[发明专利]金属-空气电池

说明书

一种金属‑空气电池包括包含金属的负极、与负极间隔开的正极、以及在负极与正极之间的隔板，其中正极包括包含第一导电材料的第一正极层和设置在第一正极层上的第二正极层，第二正极层包括第二导电材料，以及其中第一正极层提供金属离子传导路径，第二正极层提供电子转移路径。

技术领域

本公开涉及二次电池，更具体地，涉及金属-空气电池。

背景技术

金属-空气电池包括能够进行离子吸留/发射的负电极以及使用来自空气的氧气作为活性材料的正电极。在正电极中发生氧气还原和氧化反应，在负电极中发生金属氧化和还原反应，并且产生的化学能被转换并提取为电能。例如，金属-空气电池在放电模式下吸附氧气并在充电模式下放出氧气。因此，由于金属-空气电池使用空气中存在的氧气作为正电极活性材料，所以可以极大地提高电池的能量密度。例如，金属-空气电池可以具有几倍于锂离子电池的能量密度。

在金属-空气电池中，正电极可以用作电子转移路径和离子转移路径两者。结果，金属-空气电池的容量和性能会受例如正电极(空气电极)的材料和构造影响。此外，由充电和放电期间形成的反应产物引起的金属-空气电池的化学劣化和变形会导致金属-空气电池的性能下降和寿命缩短。因此，仍然需要改善的金属-空气电池材料。

发明内容

提供了具有优良性能的金属-空气电池。

额外的方面将在以下描述中被部分陈述且将部分自该描述明显，或者可以通过对本实施方式的实践而被了解。

根据一实施方式的一方面，一种金属-空气电池包括包含金属的负极(anode)、与负极间隔开的正极(cathode)、以及在负极与正极之间的隔板，其中正极包括包含第一导电材料的第一正极层和设置在第一正极层上并包含第二导电材料的第二正极层，以及其中第一正极层提供金属离子转移路径，第二正极层提供电子转移路径。

第一正极层的阳离子传导率可以大于第一正极层的电子传导率，第二正极层的电子传导率可以大于第二正极层的阳离子传导率，第二正极层的电子传导率可以大于第一正极层的电子传导率，第一正极层的阳离子传导率可以大于第二正极层的阳离子传导率。

金属-空气电池可以具有由等式1表示的每电流密度允许的过电压：

η/J＝R₁h+R₂l (1)

其中η是允许的过电压，J是电流密度，R₁是第一正极层的离子电阻，R₂是第二正极层的离子电阻，h是第一正极层的厚度，l是第二正极层的厚度，以及其中η大于0伏且小于或等于约1伏，J大于或等于约0.2mA/cm²且小于或等于约10mA/cm²。

正极可以包括含孔层，含孔层包括孔。

含孔层的孔隙率可以小于或等于约90体积百分比(vol％)。

含孔层的比表面积可以大于或等于约10平方米每克(m²/g)。

第一导电材料和第二导电材料可以包含锂氧化物、钠氧化物或其组合。

第一导电材料可以包括锂钛氧化物(LTO)、锂锰氧化物(LMO)、锂钴氧化物(LCO)、锂锰镍氧化物(LMNO)、锂镍锰钴氧化物(NMC)、锂镍氧化物(LNO)、锂铁磷酸盐(LFP)、锂铁锰磷酸盐(LFMP)、锂镧钛氧化物(LLTO)、锂铝钛磷酸盐(LATP)、锂锌锗氧化物(LISICON)、锂磷氮氧化物(LiPON)或其组合，第二导电材料可以包含锂钛氧化物(LTO)、锂锰氧化物(LMO)、锂钴氧化物(LCO)、锂锰镍氧化物(LMNO)、锂镍锰钴氧化物(NMC)、锂镍氧化物(LNO)、锂铁磷酸盐(LFP)、锂铁锰磷酸盐(LFMP)、锂镧钛氧化物(LLTO)、锂铝钛磷酸盐(LATP)、其还原材料或其组合。