂中均匀混合搅拌得到第一混合物，向第一混合物中加入10-50％的上述粘结剂乳液，持续搅拌均匀得到第二混合物。第二混合物为悬浮液，将第二混合物进行真空闪蒸处理，能够实现快速均匀的固液分离，最终得到固含量为50-70％的第一催化层浆料。例如：固含量是50％、60％或70％，其中，搅拌时间一共为2-5h。固液分离可以是抽滤、过滤、离心分离或者真空闪蒸等。
(1.2)、第二催化层浆料的制备：
将导电碳填料、催化剂、溶剂和粘结剂混合后进行固液分离得到第二催化层浆料。可选地，将导电碳填料、催化剂和溶剂混合均匀以后，加入粘结剂继续混合均匀后进行固液分离得到第二催化层浆料。
其中，导电碳填料包括活性炭、介孔碳和导电炭黑中的一种或多种。其为普通多孔碳材料，能够为催化剂提供活性位点，但相对于碳凝胶来说，其活性位点相对较少，但其价格便宜，制备方法简单。
催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂中的至少一种。例如：催化剂为单独的锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂或贵金属催化剂；催化剂包括锰氧化物催化剂和钙钛矿催化剂，或锰氧化物催化剂和尖晶石型催化剂，或锰氧化物催化剂和贵金属催化剂，或钙钛矿催化剂和尖晶石型催化剂，或钙钛矿催化剂和贵金属催化剂，或尖晶石型催化剂和贵金属催化剂；催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂和尖晶石型催化剂，或锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂和贵金属催化剂，或钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂；催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂。
本申请实施例中，锰氧化物催化剂为MnO2、Mn3O4、MnO(OH)、Mn2O3中的至少一种。钙钛矿催化剂为CaTiO3催化剂、LaMnO3催化剂、LaFeO3催化剂、LaCoO3催化剂、LaNiO3催化剂或者其他钙钛矿催化剂，本申请实施例不做限定。尖晶石型催化剂为镁铝尖晶石催化剂MgAl2O4、镁铁尖晶石催化剂MgFe2O4、磁铁尖晶石催化剂FeFe2O4、铁尖晶石催化剂FeAl2O4、铬铁尖晶石催化剂FeCr2O4或者其他尖晶石型催化剂，本申请实施例不做限定。贵金属催化剂为Ag或/和Pt。
粘结剂选自羧甲基纤维素、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的至少一种。其中，羧甲基纤维素用作第二催化层浆料的粘结剂，而第一催化层浆料使用羧甲基纤维素时粘结效果有待提高，羧甲基纤维素用于连接凝胶颗粒时结合力较弱。
溶剂为乙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种。
详细地，将上述导电碳填料与上述催化剂在上述溶剂中均匀混合搅拌得到第三混合物，向第三混合物中加入10-50％的上述粘结剂乳液，持续搅拌均匀得到第四混合物。对第四混合物进行抽滤处理得到固含量为40-60％的第二催化层浆料。例如：固含量是40％、50％或60％，其中，搅拌时间一共为1-3h。固液分离可以是抽滤、过滤、离心分离或者真空闪蒸等。
第一催化层浆料的搅拌时间大于第二催化层浆料的搅拌时间，可以进一步说明，由于碳凝胶丰富的孔架结构，催化剂在其表面均匀负载的时间更长，较长的搅拌时间才能使负载催化剂的碳凝胶活性位点分布均匀，得到的第一催化层浆料催化性能更好。
(2)、空气阴极的制备。
(2.1)、集流层处理：
选择一疏水石墨类薄膜。疏水石墨类薄膜是多级多孔石墨类疏水材料，例如：可以是疏水石墨烯薄膜、疏水石墨薄膜和疏水石墨烯凝胶中的一种。其中，疏水石墨类薄膜可以是市面上可以购买的疏水石墨类薄膜。下面以疏水石墨烯薄膜为例进行说明。
先使用溶剂对疏水石墨烯薄膜进行清洗，在60-80℃的情况下烘10-30min，试通电。其中，所述溶剂为乙醇、丁醇和乙酸乙酯中的一种或多种。试通电是指将疏水石墨烯薄膜的两端分别连接正极和负极，给疏水石墨烯薄膜通电，疏水石墨烯薄膜发热。
(2.2)、第一催化层的制备：
在疏水石墨烯薄膜的一表面涂覆第一催化层浆料，干燥使疏水石墨烯薄膜的一表面形成第一催化层。可选地，催化剂的含量占第一催化层的30-50％。碳凝胶被用作催化剂载体，具有更多的活性位点，使第一催化层的催化剂负载量相对较高，所得第一催化层的性能更好。
进一步地，涂覆第一催化层浆料以后，疏水石墨烯薄膜的干燥方式为通电干燥。也就是说，继续使疏水石墨烯薄膜的两端分别连接正极和负极，给疏水石墨烯薄膜通电，疏水石墨烯薄膜发热，第一催化层浆料从内部到表面均匀受热而被烘干。可选地，通电1-2h以后，可以得到干燥的第一催化层。
干燥之后，对第一催化层进行成型。可选地，成型的方式为均压成型。比如：等静压均匀成型、振动均匀成型或挤压均匀成型等。得到较为均匀的薄膜催化层，降低阴极扩散传质阻力。其中，等静压均匀成型的压制温度为80-120℃，压制压力为2-5MPa，时间为5-8min。
具体地，采用刷膜、刮膜或者涂膜的方式将第一催化层浆料均匀涂覆在疏水石墨烯薄膜的一表面，将疏水石墨烯薄膜的两端分别连接正极和负极，并进行通电1-2h进行烘干，再对其进行等静压均压成型处理得到第一催化层。
(2.3)、第二催化层的制备：
在疏水石墨烯薄膜的背离第一催化层的表面涂覆第二催化层浆料，干燥使疏水石墨烯薄膜的背离第一催化层的表面形成第二催化层。可选地，催化剂的含量占第二催化层的3-10％。相较于第一催化层来说，第二催化层的催化剂的含量较低，在将空气阴极置于电解液中时，第一催化层距离电解槽的槽壁的距离大于第二催化层距离电解槽的槽壁的距离，也就是说，第一催化层与电解槽的槽壁之间的电解液体积大于第二催化层与电解槽的槽壁之间的电解液体积，此设计方式是根据金属空气电池的实际应用情况进行设计的。
金属空气电池包括金属阳极、电解液和空气阴极，金属阳极和空气阴极均放置于电解液中，所以，通常情况下，空气阴极不会放置在装放电解液的电解槽的中部，空气阴极会放置在靠近装放电解液的电解槽槽壁的位置，在放置的时候，保证第一催化层的远离第二催化层的一侧电解液较多，第二催化层的远离第一催化层的一侧电解液较少，使所制备的空气电极具备较为合理的双催化层，其催化性能较好。
当然，在不需要计较空气阴极成本的情况下，第二催化层也可以使用第一催化层浆料制成，得到的空气阴极的催化效果更好。
进一步地，涂覆第二催化层浆料以后，疏水石墨烯薄膜的干燥方式为通电干燥。也就是说，继续使疏水石墨烯薄膜的两端分别连接正极和负极，给疏水石墨烯薄膜通电，疏水石墨烯薄膜发热，使第二催化层由内部至表面均匀烘干。可选地，通电0.5-1.5h以后，可以得到干燥的第二催化层。其中，获得第一催化层的烘干时间为1-2h，获得第二催化层的烘干时间为0.5-1.5h，是由于第一催化层的原料中碳凝胶具有特殊的网状结构，其反应位点吸附了较多的溶剂分子，所以，其烘干时间更长。
干燥之后，对第二催化层进行成型。可选地，成型的方式为均压成型。比如：等静压均匀成型、振动均匀成型或挤压均匀成型等。第二催化层活性物质能够均匀分布在疏水石墨烯薄膜表面。其中，等静压均匀成型的压制温度为常温，压制压力为10-20MPa，时间为3-5min。
具体地，采用刷膜、刮膜或者涂膜的方式将第二催化层浆料均匀涂覆在疏水石墨烯薄膜的背离第一催化层的表面，将疏水石墨烯薄膜的两端分别连接正极和负极，并进行通电0.5-1.5h进行烘干，再对其进行等静压均压成型处理得到第二催化层。
(2.4)、空气阴极的制备：
将疏水石墨烯薄膜以及分别负载在疏水石墨烯薄膜两面的第一催化层和第二催化层进行焙烧处理，其中，焙烧的温度为300-500℃，焙烧的时间为1-3h，最终得到空气阴极。
本申请实施例中，空气阴极包括疏水石墨类薄膜、第一催化层和第二催化层，第一催化层和第二催化层分别负载于疏水石墨类薄膜的两表面。其中，第一催化层由第一催化层浆料制备得到，第一催化层包括混合的碳凝胶、催化剂和粘结剂，催化剂含量占第一催化层的30-50％。第二催化层由第二催化层浆料制备得到，第二催化层包括混合的导电碳填料、催化剂和粘结剂，催化剂含量占第二催化层的3-10％。
上述空气阴极使用疏水石墨类薄膜作为集流层，并在其两表面形成催化层，整体结构简单，一致性好，且第一催化层基于碳凝胶三维孔架结构，具有较好的气体传质能力和催化反应动力学，性能更好。
上述空气阴极可以用于金属空气电池，使金属空气电池发挥更佳的电化学性能。
实施例1
空气阴极的制备方法是：
(1)取10cm×10cm的疏水石墨烯薄膜，用乙醇进行清洗后在60℃烘30min，试通电。
(2)称取10g碳凝胶和10g二氧化锰在500ml乙醇中均匀分散，搅拌30min后加入320g 10％的聚四氟乙烯乳液，持续搅拌2h后真空闪蒸得到第一催化层浆料，将第一催化层浆料在疏水石墨烯薄膜的一表面均匀涂覆后直接通电加热1h，待烘干后在120℃下等静压成型，压力及时间分别为2MPa和8min。
(3)称取10g导电炭黑和1.5g二氧化锰在500ml乙醇中均匀分散，搅拌30min加入320g 10％的聚四氟乙烯乳液，持续搅拌1h后抽滤得到第二催化层浆料，将第二催化层浆料涂覆于疏水石墨烯薄膜的另一表面通电加热0.5h，烘干后常温下等静压成型得到电极片，压力及时间分别为10MPa和5min。
(4)将电极片在300℃焙烧3h即得空气阴极。
实施例2
(1)取10cm×10cm的疏水石墨薄膜，用丁醇清洗后在80℃烘10min，试通电。
(2)称取10g碳凝胶和10g二氧化锰在500ml乙醇中均匀分散，搅拌30min后加入90g50％的聚四氟乙烯乳液，持续搅拌5h后真空闪蒸得到第一催化层浆料，将第一催化层浆料在疏水石墨薄膜的一表面均匀涂覆后通电加热2h，待烘干后在80℃下等静压成型，压力及时间分别为5MPa和5min。
(3)称取10g导电炭黑和4g二氧化锰在500ml乙醇中均匀分散，搅拌30min加入90g50％的聚四氟乙烯乳液，持续搅拌3h后抽滤即得第二催化层浆料，再将第二催化层浆料均匀涂膜到疏水石墨薄膜的另一表面通电加热1.5h，烘干后常温下等静压成型得到电极片，压力及时间分别为20MPa和3min；
(4)将电极片在500℃焙烧1h即得空气阴极。
实施例3
(1)取10cm×10cm的疏水石墨烯凝胶，用乙酸乙酯清洗后在70℃烘20min，试通电。
(2)称取10g碳凝胶和10g银基二氧化锰在500ml丁醇中均匀分散，搅拌30min加入230g 10％的聚四氟乙烯乳液，持续搅拌3h后真空闪蒸得第一催化层浆料，将第一催化层浆料在凝胶一表面均匀涂覆并通电加热1.5h，待干后在100℃下挤压成型，压力及时间分别为3MPa和6min。
(3)称取10g导电炭黑和5g银基二氧化锰在500ml丁醇中均匀分散，搅拌30min加入23g羧甲基纤维素，持续搅拌2h抽滤得到第二催化层浆料，将第二催化层浆料均匀涂覆在疏水石墨烯凝胶的另一表面通电加热1h再常温挤压成型得到电极片，压力及时间分别为15MPa和4min；
(4)将电极片在400℃焙烧2h即得空气阴极。
实施例4
空气阴极的制备方法是：
(1)取10cm×10cm的疏水石墨烯薄膜，用乙醇进行清洗后在60℃烘30min，试通电。
(2)称取10g碳凝胶和10g二氧化锰在500ml乙醇中均匀分散，搅拌30min后加入320g 10％的聚四氟乙烯乳液，持续搅拌2h后真空闪蒸得到第一催化层浆料，将第一催化层浆料在疏水石墨烯薄膜的一表面均匀涂覆后直接通电加热1h，待烘干后在120℃下等静压成型得到电极片，压力及时间分别为2MPa和8min。
(3)将电极片在300℃焙烧3h即得空气阴极。
实施例5
空气阴极的制备方法是：
(1)取10cm×10cm的疏水石墨烯薄膜，用乙醇进行清洗后在60℃烘30min，试通电。
(2)称取10g导电炭黑和1.5g二氧化锰在500ml乙醇中均匀分散，搅拌30min加入320g 10％的聚四氟乙烯乳液，持续搅拌1h后抽滤得到第二催化层浆料，将第二催化层浆料涂覆于疏水石墨烯薄膜的表面通电加热0.5h，烘干后常温下等静压成型得到电极片，压力及时间分别为10MPa和5min。
(3)将电极片在300℃焙烧3h即得空气阴极。
实施例6
空气阴极的制备方法是：
(1)取10cm×10cm的疏水石墨烯薄膜，用乙醇进行清洗后在60℃烘30min。
(2)称取10g碳凝胶和10g二氧化锰在500ml乙醇中均匀分散，搅拌30min后加入320g 10％的聚四氟乙烯乳液，持续搅拌2h后真空闪蒸得到第一催化层浆料，将第一催化层浆料在疏水石墨烯薄膜的一表面均匀涂覆后放入鼓风干燥箱中烘干，待烘干后在120℃下等静压成型得到电极片，压力及时间分别为2MPa和8min。
(3)将电极片在300℃焙烧3h即得空气阴极。
对比例1
空气阴极的制备方法是：
(1)取10cm×10cm的铜网集流层，用乙醇进行清洗后在60℃烘30min。
(2)、在铜网集流层的一表面形成疏水层，在疏水层的背离铜网集流层的一表面涂覆实施例1提供的第一催化层浆料，放入鼓风干燥箱中烘干，待烘干后在120℃下等静压成型得到电极片，压力及时间分别为2MPa和8min。
(3)、将电极片在300℃焙烧3h即得空气阴极。
实验例1
分别将实施例1-6和对比例1制备得到的空气阴极与阳极铝板在自制测试装置中组装电池，电解液为4M的氢氧化钾水溶液，进行电化学性能测试得到表1。
表1空气阴极制备的电池的电化学性能
功率密度/mW/cm<sup>2</sup> 放电电压/V 电流密度/mA/cm<sup>2</sup>
实施例1 247 1.0062 245.5
实施例2 251.5 1.0058 250
实施例3 262.8 1.0012 262.5
实施例4 214.8 1.0106 212.5
实施例5 198.7 1.0114 196.5
实施例6 202 1.0098 200
对比例1 188.9 1.0075 187.5
从表1可以看出，与对比例1相比，使用实施例1-6提供的空气阴极制备的电池的电流密度较大，功率密度较高，说明实施例1-6提供的空气阴极制备的电池的电化学性能更佳。与实施例1-3相比，实施例4提供的空气阴极制备的电池的电流密度相对较小，功率密度相对较低，说明仅有一层碳凝胶催化剂层时，电池的电化学性能相对差一些。与实施例1-3相比，实施例5提供的空气阴极制备的电池的电流密度和功率密度相对较低，说明仅有一层普通催化剂层时，电池的电化学性能更差。与实施例6相比，实施例4提供的空气阴极制备的电池的电流密度和功率密度略高，说明使用通电的方式进行催化层浆料的干燥时，电池的电化学性能更好。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种空气阴极，其特征在于，包括疏水石墨类薄膜和第一催化层，所述第一催化层负载于所述疏水石墨类薄膜的一表面。
2.根据权利要求1所述的空气阴极，其特征在于，所述疏水石墨类薄膜包括疏水石墨烯薄膜、疏水石墨薄膜和疏水石墨烯凝胶中的一种。
3.根据权利要求1所述的空气阴极，其特征在于，还包括第二催化层，所述第二催化层负载于所述疏水石墨类薄膜的背离所述第一催化层的表面。
4.根据权利要求1-3任一项所述的空气阴极，其特征在于，所述第一催化层包括混合的碳凝胶、催化剂和粘结剂；
可选地，所述催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂中的至少一种；
可选地，所述催化剂的含量占所述第一催化层的30-50％。
5.一种空气阴极的制备方法，其特征在于，包括：在疏水石墨类薄膜的一表面涂覆第一催化层浆料，干燥。
6.根据权利要求5所述的空气阴极的制备方法，其特征在于，所述第一催化层浆料的制备方法包括：将碳凝胶、催化剂、溶剂和粘结剂混合均匀以后，进行固液分离得到所述第一催化层浆料；
可选地，将所述碳凝胶、所述催化剂和所述溶剂混合均匀以后，加入所述粘结剂继续混合均匀后进行固液分离得到所述第一催化层浆料；
可选地，所述催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂中的至少一种；
可选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯或/和聚偏氟乙烯。
7.根据权利要求5所述的空气阴极的制备方法，其特征在于，所述干燥包括：通过通电的方式进行干燥；
可选地，所述干燥的时间为1-2h。
8.根据权利要求5所述的空气阴极的制备方法，其特征在于，所述干燥之后，还包括成型的步骤；
可选地，所述成型的方式为均压成型。
9.根据权利要求5所述的空气阴极的制备方法，其特征在于，所述干燥之后，还包括在所述疏水石墨类薄膜的背离所述第一催化层浆料的表面涂覆第二催化层浆料，干燥；
可选地，所述第二催化层浆料的制备方法包括：将导电碳填料、催化剂、溶剂和粘结剂混合后进行固液分离得到所述第二催化层浆料；
可选地，将所述导电碳填料、所述催化剂和所述溶剂混合均匀以后，加入所述粘结剂继续混合均匀后进行固液分离得到所述第二催化层浆料；
可选地，所述导电碳填料包括活性炭、介孔碳和导电炭黑中的一种或多种；
可选地，所述催化剂包括锰氧化物催化剂、钙钛矿催化剂、尖晶石型催化剂和贵金属催化剂中的至少一种；
可选地，所述粘结剂选自羧甲基纤维素、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的至少一种。
10.一种金属空气电池，其特征在于，包括权利要求5-9任一项所述的空气阴极的制备方法制备得到的空气阴极。
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