[發明專利]陰極以及包括該陰極的金屬空氣電池

在審

• 申請號: 202011189109.6
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112751039A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 崔源成;崔京煥
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M12/08
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 翟然

一種陰極層包括：陰極載體，該陰極載體包括第一材料，該第一材料具有50至100吉帕斯卡的楊氏模量、10至50吉帕斯卡的剪切模量以及30％至90％的伸長率；以及含水電解質，與陰極載體接觸。

技術領域

本公開涉及二次電池，更具體地，涉及陰極以及包括該陰極的金屬空氣電池。

背景技術

金屬空氣電池包括能夠吸收和釋放離子的陽極以及使用空氣作為活性材料的陰極。金屬空氣電池可以是高容量的電池，因為金屬空氣電池使用金屬本身作為陽極并且不需要在電池中儲存作為陰極活性材料的空氣。金屬空氣電池的理論比能量可以為3500瓦時每千克(Wh/kg)或更大，這是非常高的。金屬空氣電池的能量密度可以是鋰離子電池的能量密度的約十(10)倍。盡管如此，仍然需要改進的金屬空氣電池材料。

發明內容

提供具有優異性能的金屬空氣電池。

提供這樣的金屬空氣電池，其能夠減少或防止在充電和放電時可能發生的金屬空氣電池的化學劣化和物理變形。提供具有優異的充電和放電特性的金屬空氣電池。

提供能夠解決由有機電解質引起的問題的金屬空氣電池。

其它的方面將在下面的描述中被部分地闡述，并且部分地將從該描述變得明顯，或者可以通過實踐本公開的所給出的實施方式而獲知。

根據一實施方式的一方面，一種陰極層包括：陰極載體，包括具有50至100吉帕斯卡(GPa)的楊氏模量、10至50GPa的剪切模量和30％至90％的伸長率的第一材料。

陰極載體還可以包括第二材料，該第二材料具有大于100GPa的楊氏模量、大于50GPa的剪切模量以及小于30％的伸長率，并且第一材料可以以50體積百分比(vol％)或更高的量存在于陰極載體中。

第一材料可以包括金(Au)。

陰極層還可以包括與陰極載體接觸的含水電解質。含水電解質可以包括Li₂SO₄、NH₄Cl、LiCl或雙(五氟乙基磺酰基)亞胺基鋰中的至少一種。

陰極層還可以包括在陰極載體上的金屬氧化物。

陰極載體可以具有平面形狀、多孔平面形狀或具有格子結構的平面形狀中的至少一種。

根據一實施方式的一方面，一種金屬空氣電池包括：陽極層，包括金屬；在陽極層上的固體電解質層；以及在固體電解質層上的陰極層，該陰極層包括第一材料，該第一材料具有50至100GPa的楊氏模量、10至50GPa的剪切模量以及30％至90％的伸長率。

陰極層還可以包括第二材料，該第二材料具有大于100GPa的楊氏模量、大于50GPa的剪切模量以及小于30％的伸長率，并且第一材料可以以50vol％或更大的量被包括在陰極層中。

第一材料可以包括金(Au)。

陰極層和固體電解質層的總厚度可以為1微米(μm)或更小。

固體電解質層可以包括具有NASICON結構的磷酸鈦鋁鋰、具有石榴石結構的鋰鑭鋯氧化物、或具有鈣鈦礦結構的鋰鑭鈦氧化物中的至少一種。

陰極層還可以包括含水電解質。

含水電解質可以包括Li₂SO₄、NH₄Cl、LiCl或雙(五氟乙基磺酰基)亞胺基鋰中的至少一種。

陰極層可以包括不包含有機電解質的電極。

金屬空氣電池還可以包括設置在陰極層的表面上的氣體擴散層。

金屬空氣電池還可以包括在陰極層上的金屬氧化物。