[发明专利]用于金属-空气电池的气体扩散层、其制造方法、和包括其的金属-空气电池

说明书

提供用于金属‑空气电池的气体扩散层、其制造方法、和包括其的金属‑空气电池，所述气体扩散层包括：包含非导电纤维结构的多孔层、设置在所述多个非导电纤维结构的非导电纤维结构的表面上的包括碳材料的导电碳层。

对相关申请的交叉引用

本申请要求在韩国知识产权局于2017年5月15日提交的韩国专利申请No.10-2017-0059912的优先权和权益、以及由其产生的所有权益，将其内容通过引用全部引入本文中。

技术领域

本公开内容涉及用于金属-空气电池的气体扩散层、制造所述气体扩散层的方法、和包括所述气体扩散层的金属-空气电池。

背景技术

金属-空气电池包括能够进行离子的嵌入/脱嵌的负极、和使用空气中的氧(氧气)作为活性材料的正极。正极将来自金属-空气电池的外部的氧氧化/还原。负极将金属氧化/还原并且将在金属的氧化和还原期间产生的化学能转变为电能，从而放出电能。例如，金属-空气电池在放电时吸收氧，且在充电时放出所吸收的氧。这样的金属-空气电池使用空气中的氧，且因而其能量密度可大大改善。例如，金属-空气电池的能量密度可为锂离子电池的能量密度的几倍高。然而，仍然存在对于用于提供改善的能量密度的改善的材料的需要。

发明内容

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。

根据一种实施方式的方面，用于金属-空气电池的气体扩散层包括：包含多个非导电纤维结构(结构体)的多孔层；和设置在所述多个非导电纤维结构的非导电纤维结构的表面上的包括碳材料的导电碳层。

所述非导电纤维结构可各自独立地具有曲线例如波浪形状或直线型(rectilinear)例如直线(straight-line)形状，和可在所述非导电纤维结构之间提供空气间隙，其中不存在中间(插入)材料。

所述多个非导电纤维结构各自可包括聚合物树脂纤维、纤维素、玻璃纤维、或其组合，和所述多孔层可为包括所述多个非导电纤维结构的织物、无纺物、网、或其组合的形式。

所述碳材料可包括碳纤维、碳纳米管(CNT)、石墨烯纳米片(GNP)、或其组合。

所述导电碳层的厚度可等于或大于所述多个非导电纤维结构的非导电纤维结构的平均厚度的约1％且小于或等于所述多个非导电纤维结构的非导电纤维结构的平均厚度的约10％。

包括在所述导电碳层中的所述碳材料可均匀地设置在所述多个非导电纤维结构的表面上。

所述导电碳层可进一步包括配置用于分散所述碳材料的分散剂。

所述分散剂可为聚合物表面活性剂。

所述聚合物表面活性剂可包括聚磺苯乙烯(PSS)、聚(4-苯乙烯磺酸)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇油醚(油烯基醚)聚氧乙烯硬脂基醚聚氧乙烯壬基苯基醚聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)、聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)、聚氧乙烯异辛基环己基醚、或其组合。

所述分散剂可为有机单分子分散剂。所述有机单分子分散剂可包括氯化十六烷基吡啶(CPC)、溴化十六烷基三甲基铵(CTAB)、氯化十六烷基三甲基铵(CTAC)、或其组合。

所述气体扩散层可进一步包括设置在所述多个非导电纤维结构的非导电纤维结构和所述导电碳层之间的粘合剂层，其中所述粘合剂层将所述导电碳层附着(连接)到所述非导电纤维结构的表面。

所述粘合剂层可包括聚乙烯醇(PVA)、PVP、聚苯胺(PANI)、聚(氯化二烯丙基二甲基铵)(PDDA)、聚(环氧乙烷)(PEO)、聚(乙烯亚胺)(PEI)、聚(烯丙基胺盐酸盐)(PAH)、聚(丙烯酸)、或其组合。