复合阴极、阴极‑膜组件、包括阴极‑膜组件的电化学电池、和制备阴极‑膜组件的方法技术

本发明专利技术涉及复合阴极、阴极‑膜组件、包括阴极‑膜组件的电化学电池、和制备阴极‑膜组件的方法。所述复合阴极包括：包括多孔颗粒的层；和设置在所述包括多孔颗粒的层的多孔颗粒之间的第一电解质，其中所述第一电解质设置在所述包括多孔颗粒的层的表面的至少一部分上，和其中所述多孔颗粒对所述第一电解质的重量比为约1:小于3.7。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年8月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0123200的优先权和权益、以及由其产生的所有权益，其内容通过参考全部引入本文中。
本公开内容涉及复合阴极(正极)、阴极-膜组件、包括阴极-膜组件的电化学电池、和制备阴极-膜组件的方法。
技术介绍
金属空气电池包括能够镀上/脱除金属离子的阳极(负极)、配置成氧化/还原空气中的氧的阴极、以及设置在阴极和阳极之间的金属离子传导膜。由于金属空气电池包括金属作为阳极，并且不存储空气以用作正极活性材料，因此金属空气电池可提供高的容量。金属空气电池的理论比能量可为非常高的，例如，大于或等于约3,500瓦时/千克(Wh/kg)。然而，对于具有改善的放电容量和比能量的金属空气电池仍然存在需要。
技术实现思路
提供复合阴极和阴极-膜组件。还提供包括阴极-膜组件的电化学电池、以及制备阴极-膜组件的方法。根据一个示例性实施方式的方面，复合阴极包括：包括多孔颗粒的层；和设置在多孔颗粒的层的多孔颗粒之间的第一电解质，其中第一电解质设置在包括多孔颗粒的层的表面的至少一部分上，和其中多孔颗粒对第一电解质的重量比为约1:小于3.7。根据另一示例性实施方式的方面，阴极-膜组件包括：所述复合阴极；和设置在所述复合阴极的表面上的离子传导复合膜。根据还一示例性实施方式的方面，阴极-膜组件包括：复合阴极，其包括多孔颗粒的第一层和设置在包括多孔颗粒的层的多孔颗粒之间的第一电解质；以及设置在所述复合阴极的表面上的离子传导复合膜，离子传导复合膜包括多孔膜和设置在多孔膜的孔中的第二电解质，其中第一电解质和第二电解质的至少一种设置在包括多孔颗粒的层和多孔膜之间，其中第一电解质设置在包括多孔颗粒的层的表面的至少一部分上，和其中第二电解质设置在多孔膜的表面的至少一部分上。根据另一示例性实施方式的方面，电化学电池包括：所述阴极-膜组件；和设置在所述阴极-膜组件的离子传导复合膜的表面上的阳极。根据另一示例性实施方式的方面，制备阴极-膜组件的方法包括：提供多孔颗粒层；在多孔颗粒层的第一表面和多孔颗粒层的相反的第二表面各自上设置第一电解质层；通过压制第一电解质层而制备复合阴极；提供多孔膜；在多孔膜的第一表面和多孔膜的相反的第二表面各自上设置第二电解质层；通过压制第二电解质层而制备复合膜；将复合阴极设置在复合膜上；以及压制复合膜和复合阴极以形成阴极-膜组件。额外的方面将部分地在随后的描述中阐明，并且部分地将由所述描述明晰，或可通过所提供的示例性实施方式的实践获悉。附图说明由结合附图考虑的示例性实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：图1和2为根据示例性实施方式的复合阴极的示意图；图3-7为根据示例性实施方式的阴极-膜组件的示意图；图8为根据一个示例性实施方式的电化学电池的示意图；图9为根据另一示例性实施方式的电化学电池的示意图；图10为根据还一示例性实施方式的电化学电池的示意图；图11A-11H为描述根据示例性实施方式的制备阴极-膜组件的方法的图；图12为电压(伏，V)对容量(毫安时，mAh)的图，其显示在实施例1和2以及对比例1和2中制造的锂空气电池的放电容量；和图13为电压(V)对容量(mAh)的图，其显示在实施例3中制造的锂空气电池的放电容量。具体实施方式现在将对示例性实施方式详细地进行介绍，其实例图解于附图中，其中相同的附图标记始终指相同的元件。在这点上，本示例性实施方式可具有不同的形式且不应被解释为限于本文中阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例性实施方式以说明方面。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和全部组合。表述例如“的至少一个(种)”当在要素列表之前或之后时，修饰整个要素列表且不修饰所述列表的单独要素。将进一步理解，当一个元件被称为“在”另外的元件“上”时，其可直接在所述另外的元件上或者在其间可存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，则不存在中间元件。将理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可在本文中用于描述各种元件、组分(部件)、区域、层和/或部分，但这些元件、组分(部件)、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组分(部件)、区域、层或部分区别于另外的元件、组分(部件)、区域、层或部分。因此，在不背离本文中的教导的情况下，下面讨论的“第一元件”、“组分(部件)”、“区域”、“层”或“部分”可称为第二元件、组分(部件)、区域、层或部分。本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的且不意图为限制性的。如本文中使用的，单数形式“一个(种)(a，an)”和“所述(该)(the)”意图包括复数形式(包括“至少一个(种)”)，除非内容清楚地另外指明。“至少一个(种)”将不解释为限制性的“一个(种)(a，an)”。“或”意味着“和/或”。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和全部组合。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”、或“含有”和/或“含”当用在本说明书中时，表明存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、和/或组分(部件)，但不排除存在或增加一种或多种另外的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组分(部件)、和/或其集合。此外，相对术语例如“下部”或“底部”以及“上部”或“顶部”可在本文中用于描述如图中所图解的一个元件与另外的元件的关系。将理解，除图中所描绘的方位之外，相对术语还意图包括装置的不同方位。例如，如果将图之一中的装置翻转，被描述为在其它元件的“下部”侧的元件则将定向在所述其它元件的“上部”侧。因此，取决于图的具体方位，示例性术语“下部”可涵盖“下部”和“上部”两种方位。类似地，如果将图之一中的装置翻转，被描述为“在”其它元件“下面”或“之下”的元件则将定向“在”所述其它元件“上方”。因此，示例性术语“在……下面”或“在……之下”可涵盖在……上方和在……下面两种方位。如本文中使用的“约”或“大约”包括所陈述的值且意味着在如由本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量和与具体量的测量有关的误差(例如，测量系统的限制)所确定的对于具体值的可接受的偏差范围内。例如，“约”可意味着相对于所陈述的值的偏差在一个或多个标准偏差范围内，或者在±30％、20％、10％、或5％范围内。除非另外定义，本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同。将进一步理解，术语，例如常用字典中定义的那些，应被解释为其含义与它们在相关领域的背景和本公开内容中的含义一致，并且将不以理想化的或者过于形式的意义进行解释，除非在本文中清楚地如此定义。在本文中参考作为理想化实施方式的示意图的横截面图描述示例性实施方式。这样，将预计到作为例如制造技术和/或公差的结果的与图的形状的偏差。因此，本文中描述的实施方式不应解释为限于如本文中所图解的区域的具体形状，而是包括由例如制造导致的形状上的偏差。例如，图解或描述为平坦的区域可典型地具有粗糙和/或非线性特征。此外，图解的尖锐的角可为圆化的。因此，图中所图解的区域在本质上是示意性的，且它们的形状不意图图解本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合阴极，包括：包括多孔颗粒的层；和设置在所述包括多孔颗粒的层的多孔颗粒之间的第一电解质，其中所述第一电解质设置在所述包括多孔颗粒的层的表面的至少一部分上，和其中所述多孔颗粒对所述第一电解质的重量比为1:小于3.7。

【技术特征摘要】
2015.08.31 KR 10-2015-01232001.复合阴极，包括：包括多孔颗粒的层；和设置在所述包括多孔颗粒的层的多孔颗粒之间的第一电解质，其中所述第一电解质设置在所述包括多孔颗粒的层的表面的至少一部分上，和其中所述多孔颗粒对所述第一电解质的重量比为1:小于3.7。2.如权利要求1所述的复合阴极，其中所述包括多孔颗粒的层包括第一表面和相反的第二表面，和其中所述第一电解质在从所述第一表面到所述第二表面的方向上具有浓度梯度。3.如权利要求1所述的复合阴极，其中所述包括多孔颗粒的层包括第一表面和相反的第二表面，和其中在与所述第一表面和所述第二表面等距的中间点处的所述第一电解质的浓度小于在所述第一表面和所述第二表面各自处的所述第一电解质的浓度。4.如权利要求1所述的复合阴极，其中所述复合阴极具有包括两个或更多个多孔颗粒的层的多层结构。5.如权利要求1所述的复合阴极，其中所述包括多孔颗粒的层包括第一表面和相反的第二表面，和其中所述复合阴极进一步包括：设置在所述包括多孔颗粒的层的所述第一表面上的第一阴极层；设置在所述包括多孔颗粒的层的所述第二表面上的第二阴极层；和设置在所述第一阴极层和所述第二阴极层之间的第三阴极层，其中所述第三阴极层包括所述包括多孔颗粒的层和所述第一电解质。6.如权利要求5所述的复合阴极，其中所述第一阴极层和所述第二阴极层各自包括所述第一电解质。7.如权利要求1所述的复合阴极，其中所述多孔颗粒为含碳颗粒。8.如权利要求1所述的复合阴极，其中所述第一电解质包括选自固体电解质和液体电解质的至少一种。9.如权利要求1所述的复合阴极，其中所述第一电解质包括选自聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、和聚乙烯基砜的至少一种。10.阴极-膜组件，包括：如权利要求1-9任一项所述的复合阴极；和设置在所述复合阴极的表面上的离子传导复合膜。11.如权利要求10所述的阴极-膜组件，其中所述离子传导复合膜包括：多孔膜；和设置在所述多孔膜的孔中的第二电解质，和其中所述第二电解质设置在所述多孔膜的表面的至少一部分上。12.如权利要求11所述的阴极-膜组件，其中所述多孔膜对所述第二电解质的重量比为1:小于4.5。13.如权利要求11所述的阴极-膜组件，其中所述多孔膜包括第一表面和相反的第二表面，和其中所述第二电解质在从所述第一表面到所述第二表面的方向上具有浓度梯度。14.如权利要求11所述的阴极-膜组件，其中所述多孔膜包括第一表面和相反的第二表面，和其中在与所述多孔膜的所述第一表面和所述第二表面等距的中间点处的所述第二电解质的浓度小于在所述多孔膜的所述第一表面和所述第二表面各自处的所述第二电解质的浓度。15.如权利要求11所述的阴极-膜组件，其中所述复合阴极中的所述第一电解质对所述离子传导复合膜中的第二电解质的重量比在2.5:2.2-1.5:3.8的范围内。16.如权利要求11所述的阴极-膜组件，其中所述离子传导复合膜具有包括的两个或更多个多孔膜的层的多层结构。17.如权利要求11所述的阴极-膜组件，包括：其中所述多孔膜包括第一表面和相反的第二表面，和其中所述多孔膜进一步包括设置在所述多孔膜的所述第一表面上的第一复合膜层；设置在所述多孔膜的所述第二表面上的第二复合膜层；以及设置在所述第一复合膜层和所述第二复合膜层之间并且包括所述多孔膜和所述第二电解质的第三复合膜层。18.如权利要求17所述的阴极-膜组件，其中所述第一和第二复合膜层各自包括所述第二电解质。19.如权利要求11所述的阴极-膜组件，其中所述离子传导复合膜的所述第二电解质与所述复合阴极的所述第一电解质相同。20.如权利要求11所述的阴极-膜组件，其中所述多孔膜包括对于水蒸气以及选自氧气、氮气、和二氧化碳的至少一种气体是不能渗透的聚合物。21.如权利要求11所述的阴极-膜组件，其中所述多孔膜包括聚合物，和其中所述聚合物包括选自如下的至少一种：聚(2-乙烯基吡啶)、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、全氟烷氧基共聚物、氟化环醚、聚环氧乙烷二丙烯酸酯、聚环氧乙烷二甲基丙烯酸酯、聚环...

【专利技术属性】
技术研发人员：金峻熙，朴贞玉，崔京焕，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR