提供用于金属‑空气电池的正极和包括其的金属‑空气电池，所述正极具有可被在所述金属‑空气电池的放电期间形成的金属氧化物填充的空间且因此具有改善的能量密度和寿命。用于金属‑空气电池的正极包括多个正极材料、设置在所述多个正极材料的表面上的多个电解质膜、和未被所述多个正极材料和所述多个电解质膜占据的多个空间。所述多个空间的体积可大于或等于在所述金属空气‑电池的放电期间形成的金属氧化物的最大空间。
【技术实现步骤摘要】
用于金属-空气电池的正极和包括其的金属-空气电池对相关申请的交叉引用本申请要求2016年11月1日提交的韩国专利申请No.10-2016-0144480和2017年9月21日提交的韩国专利申请No.10-2017-0121876的优先权和由其产生的所有权益，将其内容全部引入本文作为参考。
本文中阐述的实施方式涉及用于金属-空气电池的正极和包括其的金属-空气电池，并且更具体地，涉及具有可被在放电期间形成的金属氧化物填充的空间的正极和包括所述正极且因此具有改善的能量密度和寿命的金属-空气电池。
技术介绍
金属-空气电池包括能够嵌入/脱嵌离子的负极和使用空气中的氧气作为活性材料的正极。在金属-空气电池中，在正极中发生从外部接收的氧的还原和氧化反应，在负极中发生金属的氧化和还原反应，并且所产生的化学能然后被作为电能提取。例如，金属-空气电池在放电时吸收氧气和在充电时放出氧气。如上所述，由于金属-空气电池使用空气中的氧气，因此金属-空气电池的能量密度可大于其它电池的那些。例如，金属-空气电池可具有常规锂离子电池的能量密度数倍高的能量密度。此外，金属-空气电池具有低的由于异常高温而着火的可能性，并且金属-空气电池仅通过氧的氧化和还原而运行，无需使用重金属，使得金属-空气电池是高度稳定的并且不太可能危害环境。由于这样的多种期望的特性，对于金属-空气电池的研究目前正越来越多地进行。
技术实现思路
根据一种实施方式，用于金属-空气电池的正极包括多个正极材料、设置在所述多个正极材料的表面上的多个电解质膜、和未被所述多个正极材料和所述多个电解质膜占据的空间。所述空间的体积大于或等于在所述金属空气-电池的放电期间形成的金属氧化物的最大体积。例如，所述多个电解质膜可由有机材料形成。例如，所述空间的体积可等于或小于所述金属氧化物的最大体积的120％。例如，所述多个正极材料各自可具有平板形状，且可彼此平行地布置。所述多个正极材料各自可包括：彼此相反的第一表面和第二表面；和彼此相反并且在第一表面与第二表面之间延伸的第三表面和第四表面。第三表面和第四表面的面积的每一个小于第一表面和第二表面的面积的每一个。所述多个正极材料以使得两个相邻正极材料的第一和第二表面彼此面对的方式布置。所述多个电解质膜可至少设置在所述多个正极材料各自的第一和第二表面上。所述空间的宽度可定义为在两个相邻正极材料之间的彼此面对的电解质膜之间的距离，和当未形成所述金属氧化物时所述空间的宽度可大于约20nm。例如，所述多个正极材料各自可具有约10nm或更小的厚度，和所述多个电解质膜各自可具有约10nm或更小的厚度。例如，所述多个正极材料各自可具有圆柱形形状，和所述多个电解质膜各自可设置在所述多个正极材料的对应者的外周表面上。例如，所述多个正极材料各自可包括碳纳米管。例如，所述多个正极材料各自可具有约150nm或更小的直径，和所述多个电解质膜各自可具有约10nm或更小的厚度。例如，所述多个正极材料可以大于约109/cm2的密度布置。根据一种实施方式，金属-空气电池包括：具有如上所述的结构的正极；配置为向所述正极的多个正极材料供应金属离子的负极金属层；和配置为向所述多个正极材料供应氧气的气体扩散层。所述正极的多个电解质膜各自可包括：设置在所述负极金属层的顶部表面上的第一电解质部分；和从第一电解质部分延伸至所述多个正极材料之一的表面的第二电解质部分。所述多个正极材料可以如下的方式布置：使得其第一末端部分各自与第一电解质部分的对应者接触并且其第二末端部分与所述气体扩散层接触。所述金属-空气电池可进一步包括传输金属离子并且阻挡水分和氧气的第三电解质部分，其中第三电解质部分设置在第一电解质部分与负极金属层之间。根据另一实施方式，用于金属-空气电池的正极包括：使用氧气作为活性材料的正极层；通过所述正极层竖直地限定的多个孔；设置在所述正极层的内壁上的多个电解质膜，所述内壁限定所述多个孔；和由所述多个电解质膜包围的所述多个孔的多个空间。所述多个空间的体积可大于或等于在所述金属空气-电池的放电期间形成的金属氧化物的最大体积。例如，所述多个孔在所述正极层中可以大于约109/cm2的密度布置。所述多个空间的体积可等于或小于所述金属氧化物的最大体积的120％。当未形成所述金属氧化物时在所述多个孔各自中的所述空间的横截面的面积可大于当形成所述金属氧化物时在所述正极层的内壁上的所述金属氧化物的横截面的面积。例如，当未形成所述金属氧化物时，在所述正极层的内壁上的所述多个电解质膜各自可具有约10nm或更小的厚度。例如，所述多个孔各自可具有多边形形状或者圆形形状。根据另一实施方式，金属-空气电池包括：具有如上所述的结构的正极；面对所述正极的正极层的底部表面的负极金属层；和向所述正极层供应氧气并且面对所述正极层的顶部表面的气体扩散层。所述正极的多个电解质膜各自可包括：设置在所述负极金属层的顶部表面上的第一电解质部分；和从第一电解质部分延伸至所述正极层的内壁的对应者的第二电解质部分。所述正极层可以如下的方式布置：使得所述正极层的底部表面与第一电解质部分接触并且所述正极层的顶部表面与所述气体扩散层接触。所述金属-空气电池可进一步包括传输金属离子并且阻挡水分和氧气的第三电解质部分，其中第三电解质部分设置在第一电解质部分与负极金属层之间。附图说明由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它特征将变得明晰和更容易领会，其中：图1为根据一种实施方式的金属-空气电池的结构的示意性横截面图；图2为根据一种替代实施方式的金属-空气电池的结构的示意性横截面图；图3为说明在图1的金属-空气电池的放电运行期间产生的金属氧化物、以及由所述金属氧化物导致的电解质膜的位置变化的横截面图；图4为根据另一替代实施方式的金属-空气电池的结构的示意性横截面图；图5为根据一种实施方式的用于金属-空气电池的正极的示意性局部透视图；图6为根据一种替代实施方式的用于金属-空气电池的正极的示意性局部透视图；图7为说明在图6的金属-空气电池的放电运行期间产生的金属氧化物、以及由所述金属氧化物导致的电解质膜的位置变化的横截面图；图8为根据另一替代实施方式的用于金属-空气电池的正极的示意性局部透视图；图9为说明在图8的金属-空气电池的放电运行期间产生的金属氧化物、以及由所述金属氧化物导致的电解质膜的位置变化的横截面图；图10为根据另一替代实施方式的用于金属-空气电池的正极的示意性局部透视图；图11为根据另一替代实施方式的用于金属-空气电池的正极的示意性局部透视图；图12为根据另一替代实施方式的用于金属-空气电池的正极的示意性局部透视图；图13为说明在图12的金属-空气电池的放电运行期间产生的金属氧化物、以及由所述金属氧化物导致的电解质膜的位置变化的横截面图；图14为根据另一替代实施方式的用于金属-空气电池的正极的示意性局部透视图；图15-17为显示图6的金属-空气电池的特性的图；和图18-20为显示图14的金属-空气电池的特性的图。具体实施方式现在将在下文中参照其中示出了多种实施方式的附图更充分地描述本专利技术。然而，本专利技术可以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开内容将是彻底和完整的，并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于金属‑空气电池的正极，其包括：多个正极材料；设置在所述多个正极材料的表面上的多个电解质膜；和未被所述多个正极材料和所述多个电解质膜占据的空间，其中所述空间的体积大于或等于在所述金属空气‑电池的放电期间形成的金属氧化物的最大体积。
【技术特征摘要】
2016.11.01 KR 10-2016-0144480;2017.09.21 KR 10-2011.用于金属-空气电池的正极，其包括：多个正极材料；设置在所述多个正极材料的表面上的多个电解质膜；和未被所述多个正极材料和所述多个电解质膜占据的空间，其中所述空间的体积大于或等于在所述金属空气-电池的放电期间形成的金属氧化物的最大体积。2.如权利要求1所述的正极，其中所述多个电解质膜由有机材料形成。3.如权利要求1所述的正极，其中所述空间的体积等于或小于所述金属氧化物的最大体积的120％。4.如权利要求1所述的正极，其中所述多个正极材料各自具有平板形状，且彼此平行地布置。5.如权利要求4所述的正极，其中所述多个正极材料各自包括：彼此相反的第一表面和第二表面；和彼此相反并且在第一表面与第二表面之间延伸的第三表面和第四表面，其中第三表面和第四表面的面积的每一个小于第一表面和第二表面的面积的每一个，其中所述多个正极材料以使得两个相邻正极材料的第一和第二表面彼此面对的方式布置。6.如权利要求5所述的正极，其中所述多个电解质膜至少设置在所述多个正极材料各自的第一和第二表面上。7.如权利要求1所述的正极，其中所述空间的宽度定义为在两个相邻正极材料之间的彼此面对的电解质膜之间的距离，和当未形成所述金属氧化物时所述空间的宽度大于20nm。8.如权利要求7所述的正极，其中所述多个正极材料各自具有10nm或更小的厚度，和所述多个电解质膜各自具有10nm或更小的厚度。9.如权利要求1所述的正极，其中所述多个正极材料各自具有圆柱形形状，和所述多个电解质膜各自设置在所述多个正极材料的对应者的外周表面上。10.如权利要求9所述的正极，其中所述多个正极材料各自包括碳纳米管。11.如权利要求10所述的正极，其中所述多个正极材料各自具有150nm或更小的直径，和所述多个电解质膜各自具有10nm或更小的厚度。12.如权利要求9所述的正极，其中所述多个正极材料以大于109/cm2的密度布置。13.金属-空气电池，包括：如权利要求1-12任一项所述的正极；配置为向所述正极的多个正极材料供应金属离子的负极金属层；和配置为向所述多个正极材料供应氧气的气体扩散层。14.如权利要求13所述的金属-空气电池，其中所述正极的多个电解质膜各自包括：...
【专利技术属性】
技术研发人员：李兴灿，林东民，李铉杓，
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
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