[发明专利]用于金属-空气电池的正极和包括其的金属-空气电池

说明书

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。

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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20 nm。

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。