[发明专利]金属空气电池及其制备方法

说明书

相关申请的引用

本申请要求于2011年4月20日提交的、题为“金属空气电池及其制备方法(Metal air battery and method for preparing the same)”的韩国专利申请系列号10-2011-0036963的权益，其全部内容通过引用并入本申请中供参考。

技术领域

本发明涉及具有优良安全性的高容量金属空气电池(metal air battery)以及用于制备其的方法。

背景技术

最近，因为由于消耗矿物燃料而增加二氧化碳的释放、原油价格突然变化等，近来已经关注于将用于汽车的能源由汽油或柴油转换为电能的技术。

用于使电动汽车商业化的一些技术已在实际中应用，但对于用于实现高性能且低花费的锂离子电池的技术则存在需求。然而，由于电池容量的限制，目前的锂离子电池难以用作长途旅行电池，而因此将更多数量的锂离子电池安装在汽车中又会显著提高汽车价格。

为了普及电动汽车，需要比目前水平高6至7倍的能量密度。结果，理论上具有远高于锂离子电池的能量密度的金属空气电池得到关注。已关注利用金属作为阳极活性材料和空气中的氧作为阴极的可再充电电池(rechargeable battery)。因为阴极氧不需要包含于电池单元中，金属空气电池理论上可以具有比锂离子电池更大的容量，因此被研究作为用于汽车的电池。

在放电时，当考虑到由金属与氧反应产生的金属氧化物的产率(金属+O₂→金属氧化物)时，金属空气电池大约2.8V的开路电压(open voltage)是最有效的。在这种情况下，理论上可储存的每单位重量的能量为3000至5000Wh/Kg，是远高于锂离子二次电池的300Wh/Kg的水平。

实际上，氧从空气中获得，因此除了特殊情况以外(如太空、水下等)，不需要储存于电池中。因此，金属空气电池的有效性能被进一步提高。可供参考的是，锂离子电池具有120至150mAh/g的放电容量，而金属空气电池具有700至3000mAh/g的放电容量。

因此，金属(Li)空气电池理论上可以实现大容量的电池，而因此被关注作为下一代大容量电池。

然而，迄今为止报道的锂空气电池存在以下问题。

1)隔膜(separation membrane)的孔隙由于固体反应产物(Li₂O)在阳极的积累而堵塞，由此使充电和放电的效率降低并引起短路。

2)空气中的水分与金属锂反应，由此产生危险的氢气。

3)空气中的氮与金属锂反应，由此妨碍放电。

发明内容

本发明的目的在于提供不会降低充电和放电西效率、不引起短路、不产生氢气、不妨碍放电等的高容量金属空气电池。

本发明另一个目的在于提供用于制备高容量金属空气电池的方法。

根据本发明的示例性实施方式，提供了一种金属空气电池，包括：金属阳极(负极，anode)和空气阴极(正极，cathode)，其中金属阳极包括有机电解质而空气阴极包括含水电解质(aqueous electrolyte)。

金属阳极可以是选自由锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、铝(Al)、锌(Zn)、以及它们的合金组成的组中的一种或多种。

空气阴极可包括选自由贵金属、金属氧化物、以及有机金属复合物组成的组中的一种或多种。

贵金属可以是选自铂(Pt)、金(Au)、和银(Ag)中的一种或多种，金属氧化物可以是选自锰(Mn)、镍(Ni)、和钴(Co)的氧化物中的一种或多种，而有机金属复合物可以是选自金属卟啉和金属酞菁(metal phthalocyanine)中的一种或多种。

有机电解质和含水电解质可包括含锂化合物作为电解质盐(electrolytic salt)。