空气电池正极和包括其的锂空气电池、及制备正极的方法技术

本发明专利技术涉及空气电池正极和包括其的锂空气电池、及制备正极的方法。空气电池正极包括碳复合物，所述碳复合物包括芯和设置在所述芯上的导电包覆层，其中所述芯包括第一碳材料和第二碳材料，其中所述导电包覆层包括含金属的半导体。

The positive pole of the air battery and its lithium air battery and the method of preparing the positive pole

【技术实现步骤摘要】
空气电池正极和包括其的锂空气电池、及制备正极的方法对相关申请的交叉引用本申请要求于2016年9月27日提交的韩国专利申请No.10-2016-0124245和于2017年8月10日提交的韩国专利申请No.10-2017-0101711的优先权和权益，将其内容全部引入本文中作为参考。
本公开内容涉及正极、包括正极的锂空气电池、和制备正极的方法。
技术介绍
作为一种类型的电化学电池的金属-空气电池包括：容许金属离子的沉积和溶解的负极、其中发生来自空气的氧的氧化和还原的正极、以及设置在正极和负极之间的金属离子传导介质。在金属-空气电池中，使用金属作为负极，且不需要被存储的氧(氧气)用作正极活性材料，且因此金属-空气电池可具有高的容量。金属-空气电池还具有3,500瓦时每千克(Wh/kg)或更大的高的理论比能量。正极，也称作空气电极，可包括多孔材料。多孔材料可包括具有大的比表面积和多孔结构的碳。如果电解质被氧和氧化物分解，或者如果在金属-空气电池的充电和/或放电期间所述碳恶化，则金属-空气电池的寿命特性可降低。期望例如通过抑制正极的碳的恶化、或电解质的分解而具有改善的寿命特性的金属-空气电池。
技术实现思路
提供具有改善的结构的正极。提供包括所述正极的锂空气电池。还提供制备正极的方法。根据一个实施方式的方面，空气电池正极包括：包括芯和设置在所述芯上的导电包覆层(覆盖层)的碳复合物，其中所述芯包括第一碳材料和第二碳材料，其中所述导电包覆层包括含金属的半导体。根据另一实施方式的方面，锂空气电池包括：正极；和负极；以及设置在所述正极和所述负极之间的电解质层，其中所述正极包括：包括芯和设置在所述芯上的导电包覆层的碳复合物，其中所述芯包括选自第一碳材料和第二碳材料的至少一种，其中所述导电包覆层包括含金属的半导体。根据另一实施方式的方面，制备正极的方法包括：提供第一碳材料；和通过在所述第一碳材料上设置导电包覆层而制备碳复合物以制备所述正极，所述导电包覆层包括含金属的半导体。额外的方面将部分地在随后的描述中阐明且部分地将由所述描述明晰，或者可通过所呈现的实施方式的实践获悉。附图说明由结合附图考虑的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是显示对比例1的碳纳米管(CNT)的透射电子显微镜(TEM)图像；图2A和2B各自为显示根据实施例2制备的碳复合物的TEM图像；图3A是强度(任意单位，a.u.)对拉曼位移(每厘米，cm-1)的图，其显示根据实施例1和2以及对比例1制备的碳复合物正极的拉曼光谱，且图3B为图3A的图的左侧的放大图；图4是电压(伏，V)对容量(毫安时/克，mAh/g)的图，显示根据实施例9制备的锂空气电池的充电/放电；图5是电压(V)对容量(mAh/g)的图，显示根据实施例14制备的锂空气电池的充电/放电；图6是电压(V)对容量(mAh/g)的图，显示根据实施例15制备的锂空气电池的充电/放电；图7是电压(V)对容量(mAh/g)的图，显示根据对比例4制备的锂空气电池的充电/放电；图8是电压(V)对容量(mAh/g)的图，显示根据对比例6制备的锂空气电池的充电/放电；图9是电压(V)对容量(mAh)的图，显示根据实施例12制备的锂空气电池的充电/放电；图10是电压(V)对容量(mAh)的图，显示根据实施例13制备的锂空气电池的充电/放电；图11是电压(V)对容量(mAh)的图，显示根据对比例5制备的锂空气电池的充电/放电；图12是电压(V)对容量(mAh)的图，显示根据实施例16制备的锂空气电池的充电/放电；图13是气体析出(微摩尔，μmol)对循环数的图，显示根据实施例12制备的锂空气电池的二氧化碳放出相对于所述电池的充电/放电；图14是气体析出(μmol)对循环数的图，显示根据对比例5制备的锂空气电池的二氧化碳放出相对于所述电池的充电/放电；和图15是说明根据实施方式的锂空气电池的示意图。具体实施方式现在将对实施方式详细地进行介绍，其实例说明于附图中，其中相同的附图标记始终指的是相同的元件。在这点上，本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。“或”意味着“和/或”。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、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、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、区域、层或部分区别于另外的元件、组分、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”、“区域”、“层”或“部分”可称为第二元件、组分、区域、层或部分。本文中使用的术语仅为了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)”也意图包括复数形式，包括“至少一个(种)”，除非内容清楚地另外指明。“至少一个(种)”将不被解释为限制“一个”或“一种”。将进一步理解，术语“包括”或“包含”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，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、和/或其集合。为了便于描述，在本文中可使用空间相对术语例如“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……上方”、“上部”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。将理解，除图中所描绘的方位之外，空间相对术语还意图包括在使用或操作中的装置的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，被描述为“在”另外的元件或特征“下面”或“之下”的元件则将被定向“在”所述另外的元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下面”可包括在……上方和在……下面两种方位。装置可以其它方式定向(旋转90度或在其它方位上)，并且本文中所使用的空间相对描述词相应地进行解释。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(即，测量系统的限制)而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种或多种偏差范围内，或者在±30％、20％、10％、或5％范围内。除非另外定义，在本文中所使用的所有术语(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，例如在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，并且将不以理想化或过度形式的意义进行解释，除非在本文中清楚地如此定义。在本文中参照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。因而，本文中描述的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
空气电池正极，包括：碳复合物，其包括芯，和设置在所述芯上的导电包覆层，其中所述芯包括选自第一碳材料和第二碳材料的至少一种，其中所述导电包覆层包括含金属的半导体。

【技术特征摘要】
2016.09.27 KR 10-2016-0124245;2017.08.10 KR 10-2011.空气电池正极，包括：碳复合物，其包括芯，和设置在所述芯上的导电包覆层，其中所述芯包括选自第一碳材料和第二碳材料的至少一种，其中所述导电包覆层包括含金属的半导体。2.如权利要求1所述的正极，其中所述含金属的半导体包含属于元素周期表的第2族到第16族的金属。3.如权利要求1所述的正极，其中所述含金属的半导体包括：包含属于第14族的元素的半导体、包含属于第15族的元素的半导体、包含属于第16族的元素的半导体、包含属于第13和15族的元素的半导体、包含属于第12和16族的元素的半导体、包含属于第11和17族的元素的半导体、包含属于第14和16族的元素的半导体、包含属于第15和16族的元素的半导体、包含属于第12和15族的元素的半导体、以及包含属于第11、12和16族的元素的半导体。4.如权利要求1所述的正极，其中所述含金属的半导体包括第2到16族的金属的氧化物、第2到16族的金属的硫化物、第2到16族的金属的氮化物、第2到16族的金属的氮氧化物、第2到16族的金属的磷化物、第2到16族的金属的砷化物、或其组合。5.如权利要求1所述的正极，其中所述含金属的半导体包括其中0<a≤2且0<b≤2的ZnaOb、其中0<a≤2且0<b≤2的SnaOb、其中0<a≤2、0<b≤2且0<c≤2的SraTibOc、其中0<a≤2且2≤b≤4的TiaOb、其中0<a≤2、0<b≤2且2<c≤4的BaaTibOc、其中1<a≤3且0<b≤2的CuaOb、其中0<a≤2且0<b≤2的CuaOb、其中1≤a≤3且2≤b≤4的BiaOb、其中0<a≤2且1≤b≤3的FeaSb、其中0<a≤2且0<b≤2的SnaSb、其中1≤a≤3且2≤b≤4的BiaSb、其中1≤a≤3且2≤b≤4的BiaSeb、其中1≤a≤3且2≤b≤4的BiaTeb、其中0<a≤2且1≤b≤3的SnaSb、其中0<a≤2且0<b≤2的PbaSb、其中0<a≤2且0<b≤2的ZnaSb、其中0<a≤2且1≤b≤3的MoaSb、其中0<a≤2且0<b≤2的PbaTeb、其中0<a≤2且0<b≤2的SnaTeb、其中0<a≤2且0<b≤2的GaaNb、其中0<a≤2且0<b≤2的GaaPb、其中0<a≤2且0<b≤2的BaPb、其中0<a≤2且0<b≤2的BaaSb、其中0<a≤2且0<b≤2的GaaAsb、其中0<a≤2且0<b≤2的ZnaSeb、其中0<a≤2且0<b≤2的ZnaTeb、其中0<a≤2且0<b≤2的CdaTeb、其中0<a≤2且0<...

【专利技术属性】
技术研发人员：权赫载，姜基锡，裵永准，金显珍，林东民，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR