CN114976043A - 制备空气电极的方法、空气电极以及金属燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了制备空气电极的方法、空气电极以及金属燃料电池。包括：提供第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层，将第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层设置在集流体的两侧，且分别在集流体和第一预成型防水透气层之间、集流体和第二预成型防水透气层之间设置导电粘接层浆料，将预成型催化层设置在第二预成型防水透气层远离集流体的一侧表面以获得预成型空气电极，对预成型空气电极进行压合处理以获得空气电极半成品，对空气电极半成品进行热处理以获得空气电极。由此，可较为简便的制得一种具有较优结构稳定性和导电性的空气电极。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，具体地，涉及制备空气电极的方法、空气电极以及金属燃料电池。
背景技术
金属燃料电池是一种将储存于金属(如镁，铝，锌等金属)内的化学能直接转换为电能的发电装置，其具有比能量高、使用寿命长、搁置无自放电等优点，是一种绿色环保的新能源。金属燃料电池一般由空气电极(正极)，金属负极和电解液(中性或碱性水溶液)组成；其中空气电极是核心部件，其作用机理是在有碱性或者中性水溶液的条件下，将空气中的氧气催化后生产OH-，其性能直接关系到电池的工作效率和工作寿命，因此对空气电极生产制备技术的研发一直是金属燃料电池的研究重点，但是现有的空气电极在使用过程中会有冒汗、催化层脱落等问题的发生。
因此，目前的制备空气电极的方法、空气电极以及金属燃料电池仍有待改进。
发明内容
本申请是基于发明人对以下问题的发现而做出的：
相关技术中的空气电极一般由催化层、防水透气层和集流体三部分构成，其中防水透气层的作用是保证电池在工作时，在保证电池内部电解液不泄露的前提下，使得空气中的氧气能够透过空气电极进入到电池内部，催化层的作用则是将渗透到电池内部的氧气催化生成OH-，同时释放出电能，而集流体则是将分散在电极表面的电流收集在一起，最后通过极耳输出到电池外部。目前制备空气电极通常采用辊压工艺，即制得防水透气层和催化层的薄膜后，再与集流体进行复合。发明人发现，通过相关技术中的辊压工艺制备的空气电极，在使用过程中，防水透气层与催化层或者防水透气层与集流体等会出现局部鼓泡或者分层，致使电极催化性能下降或者失效，电解液也会通过空气电极边缘逐渐渗透到防水透气层和集流体之间的缝隙中，导致空气电极的透气性和集流体的导电性下降，致使空气电极的催化效率下降直至报废。发明人发现发生上述问题的原因主要与空气电极的结构，成型方式以及制备过程中的热处理工艺有关。
本申请旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
在本申请的一个方面，本申请提出了一种制备空气电极的方法，包括：提供第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层，将所述第一预成型防水透气层和所述第二预成型防水透气层设置在集流体的两侧，且分别在所述集流体和所述第一预成型防水透气层之间、所述集流体和所述第二预成型防水透气层之间设置导电粘接层浆料，将预成型催化层设置在第二预成型防水透气层远离所述集流体的一侧表面以获得预成型空气电极，对所述预成型空气电极进行压合处理以获得空气电极半成品，对所述空气电极半成品进行热处理以获得空气电极。由此，可较为简便的制得一种具有较优结构稳定性和导电性的空气电极。
根据本发明的实施例，提供预成型防水透气层包括：提供防水透气层浆料，对所述防水透气层浆料进行辊压处理以获得预成型防水透气层半成品，对所述预成型防水透气层半成品进行烘干处理以获得所述预成型防水透气层；所述防水透气层浆料包括：导电剂、粘结剂和溶剂，其中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一。由此，可通过粘结剂进一步提高空气电极的结构稳定性。
根据本发明的实施例，在所述预成型防水透气层和所述集流体之间设置有导电粘接层浆料包括：提供所述导电粘接层浆料，将所述导电粘接层浆料设置在所述预成型防水透气层和所述集流体之间。由此，可通过导电粘接层的设置提高空气电极的结构稳定性和导电性。
根据本发明的实施例，将所述导电粘接层浆料设置在所述预成型防水透气层和所述集流体之间包括：在将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层的一侧表面之前，将所述集流体浸泡在所述导电粘接层浆料中；或者在将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层的一侧表面之前，在所述第一预成型防水透气层的一侧表面涂覆所述导电粘接层浆料，将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层具有所述导电粘接层浆料的一侧表面，在所述集流体远离所述第一预成型防水透气层的一侧表面涂覆所述导电粘接层浆料。由此，可通过较为简便的方法在预成型防水透气层和集流体之间设置导电粘接层。
根据本发明的实施例，所述导电粘接层浆料包括：导电剂、粘结剂和溶剂，其中，所述溶剂为水和乙醇的混合物，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一，所述导电剂包括金属粉末，所述金属粉末包括银粉，镍粉，镀银镍粉，铜粉，镀银铜粉以及镀银铝粉中的至少之一。由此，可通过导电剂和粘结剂进一步提高空气电极的结构稳定性和导电性。
根据本发明的实施例，所述金属粉末的粒径为0.1微米-10微米。由此，可进一步提高导电粘接层的导电性能。
根据本发明的实施例，所述导电粘接层浆料满足以下条件的至少之一：所述导电剂的重量份为50-70重量份，所述粘结剂的重量份为10-20重量份，所述乙醇的重量份为5-10重量份，所述水的重量份为10-20重量份。由此，可进一步提高导电粘接层与相邻膜层间的粘结力。
根据本发明的实施例，提供所述预成型催化层包括：提供预成型催化层浆料，对所述预成型催化层浆料进行辊压处理以获得预成型催化层半成品，对所述预成型催化层半成品进行烘干处理以获得所述预成型催化层；所述预成型催化层浆料包括催化剂、导电剂、粘结剂和溶剂，其中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一。由此，可提高催化层与第二预成型防水透气层间的粘结力。
根据本发明的实施例，所述催化剂包括贵金属催化剂或者碳材料负载贵金属催化剂中的至少之一。由此，可进一步提高催化层的热稳定性。
根据本发明的实施例，所述碳材料负载贵金属催化剂中的所述碳材料包括乙炔黑、碳黑或者乙炔黑和碳黑的混合物中的至少之一，所述碳材料负载贵金属催化剂中的所述贵金属催化剂为银。
根据本发明的实施例，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液与氟乙烯丙烯共聚物乳液的混合物，所述粘结剂中氟乙烯丙烯共聚物乳液与聚四氟乙烯乳液的质量比为(1:99)～(1:1)。由此，可进一步提高催化层与第二预成型防水透气层间的粘结力。
根据本发明的实施例，所述压合处理为平板压合，所述压合处理的压强为10-20MPa。由此，可令多个预成型膜层贴合在一起形成空气电极半成品。
根据本发明的实施例，所述热处理包括第一热处理和第二热处理。由此，可令空气电极半成品形成空气电极。
根据本发明的实施例，所述第一热处理的温度为260-280℃。由此，可去除空气电极中残留的亲水性物质。
根据本发明的实施例，所述第一热处理的时间为1-3h。由此，可提高空气电极中残留的亲水性物质的去除效果。
根据本发明的实施例，所述第二热处理的温度为290-340℃。由此，可提高空气电极的结构稳定性。
根据本发明的实施例，所述第二热处理的时间为10-20min。由此，可进一步提高空气电极的结构稳定性。
根据本发明的实施例，在对所述空气电极半成品进行热处理以获得所述空气电极之后，进一步包括：对所述空气电极进行密封处理，所述密封处理包括：在所述空气电极的侧边设置密封胶，对所述密封胶进行第三热处理以令所述密封胶固化形成密封结构，并令所述密封结构覆盖所述空气电极的上表面和下表面的边缘部分。由此，可通过密封结构进一步提高空气电极的使用稳定性。
根据本发明的实施例，所述密封处理包括：将所述空气电极放置在注塑模具中，并在所述注塑模具中注入密封胶，通过注塑成型以形成所述密封结构。由此，可较为简便的制得密封结构。
根据本发明的实施例，所述密封胶包括环氧树脂、有机硅、聚氨酯、丙烯酸酯、橡胶以及橡胶状化合物中的至少之一。由此，可进一步提高密封结构的密封性。
根据本发明的实施例，所述第三热处理的温度为70-200℃。由此，可进一步提高密封结构的密封性。
根据本发明的实施例，所述第三热处理的时间为15min-2h。由此，可进一步提高密封结构的密封性。
根据本发明的实施例，所述注塑成型的塑料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯以及聚酰胺中的至少之一。由此，可进一步提高密封结构的密封性。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种空气电极，包括：第一防水透气层，第一导电粘接层，所述第一导电粘接层位于所述第一防水透气层的一侧；集流体，所述集流体位于所述第一导电粘接层远离所述第一防水透气层的一侧，第二导电粘接层，所述第二导电粘接层位于所述集流体远离所述第一导电粘接层的一侧，第二防水透气层，所述第二防水透气层位于所述第二导电粘接层远离所述集流体的一侧，催化层，所述催化层位于所述第二防水透气层远离所述第二导电粘接层的一侧，其中，所述第一导电粘接层和所述第二导电粘接层至少部分地嵌入所述集流体中，且所述第一导电粘接层至少部分地嵌入所述第一防水透气层中，所述第二导电粘接层至少部分地嵌入所述第二防水透气层中，所述第一导电粘接层和所述第二导电粘接层中具有孔道结构。由此，可提高空气电极的结构稳定性和导电性。
根据本发明的实施例，所述第一导电粘接层和所述第二导电粘接层分别独立地包括导电剂和粘结剂。由此，可进一步提高空气电极的结构稳定性和导电性。
根据本发明的实施例，所述粘结剂包括聚四氟乙烯，氟乙烯丙烯共聚物，聚偏氟乙烯中的至少之一，导电剂包括金属粉末，金属粉末包括银粉，镍粉，镀银镍粉，铜粉，镀银铜粉以及镀银铝粉中的至少之一，由此，可通过导电剂和粘结剂进一步提高空气电极的结构稳定性和导电性。
根据本发明的实施例，导电剂中金属粉末的粒径不受特别限制，例如，导电剂中金属粉末的粒径范围可以为0.1微米-10微米。由此，可进一步提高导电粘接层的导电性能。
根据本发明的实施例，进一步包括：密封结构，所述密封结构覆盖所述空气电极的侧边以及上表面和下表面的边缘部分。由此，可进一步提高空气电极的结构稳定性。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种金属燃料电池，包括：负极片，绝缘隔膜，所述绝缘隔膜位于所述负极片的一侧，正极片，所述正极片为空气电极，所述空气电极为通过前面所述的方法制备的空气电极。由此，该金属燃料电池具有前面所述的方法所具有的全部特征及优点，在此不再赘述。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的制备空气电极的方法的流程示意图；
图2显示了根据本发明的又一个实施例的制备空气电极的方法的流程示意图；
图3显示了根据本发明一个实施例的空气电极的结构示意图；
图4显示了相关技术中的空气电极的结构示意图；
图5显示了根据本发明一个实施例的空气电极的部分结构示意图；
图6显示了图5中的空气电极在AA’截面处的结构示意图；
图7显示了根据本发明一个实施例的空气电极的数码照片；
图8显示了根据本发明一个实施例的串联电池组的数码照片；
图9显示了根据本发明一个实施例的电堆测试装置的结构示意图；
图10显示了根据本发明一个实施例的电堆放电曲线；
图11显示了相关技术中一个实施例的电堆放电曲线；
图12显示了相关技术中一个实施例的充放电循环后的集流体剖面数码照片。
附图标记说明：
100：集流体；110：极耳；210：第一导电粘接层；220：第二导电粘接层；310：第一防水透气层；320：第二防水透气层；400：催化层；500：密封结构。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备空气电极的方法，该方法采用先通过压合处理形成空气电极半成品，再通过热处理形成空气电极的工艺，有效改善了空气电极的韧性较差，强度较低，疏水性较差等性能问题，从而解决了空气电极中存在的催化层发脆、龟裂、脱落、电极冒汗，渗液等问题。
为了方便理解，下面对该制备空气电极的方法可以实现上述有益效果的原理进行简单说明：
相关技术中空气电极的制备工艺主要为辊压工艺和涂布工艺。其中辊压工艺主要包括：分别制备出薄膜状的防水透气层和催化层，再将防水透气层，催化层以及集流体共同压合后制得空气电极，其中，由于催化层中的催化剂在高温下易发生变性或者催化层中的导电剂在高温容易被氧化或催化层中的粘结剂容易老化分解，故通常将防水透气层单独做热处理后，再与集流体、催化层压合后制备直接形成空气电极。辊压工艺制备空气电极虽然工序相对繁琐，但是催化剂和导电剂的可选择性较高，电极的生产制造成本较低。参考图4，相关技术中的通常将集流体100’，防水透气层(310’和320’)，催化层400’，以防水透气层310’-集流体100’-防水透气层320’-催化层400’的排布机械地压合在一起，即集流体被包裹在两层防水透气层之间，但是由于该种空气电极中各层结构仅是机械的压合在一起，在使用环境较为恶劣情况下，防水透气层与催化层间或者防水透气层与集流体间会出现局部鼓泡、分层等现象，或是防水透气层出现冒汗、渗液的现象，导致催化层、防水透气层和集流体之间的电流传导路径被切断，致使电极催化性能下降或者失效。
发明人发现，防水透气层与催化层间或者防水透气层与集流体间会出现局部鼓泡或者分层现象的原因是：相关技术中进行压合处理时，如采用平板硫化机进行压合处理时，首先要将待压合的催化层，防水透气层，集流体依次平铺在平板上，然后通过上下施加压力将催化层，防水透气层，集流体压合为一个整体，压合时在一个平面上难以保证各处受压一致，出现电极表面受力不均，其中局部受力较小。当空气电极在使用时受到热冲击或者因外力产生“拉伸-收缩”的变化时，这些在压合过程中受压较小的区域就会出现分层，鼓泡的情况；如采用开炼机进行压合处理时，需将催化层，防水透气层，集流体依次铺好后，放入两个压辊之间，通过两个压辊转动施加压力，使将催化层，防水透气层，集流体压合为一个整体，但在压合时压辊会对空气电极有拉扯作用，导致防水透气层的微观结构发生变化，防水透气层内部的微孔变形扩大，致使空气电极的强度降低，极易出现冒汗、渗液的情况。发明人还发现，空气电极长期在高温和强碱性的环境下工作时，催化层会逐渐失去韧性，发脆，龟裂然后从电极上脱落下来。电极使用过程中电解液还会通过电极边缘逐渐渗透到防水透气层和集流体之间的缝隙中。在采用该电极的电池处于停止工作的状态下，电解液干燥可形成KOH等结晶体，进而使得集流体和其他膜层脱离，导致电极的透气性和集流体的导电性下降，致使空气电极的催化效率下降直至报废。不论是采用类似平板硫化机之类的设备还是开炼机之类的设备，其所进行的压合处理过程均为机械压合，空气电极内部各层结构之间的粘结程度均较低。
在本申请中，参考图3，发明人通过在防水透气层(包括第一防水透气层310和第二防水透气层320)与集流体100之间增加导电粘接层(包括第一导电粘接层210和第二导电粘接层220)，并通过在防水透气层、催化层400以及导电粘接层中引入了同一种粘结剂，并通过先压合处理，后热处理的工艺，使得催化层400、防水透气层、导电粘接层、以及集流体100先机械压合在一起，再通过热处理工艺使得粘结剂处于半熔融状态，令催化层、防水透气层、导电粘接层之间的粘结剂发生相互交联，使得催化层与防水透气层，防水透气层与导电粘接层之间结合地更为紧密，层与层之间的电阻更小，进而有利于整体提高空气电极的电导率。由于集流体为多孔网状结构，位于集流体两侧的导电粘接层可通过集流体的孔洞后相互交联，将集流体包裹在两层导电粘接层之间，而位于集流体两侧的导电粘接层又分别与两层防水透气层相交联，这样既提高了防水透气层与集流体之间的交联强度，又有效减少了集流体与防水透气层之间的间隙，有效避免在恶劣工况下防水透气层与集流体之间发生分离，有利于提高空气电极的导电率。由此，通过导电粘接层的设置以及粘结剂的层间粘结作用，提高了催化层与防水透气层，防水透气层与导电粘接层、集流体之间的粘结程度，进而提高了空气电极的结构稳定性。总言之，通过该制备空气电极的方法有效改善了空气电极的韧性、强度、疏水性等性能，解决了空气电极中催化层发脆、龟裂、脱落，防水透气层脱落、分层、表面冒汗、渗液等问题。
具体地，参考图1，该制备空气电极的方法包括以下步骤：
S100：提供第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层
根据本发明的一些实施例，在该步骤提供预成型防水透气层，提供预成型防水透气层的方法不受特别限制，例如，提供预成型防水透气层包括：提供防水透气层浆料，对防水透气层浆料进行辊压处理以获得预成型防水透气层半成品，对预成型防水透气层半成品进行烘干处理以获得预成型防水透气层。经过辊压处理的防水透气层浆料为薄膜状，表面具有尺寸合适的微孔，便于进行后续的压合处理。
根据本发明的一些实施例，防水透气层浆料的组成不受特别限制，例如，防水透气层浆料可以包括：导电剂、粘结剂和溶剂，其中，导电剂可以为疏水碳材料，粘结剂可以为疏水性粘结剂，具体地，粘结剂可以包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一，其中，粘结剂优选聚四氟乙烯乳液。由此，可通过导电剂提高防水透气层的疏水性和导电性，通过粘结剂提高防水透气层与催化层和导电粘接层之间的结合力。
根据本发明的一些实施例，提供第二预成型防水透气层的方法与前述提供第一预成型防水透气层的方法可以一致，在此不再赘述。
S200：将第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层设置在集流体的两侧，且分别在集流体和第一预成型防水透气层之间、集流体和第二预成型防水透气层之间设置导电粘接层浆料
根据本发明的一些实施例，在该步骤将第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层设置在集流体的两侧，，集流体为多孔金属材料，集流体的种类不受特别限制，例如，形成集流体的材料可以包括冲压镍网、镍网、铜网以及镀银铜网中的至少之一。
根据本发明的一些实施例，在该步骤中在第一预成型防水透气层和集流体之间以及第二预成型防水透气层和集流体之间设置导电粘接层浆料。具体地，在预成型防水透气层和集流体之间设置有导电粘接层浆料可以包括：提供导电粘接层浆料，将导电粘接层浆料设置在预成型防水透气层和集流体之间。
根据本发明的一些实施例，将导电粘接层浆料设置在预成型防水透气层和集流体之间的方法不受特别限制，例如，将导电粘接层浆料设置在预成型防水透气层和集流体之间可以包括：在将集流体设置在第一预成型防水透气层的一侧表面之前，将集流体浸泡在导电粘接层浆料中；或者在将集流体设置在第一预成型防水透气层的一侧表面之前，在第一预成型防水透气层的一侧表面涂覆导电粘接层浆料，将集流体设置在第一预成型防水透气层涂覆有导电粘接层浆料的一侧表面，在集流体远离第一预成型防水透气层的一侧表面再次涂覆导电粘接层浆料，最后再将第二预成型防水透气层设置在集流体远离第一预成型防水透气层的一侧。由此，即可令集流体的两侧表面均具有导电粘接层浆料，便于后续进行第一导电粘接层和第二导电粘接层的制备成型。
根据本发明的一些实施例，导电粘接层浆料的组成不受特别限制，例如，导电粘接层较量可以包括：导电剂、粘结剂和溶剂，溶剂可以为水和乙醇的混合物，粘结剂可以包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一，导电剂可以为金属粉末，具体地，导电剂可以包括银粉，镍粉，镀银镍粉，铜粉，镀银铜粉以及镀银铝粉中的至少之一，其中，粘结剂优选为聚四氟乙烯乳液，导电剂优选为银粉。导电剂在提高导电粘接层的导电性的同时，还可以填充导电粘接层上的缝隙，提高导电粘接层的结构均一性，并且，由于在防水透气层和导电粘接层中采用同一种粘结剂，防水透气层和导电粘接层间的粘结剂可发生交联，进而提高空气电极的结构稳定性。
根据本发明的一些实施例，导电剂中金属粉末的粒径不受特别限制，例如，导电剂中金属粉末的粒径范围可以为0.1微米-10微米。由此，可进一步提高导电粘接层的导电性能。
根据本发明的一些实施例，制备导电粘接层浆料的方法不受特别限制，例如，制备导电粘接层浆料的方法可以包括：先取定量的水，将水加入粘结剂乳液中，搅拌均匀以将粘结剂稀释至所需浓度，再加入定量的导电剂，充分搅拌使得导电剂均匀分散在具有粘结剂的水溶液中，再缓慢加入乙醇，剧烈搅拌后再放入高速分散机中分散，直至导电粘接层浆料呈糊状即可。
根据本发明的一些实施例，导电粘接层浆料中各组分的重量份不受特别限制，例如，导电粘接层浆料应满足以下条件的至少之一：导电剂的重量份为50-70重量份，粘结剂的重量份为10-20重量份，乙醇的重量份为5-10重量份，水的重量份为10-20重量份。当导电粘接层浆料中粘结剂的重量份小于10重量份时，导电粘接层浆料中粘结剂的含量较少，与相邻的导电粘接层以及防水透气层间的粘结效果较差，无法起到提高层间结合力的作用，当导电粘接层浆料中粘结剂的重量份大于20重量份时，导电粘接层浆料黏度过大，在预成型防水透气层与集流体间设置导电粘接层浆料时操作较为复杂，且形成的导电粘接层中形成的气孔较小，不利于气体的通过。当导电粘接层浆料中乙醇的重量份小于5重量份时，搅拌配置导电层浆料时会产生大量气泡，粘结剂中有效成分无法很好的絮凝，配置的浆料粘结性差，不好刷涂，当导电粘接层浆料中乙醇的重量份大于10重量份时，粘结剂中的有效成分会快速絮凝，导致浆料的流动性差，另外后续高温去除乙醇的热处理工艺所需要的时间较长，对电极损害较大，而残留的乙醇会使得空气电极的疏水性能变差，导致渗液、冒汗现象的发生。
S300：将预成型催化层设置在第二预成型防水透气层远离集流体的一侧表面
根据本发明的一些实施例，在该步骤获得预成型空气电极，提供预成型催化层的方法包括：提供预成型催化层浆料，对预成型催化层浆料进行辊压处理以获得预成型催化层半成品，对预成型催化层半成品进行烘干处理以获得预成型催化层；预成型催化层浆料包括催化剂、导电剂、粘结剂和溶剂，其中，粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一。当采用上述材料作为粘结剂时，可有效避免粘结剂在高温下老化分解，可通过在防水透气层、导电粘接层和催化层中采用同一种粘结剂，进而提高空气电极层间的结合力。
根据本发明的一些实施例，为避免催化层中催化剂在高温热处理下失效，催化剂需要采用具有较好耐高温性能的催化剂材料，例如，催化剂可以包括贵金属催化剂或者碳材料负载贵金属催化剂中的至少之一，具体地，碳材料负载贵金属催化剂中的碳材料可以包括乙炔黑、碳黑或者乙炔黑和碳黑的混合物中的至少之一，碳材料负载贵金属催化剂中的贵金属催化剂可以为银。当采用上述材料作为催化剂时，可有效避免催化剂在高温下变性，进而导致催化层失效的问题发生。
根据本发明的一些实施例，粘结剂的种类不受特别限制，例如，粘结剂可以为聚四氟乙烯乳液与氟乙烯丙烯共聚物乳液的混合物，其中，粘结剂中氟乙烯丙烯共聚物乳液与聚四氟乙烯乳液的质量比可以为(1:99)～(1:1)。
S400：对预成型空气电极进行压合处理
根据本发明的一些实施例，在该步骤将预成型催化层，第一预成型防水透气层，两侧均具有导电粘接层浆料的集流体以及第二预成型防水透气层压合以获得空气电极半成品
根据本发明的一些实施例，压合处理的方法不受特别限制，例如，压合处理可以为平板压合，压合处理的压强也不受特别限制，例如，压合处理的压强范围可以为10-20MPa。当压合处理的压强小于10MPa时，压合效果较差，层与层之间结合效果较弱，不利于进行后续交联反应的发生，当压合处理的压强大于20MPa时，虽压合效果较好，但由于压合压强过大，防水透气层上所具有的微孔受压发生变形、扩大，致使空气电极的强度降低，极易出现冒汗、渗液的情况。
S500：对空气电极半成品进行热处理
根据本发明的实施例，在该步骤对经过压合处理的空气电极半成品进行热处理以获得空气电极，具体地，热处理包括第一热处理和第二热处理，其中第二热处理的温度高于第一热处理的温度。通过第一热处理可使得空气电极半成品内部残留的水分、溶剂如乙醇等、粘结剂乳液中的表面活性剂等一系列亲水性成分挥发，进而提高空气电极的疏水性和强度。通过第二热处理可使得预成型导电粘接层、预成型催化层、预成型防水透气层中的粘结剂处于半熔融状态，具有一定的流动性，在此状态下的粘结剂能够包覆导电剂、催化剂等固体颗粒，使得最终获得的防水透气层、催化层的强度、韧性和疏水性更好，电极的导电性也相应的得以提高。此外，由于薄膜状的预成型防水透气层先经过压合处理后，再经过热处理，故在热处理过程中，经过压合处理的预成型防水透气层中的微孔会因受热发生一定程度上的还原，进而使得电极具有更好的透气性。
根据本发明的一些实施例，第一热处理的温度不受特别限制，只要能使得空气电极中的杂质充分挥发即可，例如，第一热处理的温度范围为260-280℃。当第一热处理的温度处于上述温度范围内时，第一热处理的温度远高于空气电极内部残留的水分、溶剂、表面活性剂等杂质成分的沸点，可有效提高空气电极的疏水性和强度。
根据本发明的一些实施例，第一热处理的时间不受特别限制，例如，第一热处理的时间可以为1-3h。当第一热处理的时间处于上述时间范围内时，有利于杂质成分的充分挥发。
根据本发明的一些实施例，第二热处理的温度不受特别限制，只要能令粘结剂处于半熔融状态即可。例如，第二热处理的温度范围为290-340℃。当第二热处理的温度处于上述温度范围内时，粘结剂处于半熔融状态，并未将空气电极内部的透气孔道堵塞，未造成空气电极透气性的降低。
根据本发明的一些实施例，第二热处理的时间不受特别限制，例如，第二热处理的时间范围可以为10-20min。当第二热处理的时间处于上述时间范围内时，既有利于粘结剂处于半熔融状态，实现防水透气层与催化层，防水透气层与导电粘接层之间的相互交联，又不会因为处理时间过程导致粘结剂处于完全熔融态，导致空气电极内部的透气孔道发生堵塞。
为了提高空气电极的密封性，避免在电极使用过程中发生电解液通过电极边缘逐渐渗透到空气电极内部的现象发生，参考图2，在对空气电极半成品进行热处理以获得空气电极之后，可进一步包括：
S600：对空气电极进行密封处理
发明人发现，在相关技术中的空气电极的使用过程中，电解液会通过电极边缘逐渐渗透到防水透气层与集流体之间的缝隙中，长期使用后，电解液中的电解质在防水透气层与集流体之间的缝隙中结晶膨胀，使得防水透气层与集流体之间被电解质结晶颗粒撑开，而且电解质结晶颗粒还会堵塞防水透气层上用于气体通过的微孔，最终使得空气电极的透气性和导电性都发生显著下降。在本申请中，发明人通过在空气电极周边设置密封结构，有效避免了上述问题的发生。
根据本发明的一些实施例，密封处理的方法不受特别限制，例如，密封处理可以包括：在空气电极的侧边设置密封胶，对密封胶进行第三热处理以令密封胶固化形成密封结构，并令密封结构覆盖空气电极的上表面和下表面的边缘部分。由此，即可令密封结构覆盖空气电极的侧边部分，使得电解液无法从空气电极的边缘渗入防水透气层与集流体之间。
根据本发明的一些实施例，密封处理的方法不受特别限制，例如，密封处理可以包括：将空气电极放置在注塑模具中，并在注塑模具中注入密封胶，通过注塑成型以形成密封结构。由此，即可令密封结构覆盖空气电极的侧边部分，使得电解液无法从空气电极的边缘渗入防水透气层与集流体之间。
需要特别说明是，空气电极上一般与集流体同层设置有极耳，作为空气电极充放电时的接触点，本领域技术人员可以理解的是，在进行密封处理时，不应当覆盖空气电极侧边极耳所在的部分，以便于进行后续电池的装配和连接。
根据本发明的一些实施例，密封胶的种类不受特别限制，例如，密封胶包括环氧树脂、有机硅、聚氨酯、丙烯酸酯、橡胶以及橡胶状化合物中的至少之一。通过上述材料设置形成的密封结构可有效地的避免电解液从空气电极的侧边渗入空气电极内部。
根据本发明的一些实施例，第三热处理的温度和时间均不受特别限制，只要能使得密封胶发生固化即可。例如，第三热处理的温度范围可以为70-200℃，第三热处理的时间可以为15min-2h。由此，使得密封剂较好的发生固化，形成密封效果良好的密封结构。并且，经过第三热处理后的空气电极结构也得到了类似于“老化”处理，使得空气电极的内部结构更加稳定，相较于未经过密封处理的空气电极，即未经过第三热处理的空气电极而言，电极衰减速率明显降低，使用寿命明显增长。
根据本发明的一些实施例，注塑成型的塑料不受特别限制，例如，注塑成型的塑料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯以及聚酰胺中的至少之一。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种空气电极，参考图3，包括：第一防水透气层310，第一导电粘接层210，第一导电粘接层210位于第一防水透气层310的一侧；集流体100，集流体100位于第一导电粘接层210远离第一防水透气层310的一侧，第二导电粘接层220，第二导电粘接层220位于集流体100远离第一导电粘接层210的一侧，第二防水透气层320，第二防水透气层320位于第二导电粘接层220远离集流体100的一侧，催化层400，催化层400位于第二防水透气层320远离第二导电粘接层220的一侧，其中，第一导电粘接层210和第二导电粘接层220至少部分地嵌入集流体100中，且第一导电粘接层210至少部分地嵌入第一防水透气层310中，第二导电粘接层220至少部分地嵌入第二防水透气层320中，第一导电粘接层210和第二导电粘接层220中具有孔道结构。通过在防水透气层与集流体之间增加导电粘接层，防水透气层与导电粘接层之间结合的更为紧密，层与层之间的电阻更小，空气电极的电导率得以提高。并且，由于集流体为多孔网状结构，位于集流体两侧的第一导电粘接层和第二导电粘接层可通过集流体的孔洞后相互交联，将集流体包裹在两层导电粘接层之间，而位于集流体两侧的导电粘接层又分别与两层防水透气层相交联，这样既提高了防水透气层与集流体之间的交联强度，又有效减少了集流体与防水透气层之间的间隙，有效避免在恶劣工况下防水透气层与集流体之间发生分离，有利于提高空气电极的导电率，并且第一导电粘接层和第二导电粘接层中又分别具有孔道结构，对于空气电极的透气率也所有提升。
需要特别说明的是，该空气电极可以是通过前面的制备空气电极的方法所制备的空气电极。
根据本发明的一些实施例，第一导电粘接层和第二导电粘接层的组成不受特别限制，例如，第一导电粘接层和第二导电粘接层分别独立地包括导电剂和粘结剂。导电剂可以有效提高导电粘接层的导电性，粘结剂可以有效的提高第一导电粘接层与第二导电粘接层之间、第一导电粘接层与第一防水透气层之间、第二导电粘接层与第二防水透气层之间的粘结程度，提高层间的结合力，进而提高空气电极整体的结构稳定性。
根据本发明的一些实施例，防水透气层和催化层的组成不受特别限制，例如，防水透气层和催化层中可分别独立地包括粘结剂，其中粘结剂均可以与导电粘接层中的粘结剂相同，由此，可通过在防水透气层、催化层、导电粘接层中引入同一种粘结剂，使得催化层、防水透气层、导电粘接层之间的粘结剂发生相互交联，提高空气电极的层间结合力，进而提高空气电极整体的结构稳定性。
根据本发明的一些实施例，导电粘接层中的粘结剂的种类不受特别限制，例如，粘结剂可以包括聚四氟乙烯，氟乙烯丙烯共聚物，聚偏氟乙烯中的至少之一，优选为聚四氟乙烯。根据本发明的另一些实施例，导电粘接层中的导电剂的种类不受特别限制，例如，导电剂可以为金属粉末，具体地，导电剂可以包括银粉，镍粉，镀银镍粉，铜粉，镀银铜粉以及镀银铝粉中的至少一种，其中，导电粘接层中的粘结剂优选为聚四氟乙烯乳液，导电粘接层中的导电剂优选为银粉。导电剂在提高导电粘接层的导电性的同时，还可以填充导电粘接层上的缝隙，提高导电粘接层的结构均一性，由于在防水透气层和导电粘接层中采用同一种粘结剂，防水透气层和导电粘接层间的粘结剂可发生交联，进而提高空气电极的结构稳定性。
根据本发明的一些实施例，导电剂中金属粉末的粒径不受特别限制，例如，导电剂中金属粉末的粒径范围可以为0.1微米-10微米。由此，可进一步提高导电粘接层的导电性能。
根据本发明的一些实施例，空气电极的结构不受特别限制，例如，参考图5和图6，空气电极进一步包括：密封结构500，密封结构500覆盖空气电极的侧边以及上表面和下表面的边缘部分。
在本申请的又一方面，本申请提出了一种金属燃料电池，包括：负极片，绝缘隔膜，绝缘隔膜位于负极片的一侧，正极片，正极片为空气电极，空气电极为通过前述的方法制备的空气电极。由此，该金属燃料电池具有前述的方法所具有的全部特征及优点，在此不再赘述。
下面通过具体的实施例对本申请的方案进行说明，需要说明的是，下面的实施例仅用于说明本申请，而不应视为限定本申请的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：
1、提供预成型防水透气层
量取100g乙炔黑和900mL浓度为95％乙醇，然后将乙醇均匀的倒入乙炔黑中，搅拌5min，使乙炔黑和乙醇混合均匀；再量取167g质量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液(PFTE)，均匀的倒入乙炔黑和乙醇的混合物中，搅拌5min，使PTFE与乙炔黑、乙醇混合均匀，得到防水透气层浆料。
将开炼机的双辊温度控制在35℃-40℃，辊速控制在8-10转/分钟，双辊辊距控制在4mm-5mm；将防水透气层浆料放入开炼机中，反复辊压和折叠，直至防水透气层浆料逐渐变成具备一定的硬度的片状物料，然后逐步调小双辊辊距，将片状物料逐步辊压成0.5mm-0.6mm的薄膜，即得到预成型防水透气层。将预成型防水透气层放入鼓风干燥箱中，在65℃～75℃下烘烤2小时，然后取出来裁剪成所需形状待用。
第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层均采用上述方法制备。
2、提供预成型催化层
量取50g碳载银催化剂和270mL浓度为95％乙醇，然后将乙醇均匀的倒入碳载银催化剂中，搅拌5min，使催化剂和乙醇混合均匀；再量取36g质量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液(PFTE)，均匀的倒入催化剂和乙醇的混合物中，搅拌5min，使PTFE与催化剂、乙醇混合均匀，得到粘稠状的催化层浆料。
将开炼机的双辊温度控制在40℃-45℃，辊速控制在12-14转/分钟，双辊辊距控制在2mm-3mm；将催化层浆料放入开炼机中，反复辊压和折叠，直至催化层混合物逐渐变成具备一定的硬度的片状物料，然后逐步调小双辊辊距，将片状物料逐步辊压成0.2mm-0.25mm的薄膜，即得到预成型催化层。将预成型催化层放入鼓风干燥箱中，在65℃～75℃下烘烤1小时，然后取出来裁剪成所需形状待用。
3、提供导电粘接层浆料
称取8g质量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液(PFTE)和10g去离子水，然后将去离子水倒入PTFE中，搅拌均匀；再称取72g镀银镍粉(粒径为1um-10um)，倒入PTFE的水溶液中，搅拌均匀，得到混合物；称取8g浓度为95％乙醇，然后将乙醇缓慢加入到上述混合物中，搅拌均匀，然后用高速分散机，以1000转/分钟的速度，搅拌分散5min，最后得到糊状物料，即为导电粘接层浆料。
4、提供密封处理用密封剂
称取10g ABS塑料颗粒(本色或黑色，无添加物)，再称取50g乙酸乙酯；取一个带密封盖子的玻璃容器，将ABS塑料可以倒入玻璃容器中，再加入乙酸乙酯；使用玻璃棒搅拌5min后，将盖子盖好，密封放置24h后再打开，继续使用玻璃棒搅拌5min-10min，最后得到粘稠的溶液，即为密封剂。
5、制备空气电极步骤如下：
制备预成型空气电极以及空气电极半成品：取一张预成型防水透气层平铺好作为第一预成型防水透气层，然后取适量的导电粘接层浆料，用刮刀将导电粘接层浆料均匀的涂布在第一预成型防水透气层表面，涂布浆料的厚度控制在0.2mm-0.5mm之间。取一块平整的不锈钢板，然后在钢板上平铺3张A4纸，将涂布了导电粘接层浆料的第一预成型防水透气层平铺在A4纸上，然后依次平铺上镍网(集流体)、第二预成型防水透气层、预成型催化层、3张A4纸，即得到预成型空气电极，再将预成型空气电极放入平板硫化机中，施压15MPa的压力，压合10s后取出，将A4纸小心的剥离掉，即得到空气电极半成品。
对空气电极半成品进行热处理：将预成型空气电极平铺在托盘中，放入高温鼓风烘箱中进行第一热处理，第一热处理温度为270℃，时间为2h，然后再将温度快速升温到300℃进行第二热处理，时间为15min，随后空气电极半成品快速取出，即得到空气电极。
对空气电极进行密封处理：将空气电极裁剪成合适的形状，然后放入特制的模具中夹好。将制备的密封剂均匀的倒入模具中，静置1h后将电极取出，再放入鼓风干燥箱中，在85℃下烘烤3h，然后取出冷却后即得到具有密封结构的空气电极。
实施例2：
1、提供预成型防水透气层
量取100g乙炔黑和900mL浓度为95％乙醇，然后将乙醇均匀的倒入乙炔黑中，搅拌5min，使乙炔黑和乙醇混合均匀；再量取167g质量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液(PFTE)，均匀的倒入乙炔黑和乙醇的混合物中，搅拌5min，使PTFE与乙炔黑、乙醇混合均匀，得到防水透气层浆料。
将开炼机的双辊温度控制在35℃-40℃，辊速控制在8-10转/分钟，双辊辊距控制在4mm-5mm；将防水透气层浆料放入开炼机中，反复辊压和折叠，直至防水透气层浆料逐渐变成具备一定的硬度的片状物料，然后逐步调小双辊辊距，将片状物料逐步辊压成0.5mm-0.6mm的薄膜，即得到预成型防水透气层。将预成型防水透气层放入鼓风干燥箱中，在65℃～75℃下烘烤2小时，然后取出来裁剪成所需形状待用。
第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层均采用上述方法制备。
2、提供预成型催化层
量取50g碳载银催化剂和270mL浓度为95％乙醇，然后将乙醇均匀的倒入碳载银催化剂中，搅拌5min，使催化剂和乙醇混合均匀；再量取36g质量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液(PFTE)，均匀的倒入催化剂和乙醇的混合物中，搅拌5min，使PTFE与催化剂、乙醇混合均匀，得到粘稠状的催化层浆料。
将开炼机的双辊温度控制在40℃-45℃，辊速控制在12-14转/分钟，双辊辊距控制在2mm-3mm；将催化层浆料放入开炼机中，反复辊压和折叠，直至催化层浆料逐渐变成具备一定的硬度的片状物料，然后逐步调小双辊辊距，将片状物料逐步辊压成0.2mm-0.25mm的薄膜，即得到预成型催化层。将预成型催化层放入鼓风干燥箱中，在65℃～75℃下烘烤1小时，然后取出来裁剪成所需形状待用。
3、提供导电粘接层浆料
称取6g质量浓度为60％的聚四氟乙烯乳液(PFTE)，4g质量浓度为50％的聚全氟乙丙烯乳液(FEP)和12g去离子水，然后将去离子水、PTFE、FEP混合均匀；再称取70g银粉(粒径1um-10um)，倒入FEP和PTFE的水溶液中，搅拌均匀，得到混合物；称取8g浓度为95％乙醇，然后将乙醇缓慢加入到上述混合物中，搅拌均匀，然后用高速分散机，以1000转/分钟的速度，搅拌分散5min，最后得到糊状物料，即为导电粘接层浆料。
4、制备空气电极步骤如下：
制备预成型空气电极以及空气电极半成品：取一张预成型防水透气层平铺好作为第一预成型防水透气层，然后取适量的导电粘接层浆料，用刮刀将导电粘接层浆料均匀的涂布在第一预成型防水透气层表面，涂布浆料的厚度控制在0.2mm-0.5mm之间。取一块平整的不锈钢板，然后在钢板上平铺3张A4纸，将涂布了导电粘接层浆料的防水层平铺在A4纸上，然后依次平铺上镍网(集流体)、第二预成型防水透气层、催化层、3张A4纸，即得到预成型空气电极，再将预成型空气电极放入平板硫化机中，施压15MPa的压力，压合10s后取出，将A4纸小心的剥离掉，即得到空气电极半成品。
对空气电极半成品进行热处理：将预成型空气电极平铺在托盘中，放入高温鼓风烘箱中进行第一热处理，第一热处理的温度为270℃，时间为2h，然后再将温度快速升温到300℃进行第二热处理，时间为15min，随后将空气电极半成品快速取出，即得到空气电极。
对空气电极进行密封处理：将空气电极裁剪成合适的形状，然后放入特制的注塑模具中，使用PP+20％GF(玻璃纤维)颗粒为密封剂，用卧式注塑机将密封剂注塑到空气电极周边，冷却后取出，然后放入鼓风干燥箱中，在85℃～90℃下烘烤1小时，然后取出来，冷却后即得到具有密封结构的空气电极。
对比例1：
对比例1与实施例2保持一致，所不同的，未提供导电粘接层浆料，未设置第一导电粘接层和第二导电粘接层。
制备空气电极步骤如下：取一块平整的不锈钢板，然后在钢板上平铺3张A4纸，然后依次平铺上实施例2中制备的第一预成型防水透气层、镍网(集流体)、第二预成型防水透气层、实施例2中制备的预成型催化层、3张A4纸，再放入平板硫化机中，施压15MPa的压力，压合10s后取出，将A4纸小心的剥离掉。将压合好的样品平铺在托盘中，放入高温鼓风烘箱中；将烘箱温度快速升温到270℃，保温2h，然后将电极快速取出，即得到空气电极。
结果表明：实施例2制备的空气电极(正极)如图7所示，采用该空气电极组装5个单体电池，然后串联成如图8所示的电池组，采用如图9所示装置进行放电测试。测试过程中使用6mol/L的KOH溶液为电极液，控制电解液温度在60℃～65℃之间，使用3mm厚的Al-In-Sn-Mg合金板为铝电极(负极)。调整负载，控制放电电流密度为180mA/cm2，进行恒流放电，铝电极消耗完后，更换铝电极和电极液，然后再开始测试。测试过程中记录放电电压，如图10所示，电堆放电测试接近100h后，电压基本没有衰减。
采用对比例1中的空气电极组装成5个单体电池，然后串联成5个与图8相类似的电池组，然后用图9所示装置进行放电测试。测试过程中使用6mol/L的KOH溶液为电极液，控制电解液温度在60℃～65℃之间，使用3mm厚的Al-In-Sn-Mg合金板为铝电极(负极)。调整负载，控制放电电流密度为180mA/cm2，进行恒流放电，铝电极消耗完后，更换铝电极和电极液，然后再开始测试。测试过程中记录放电电压，如图11所示，电堆放电测试接近35h时，电压已经有了明显的衰减，放电测试到47小时后，峰值电压由开始时的6.1V衰减到5.6V。参见图12，将该电堆中的单体电池的空气电极中间部分裁剪下来，然后沿着集流体剥离开，发现集流体中已经渗入了大量的电解液，即电解液已经渗透进入了防水透气层与集流体之间。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (17)
1.一种制备空气电极的方法，其特征在于，包括：
提供第一预成型防水透气层和第二预成型防水透气层，
将所述第一预成型防水透气层和所述第二预成型防水透气层设置在集流体的两侧，且分别在所述集流体和所述第一预成型防水透气层之间、所述集流体和所述第二预成型防水透气层之间设置导电粘接层浆料，
将预成型催化层设置在第二预成型防水透气层远离所述集流体的一侧表面以获得预成型空气电极，
对所述预成型空气电极进行压合处理以获得空气电极半成品，
对所述空气电极半成品进行热处理以获得空气电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供预成型防水透气层包括：提供防水透气层浆料，对所述防水透气层浆料进行辊压处理以获得预成型防水透气层半成品，对所述预成型防水透气层半成品进行烘干处理以获得所述预成型防水透气层；
所述防水透气层浆料包括：导电剂、粘结剂和溶剂，
其中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述预成型防水透气层和所述集流体之间设置导电粘接层浆料包括：提供所述导电粘接层浆料，将所述导电粘接层浆料设置在所述预成型防水透气层和所述集流体之间；
任选地，将所述导电粘接层浆料设置在所述预成型防水透气层和所述集流体之间包括：在将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层的一侧表面之前，将所述集流体浸泡在所述导电粘接层浆料中；或者
在将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层的一侧表面之前，在所述第一预成型防水透气层的一侧表面涂覆所述导电粘接层浆料，将所述集流体设置在所述第一预成型防水透气层具有所述导电粘接层浆料的一侧表面，在所述集流体远离所述第一预成型防水透气层的一侧表面涂覆所述导电粘接层浆料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述导电粘接层浆料包括：导电剂、粘结剂和溶剂，
其中，所述溶剂为水和乙醇的混合物，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一，所述导电剂包括金属粉末，所述金属粉末包括银粉，镍粉，镀银镍粉，铜粉，镀银铜粉以及镀银铝粉中的至少之一；
任选地，所述金属粉末的粒径为0.1微米-10微米。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述导电粘接层浆料满足以下条件的至少之一：
所述导电剂的重量份为50-70重量份；
所述粘结剂的重量份为10-20重量份；
所述乙醇的重量份为5-10重量份；
所述水的重量份为10-20重量份。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述预成型催化层包括：提供预成型催化层浆料，对所述预成型催化层浆料进行辊压处理以获得预成型催化层半成品，对所述预成型催化层半成品进行烘干处理以获得所述预成型催化层；
所述预成型催化层浆料包括催化剂、导电剂、粘结剂和溶剂，
其中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯乳液，氟乙烯丙烯共聚物乳液，聚偏氟乙烯乳液中的至少之一。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括贵金属催化剂或者碳材料负载贵金属催化剂中的至少之一；
优选地，所述碳材料负载贵金属催化剂中的所述碳材料包括乙炔黑、碳黑或者乙炔黑和碳黑的混合物中的至少之一，所述碳材料负载贵金属催化剂中的所述贵金属催化剂为银。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液与氟乙烯丙烯共聚物乳液的混合物，所述粘结剂中氟乙烯丙烯共聚物乳液与聚四氟乙烯乳液的质量比为(1:99)～(1:1)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压合处理为平板压合，所述压合处理的压强为10-20MPa。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理包括第一热处理和第二热处理；
任选地，所述第一热处理的温度为260-280℃；
任选地，所述第一热处理的时间为1-3h；
任选地，所述第二热处理的温度为290-340℃；
任选地，所述第二热处理的时间为10-20min。
11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，在对所述空气电极半成品进行热处理以获得所述空气电极之后，进一步包括：对所述空气电极进行密封处理，
所述密封处理包括：在所述空气电极的侧边设置密封胶，对所述密封胶进行第三热处理以令所述密封胶固化形成密封结构，并令所述密封结构覆盖所述空气电极的上表面和下表面的边缘部分；
任选地，所述密封处理包括：将所述空气电极放置在注塑模具中，并在所述注塑模具中注入密封胶，通过注塑成型以形成所述密封结构。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述密封胶包括环氧树脂、有机硅、聚氨酯、丙烯酸酯、橡胶以及橡胶状化合物中的至少之一；
任选地，所述第三热处理的温度为70-200℃；
任选地，所述第三热处理的时间为15min-2h。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述注塑成型的塑料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯以及聚酰胺中的至少之一。
14.一种空气电极，其特征在于，包括：
第一防水透气层，
第一导电粘接层，所述第一导电粘接层位于所述第一防水透气层的一侧；
集流体，所述集流体位于所述第一导电粘接层远离所述第一防水透气层的一侧，
第二导电粘接层，所述第二导电粘接层位于所述集流体远离所述第一导电粘接层的一侧，
第二防水透气层，所述第二防水透气层位于所述第二导电粘接层远离所述集流体的一侧，
催化层，所述催化层位于所述第二防水透气层远离所述第二导电粘接层的一侧，
其中，所述第一导电粘接层和所述第二导电粘接层至少部分地嵌入所述集流体中，且所述第一导电粘接层至少部分地嵌入所述第一防水透气层中，所述第二导电粘接层至少部分地嵌入所述第二防水透气层中，
所述第一导电粘接层和所述第二导电粘接层中具有孔道结构。
15.根据权利要求14所述的空气电极，其特征在于，所述第一导电粘接层和所述第二导电粘接层分别独立地包括导电剂和粘结剂；
任选地，所述粘结剂包括聚四氟乙烯，氟乙烯丙烯共聚物，聚偏氟乙烯中的至少之一，所述导电剂包括金属粉末，所述金属粉末包括银粉，镍粉，镀银镍粉，铜粉，镀银铜粉以及镀银铝粉中的至少之一；
任选地，所述金属粉末的粒径为0.1微米-10微米。
16.根据权利要求14所述的空气电极，其特征在于，进一步包括：密封结构，所述密封结构覆盖所述空气电极的侧边以及上表面和下表面的边缘部分。
17.一种金属燃料电池，其特征在于，包括：
负极片，
绝缘隔膜，所述绝缘隔膜位于所述负极片的一侧，
正极片，所述正极片为空气电极，所述空气电极为通过权利要求1-13任一项所述的方法制备的空气电极。
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| JPS59180973A (ja) * | 1983-03-30 | 1984-10-15 | Toshiba Battery Co Ltd | 電池用ガス拡散電極の製造法 |
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| CN111180746A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-19 | 蔚蓝(广东)新能源科技有限公司 | 空气电极的制备方法及金属-空气电极 |
| CN111326830A (zh) * | 2018-12-13 | 2020-06-23 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种金属/空气电池 |
-
2021
- 2021-08-19 CN CN202110956762.9A patent/CN114976043A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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