CN107317068B - 一种可充放电的金属空气电池阳极基体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它包括至少一层泡沫层；所述泡沫层的厚度为0.1～10mm，其孔隙率为70～98％，其材质为Ni、Cu、NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiFe或Ti；它还包括形成在所述泡沫层表面的不导电层，所述不导电层为金属氧化层或多孔聚合物膜层。通过在泡沫层上形成不导电层，当它与阴极、电解质组装成金属空气电池后可以避免其内产生枝晶，从而有效提高其使用寿命和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于金属空气电池领域，涉及一种阳极基体，具体涉及一种可充放电的金属空气电池阳极基体。
背景技术
金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池。金属空气电池以活泼的金属作为阳极，具有安全、环保、能量密度高等诸多优点。具有良好的发展和应用前景，甚至被寄予厚望替代当前新能源汽车主要的动力电池类型一锂离子动力电池。制作金属空气电池，可选用的原材料比较丰富。目前已经取得研究进展的金属空气电池主要有铝空气电池、镁空气电池、锌空气电池、锂空气电池等。这几种类型的金属空气电池有的已经具备大规模量产的条件，有的还停留在实验室阶段，有的已经在电动汽车方面取得良好的应用成果，并即将大规模装载新能源车辆。
然而，现有的金属空气电池阳极基体通常不能同时进行充放电。例如锌空气电池，它的负极(即阳极，通常是锌板或锌粒)被氧化成氧化锌而失效后，一般采用直接更换阳极和电解质的方法，使锌空气得到完全更新。而且金属空气电池在使用过程中会产生枝晶而产生短路的风险。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种可充放电的金属空气电池阳极基体。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它包括至少一层泡沫层；所述泡沫层的厚度为0.1～10mm，其孔隙率为70～98％，其材质为Ni、Cu、NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiFe或Ti；它还包括形成在所述泡沫层表面的不导电层，所述不导电层为金属氧化层或多孔聚合物膜层。
优化地，所述泡沫层的孔隙率为75～95％。
优化地，所述多孔聚合物膜层的材质为PP、PVC或PC。
进一步地，所述多孔聚合物膜层的厚度为0.05～1mm。
更进一步地，所述多孔聚合物膜层通过热压复合的方式形成在所述泡沫层表面。
进一步地，所述热压复合具体为：将所述多孔聚合物膜层加热至260～280℃，用辊轴对其进行挤压使其覆设在所述泡沫层表面，随后将其置于水中进行急冷。
优化地，所述金属氧化层的材质为二氧化钛或二氧化锆。
进一步地，所述金属氧化层通过化学沉积的方式形成在所述泡沫层表面。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明可充放电的金属空气电池阳极基体，通过在泡沫层上形成不导电层，当它与阴极、电解质组装成金属空气电池后可以避免其内产生枝晶，从而有效提高其使用寿命和稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1中放大至单位为50μm的泡沫锌电极材料的枝晶形貌图；
图2为本发明实施例2中放大至单位为50μm的泡沫锌电极材料的枝晶形貌图；
图3为本发明对比例1中放大至单位为50μm的泡沫锌电极材料的枝晶形貌图；
具体实施方式
本发明可充放电的金属空气电池阳极基体，它包括至少一层泡沫层；所述泡沫层的厚度为0.1～10mm，其孔隙率为70～98％，其材质为Ni、Cu、NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiFe或Ti；它还包括形成在所述泡沫层表面的不导电层，所述不导电层为金属氧化层或多孔聚合物膜层。这样当阳极基体与阴极、电解质组装成金属空气电池后可以避免其内产生枝晶，从而有效提高其使用寿命和稳定性。
所述泡沫层的孔隙率为75～95％。所述多孔聚合物膜层的材质为PP(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)或PC(聚碳酸酯)，其厚度小于泡沫层的厚度，优选为0.05～1mm，孔隙率通常为20～80％。多孔聚合物膜层通过热压复合的方式形成在所述泡沫层表面，具体优选为：将所述多孔聚合物膜层加热至260～280℃，用辊轴对其进行挤压使其覆设在所述泡沫层表面，随后将其置于水中进行急冷。而金属氧化层的材质为二氧化钛或二氧化锆，它优选通过化学沉积的方式形成在所述泡沫层表面。
下面将结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它包括一层厚度是2mm的泡沫镍(泡沫镍常规的物理参数为面密度(250～450)±30g/m2，纵向抗拉强度≥40N/20mm，横向抗拉强度≥30N/20mm，孔隙率约为90％)以及形成在泡沫层表面的不导电层；不导电层为沉积在泡沫层表面的二氧化钛，具体制备方法为：将200g泡沫镍的底面浸入异丙醇中，在超声条件下通过注射器向其中添加正丁醇钛30ml(推注5分钟)，并加热至60℃；取出用异丙醇和水交替洗涤3次后，置于烘箱中干燥后即可。
实施例2
本实施例提供一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它的结构和制备方法与实施例1中的基本一致，不同的是：泡沫层的孔隙率为70％。
实施例3
本实施例提供一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它的结构和制备方法与实施例1中的基本一致，不同的是：泡沫层的孔隙率为98％。
实施例4
本实施例提供一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它的结构和制备方法与实施例1中的基本一致，不同的是：泡沫层的孔隙率为75％。
实施例5
本实施例提供一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它的结构和制备方法与实施例1中的基本一致，不同的是：泡沫层的孔隙率为95％。
实施例6
本实施例提供一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它的结构和制备方法与实施例1中的基本一致，不同的是：不导电层采用多孔的聚丙烯(PP，孔隙率约为50％)进行热压，具体是将多孔聚丙烯(PP)加热至280℃，用辊轴对其进行挤压，随后置于30℃的水中进行急冷即可。
实施例7
本实施例提供一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它的结构和制备方法与实施例6中的基本一致，不同的是：不导电层采用多孔的聚丙烯(PP，孔隙率约为50％)进行热压，具体是将多孔聚丙烯(PP)加热至260℃，用辊轴对其进行挤压，随后置于30℃的水中进行急冷即可。
对比例1
本实施例提供一种可充放电的金属空气电池阳极基体，它仅包括一层厚度是10mm的泡棉镍(泡棉镍常规的物理参数为面密度(250～450)±30g/m2，纵向抗拉强度≥40N/20mm，横向抗拉强度≥30N/20mm，孔隙率约为90％)。
将实施例1、6和对比例1中制得的阳极基体分别与相同的空气电极、电解液6mol/L氢氧化钠溶液组装成金属空气电极进行电化学测试，它们放电过程中的容量分别为550mAh、680mAh和450mAh，并且放电性能有明显下降分别约在4.5小时、3.5小时和2小时处。从图1(实施例1的)和图2(实施例2的)中并未观察到明显的镍晶枝；而图3(对比例1的)中则有明显的镍晶枝生成。而实施例2-5的电化学性能与实施例1并无显著区别，同样的实施例7与实施例6的电化学性能也无显著区别。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种可充放电的金属空气电池阳极基体，其特征在于：它包括至少一层泡沫层；所述泡沫层的厚度为2mm，其孔隙率为90％，其材质为泡沫Ni；它还包括形成在所述泡沫层表面的不导电层，所述不导电层为经热压的多孔聚丙烯，所述热压是将所述聚丙烯加热至280℃，用辊轴对其进行挤压使其覆设在所述泡沫层表面，随后将其置于水中进行急冷。
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