電化學電池、電化學電池模塊和該電化學電池的制備方法

電化學電池、電化學電池模塊和該電化學電池的制備方法
【專利摘要】一種電化學電池包括：陽極組件，具有彼此相反的表面；以及陰極，具有至少一個折疊部分并具有與陽極組件的彼此相反的表面的離子連續性，其中陽極組件包括陽極和設置在陽極與陰極之間的活性金屬離子導電膜，其中活性金屬離子導電膜具有至少一個折疊部分。此外還提供一種電化學電池、包括該電化學電池的電化學電池模塊以及制造電化學電池的方法。
【專利說明】
電化學電池、電化學電池模塊和該電化學電池的制備方法
技術領域
[0001] 本公開設及電化學電池、包括該電化學電池的電化學電池模塊W及制備該電化學 電池的方法。
【背景技術】
[0002] 金屬-空氣電池是一種電化學電池，其包括可允許金屬離子的沉積/溶解的陽極、 用于氧化/還原來自空氣的氧的陰極W及設置在陰極和陽極之間的金屬-離子導電介質。
[0003] 金屬-空氣電池可W使用金屬作為陽極并可W具有高容量，因為它不需要儲存用 作陰極活性材料的空氣。金屬-空氣電池可W具有約3500Wh/kg或更大的每單位重量的高理 論能量密度。然而，當前可獲得的金屬-空氣電池僅提供該理論能量密度的一部分。因此，對 于提供改善的放電容量和改善的能量密度的金屬-空氣電池存在需求。

【發明內容】

[0004] 所提供的是一種電化學電池，其包括具有彼此相反的表面的陽極，活性金屬離子 導電膜和陰極可W設置在所述彼此相反的表面上。
[0005] 所提供的是一種包括多個電化學電池的電化學電池模塊。
[0006] 所提供的是一種制備電化學電池的方法。
[0007] 額外的方面將在W下的描述中被部分地闡述，并將部分地從該描述而顯然，或者 可W通過實踐給出的示范性實施方式而掌握。
[000引根據示范性實施方式的方面，一種電化學電池包括:陽極組件，具有彼此相反的表 面；W及陰極，具有至少一個折疊部分并具有與陽極組件的彼此相反的表面的離子連續性， 其中陽極組件包括陽極和設置在陽極和陰極之間的活性金屬離子導電膜，其中活性金屬離 子導電膜具有至少一個折疊部分。
[0009] 還公開了一種電化學電池，包括：陽極組件，具有彼此相反的第一和第二表面；和 陰極，圍繞陽極組件并具有在與陽極組件的折疊方向相同的方向上折疊的至少一個折疊部 分W及分別設置在陽極組件的彼此相反的第一和第二表面上的相反的第一和第二端部，其 中陽極組件包括具有彼此相反的第一和第二表面的陽極;和活性金屬離子導電膜，設置在 陽極和陰極之間、圍繞陽極并具有至少一個折疊部分W及分別設置在陽極的彼此相反的第 一和第二表面上的相反的第一和第二端部。
[0010] 根據另一個示范性實施方式的方面，一種電化學電池模塊包括:多個電化學電池， 堆疊在彼此上;和至少一個氣體擴散層，設置在每個電化學電池的相鄰表面之間。
[0011] 根據另一個示范性實施方式的方面，公開了一種制備電化學電池的方法，該方法 包括:提供陰極;將活性金屬離子導電膜設置在陰極的表面上;將陽極設置在活性金屬離子 導電膜的表面上；W及折疊陰極和活性金屬離子導電膜W形成第一接觸和第二接觸，該第 一接觸和第二接觸在活性金屬離子導電膜與陽極的表面上的第一點、陽極的表面上的第二 點和活性金屬離子導電膜的沒有設置在陽極上的表面區域中的至少一個之間，W制備該電 化學電池。
【附圖說明】
[0012] 從W下結合附圖對示范性實施方式的描述，運些和/或其他的方面將變得明顯并 更易于理解，附圖中：
[0013] 圖IA是示出根據實施方式的電化學電池的結構的示意圖；
[0014] 圖IB是示出根據實施方式的電化學電池的結構的示意圖；
[0015] 圖2A是示出根據實施方式的陽極組件的結構的示意圖；
[0016] 圖2B是示出根據實施方式的陽極組件的結構的示意圖；
[0017] 圖3A是示出根據實施方式的陽極組件的結構的示意圖；
[0018] 圖3B是示出根據實施方式的陽極組件的結構的示意圖；
[0019] 圖3C是圖3B的陽極組件的截面圖；
[0020] 圖3D是示出根據實施方式的陽極組件的結構的示意圖；
[0021] 圖3E是圖3D的陽極組件的截面圖；
[0022] 圖4A是示出根據實施方式的電化學電池的結構的示意圖；
[0023] 圖4B是示出根據實施方式的電化學電池的結構的示意圖；
[0024] 圖4C是示出根據實施方式的電化學電池的結構的示意圖；
[0025] 圖5是示出根據實施方式的電化學電池模塊的結構的示意圖；
[0026] 圖6A至圖6F是示出根據本公開的實施方式的制備電化學電池的方法的示意圖；
[0027] 圖7A至圖7E是示出根據本公開的實施方式的制備陽極組件的方法的示意圖；
[0028] 圖8A是示出不包括折疊部分的電化學電池的結構的示意圖；
[0029] 圖8B是示出不包括折疊部分的電化學電池的結構的示意圖；
[0030] 圖9A是示出電化學電池的結構的示意圖；
[0031 ]圖9B是示出電化學電池的結構的示意圖；
[0032] 圖10是示例1和比較例1的裡-空氣電池的電壓(伏特，V)與放電容量(毫安時）的關 系的圖形；W及
[0033] 圖11是示例2的裡-空氣電池模塊的電壓(伏特，V)與放電容量(毫安時）的關系的 圖形。
【具體實施方式】
[0034] 現在將詳細參照電化學電池、電化學電池模塊W及制備電化學電池的方法的示范 性實施方式，其示例在附圖中示出，其中相同的附圖標記始終指代相同的元件。在運點上， 本示范性實施方式可W具有不同的形式并且不應被解釋為限于運里闡述的描述。因此，W 下通過參照附圖僅描述了示范性實施方式W解釋各個方面。當在運里使用時，術語"和/或" 包括一個或多個所列相關項目的任意和所有組合。"或"表示"和/或"。諸如"...中的至少一 個"的表述，當在一列元件之后時，修飾整列元件，而不修飾該列表的單個元件。
[0035] 將理解，當稱一個元件在另一元件"上"時，它可W直接在另一元件上，或者居間元 件可W存在于兩者之間。相反，當一元件被稱為直接在另一個元件上時，沒有居間元件存 在。
[0036] 將理解，雖然運里可使用術語"第一"、"第二"、"第三'等來描述各種元件、部件、區 域、層和/或部分，但是運些元件、部件、區域、層和/或部分不應受到運些術語限制。運些術 語僅用于將一個元件、部件、區域、層或部分與另一元件、部件、區域、層或部分區別開。因 此，W下討論的"第一元件"、"部件"、"區域"、"層"或"部分"可W被稱為第二元件、部件、區 域、層或部分，而沒有背離運里的教導。
[0037] 運里所用的術語僅是為了描述特定實施方式的目的，并不意在進行限制。如運里 所用的，除非該內容另外地明確指示，否則單數形式"一"、"一個"和"該"也旨在包括復數形 式，包括"至少一個"。還將理解的是，術語"包括"和/或"包含"，當在本說明書中使用時，指 定了所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一個或多個其他特 征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或增加。
[003引為便于描述運里可W使用空間關系術語諸如"在…之下"、"在...下面"、"下"、 "在…之上"、"上"等來描述如附圖所示的一個元件或特征與另一個(些)元件或特征之間的 關系。將理解，空間關系術語是用來涵蓋除了附圖所示的取向之外器件在使用或操作中的 不同取向的。例如，如果附圖中的器件翻轉過來，被描述為"在"其他元件或特征"之下"或 "下面"的元件將會在其他元件或特征的"上方"。因此，示范性術語"在...下面"能夠涵蓋之 上和之下兩種取向。器件可W另外地取向（旋轉90度或在其他的取向），運里所用的空間關 系描述符被相應地解釋。
[0039] 如運里使用的"約"或"大致"是包括所述的值的，并表示在由本領域普通技術人員 所確定的對于特定值的可接受的偏差范圍內，考慮到所述的測量W及與特定量的測量相關 的誤差(也就是，測量系統的限制）。例如，"約"可W表示在一個或多個標準偏差內，或在所 述值的 ±30%、±20%、±10%或±5% 內。
[0040] 除非另行地限定，運里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本公開 所屬的領域中的普通技術人員所通常理解的相同的含義。還將理解的，術語(諸如在通常使 用的字典中所定義的那些)應當被解釋為具有與它們在相關領域的背景和本公開中的含義 一致的含義，而不應被解釋為理想化或過度形式化的意義，除非運里明確如此限定。
[0041] 運里參照截面圖描述了示范性實施方式，運些圖是理想化的實施方式的示意圖。 因此，由例如制造技術和/或公差引起的圖示形狀的偏差是可預期的。因此，運里描述的實 施方式不應被解釋為限于運里示出的區域的特定形狀，而是將包括由例如制造引起的形狀 偏差。例如，被示出或描述為平坦的區域可W通常具有粗糖和/或非線性的特征。此外，示出 的銳角可W被倒圓。因而，附圖中示出的區域在本質上是示意性的，它們的形狀不旨在示出 區域的精確形狀，并且不旨在限制本權利要求書的范圍。
[0042] 在當前可獲得的金屬-空氣電池中，僅金屬-空氣電池的一個表面被外部地連接用 于電極反應，例如與電池的外部流體連通，使得空氣可W傳輸到電池的陰極W及從電池的 陰極傳輸出來，并且相反的表面對于電極反應是不可用的。因此，大量多個金屬-空氣電池 會具有受限制的空氣到其的供應并因此具有有限的放電容量。此外，由于金屬-空氣電池的 金屬陽極被導電支撐物支撐，所W金屬-空氣電池的能量密度會被導電支撐物的體積和重 量限制。
[0043] 根據本公開的方面，一種電化學電池包括：陽極組件，具有彼此相反的表面；W及 陰極，具有至少一個折疊部分W及與陽極組件的彼此相反的表面的離子連續性，其中陽極 組件包括陽極和設置在陽極與陰極之間的活性金屬離子導電膜并具有至少一個折疊部分。
[0044] 如運里使用的，術語"離子連續性"表示，在相關的電場和/或濃度梯度下，活性金 屬離子在陰極與陽極組件之間和/或在陽極和活性金屬離子導電膜之間是可運輸的。例如， 活性金屬離子在陰極和陽極組件的活性金屬離子導電膜之間是可運輸的。例如，活性金屬 離子在陽極和活性金屬離子導電膜之間是可運輸的。
[0045] 如運里使用的，術語"物理連續性"或"接觸"表示由活性金屬離子導電膜施加的機 械力可傳送或可傳遞到陽極。它還表示由陽極施加的機械力可傳送或可傳遞到活性金屬離 子導電膜。
[0046] 如運里使用的，術語"活性金屬"指的是可獲得的作為電極活性物質的金屬。
[0047] 在一些實施方式中，在電化學電池中，由于存在陰極的一個或多個折疊部分，活性 金屬離子經由陽極組件的多個表面是可傳輸的，因此該電化學電池可W具有改善的容量密 度，與不具有折疊部分的電化學電池(其中由于沒有陰極的折疊部分，活性金屬離子僅經由 陽極組件的單個表面是可傳送的）相比。
[004引參照圖1A，在根據實施方式的電化學電池600中，陰極500設置在陽極組件300的兩 個相反的表面上，例如圍繞兩個相反的表面，即第一表面和與第一表面相反的第二相反表 面。
[0049] 由于陰極500設置在陽極組件300的相反表面上或圍繞陽極組件300的相反表面并 具有與陽極組件300的相反表面的離子連續性，所W活性金屬離子可W在陰極500和陽極組 件300之間傳輸。在電化學電池600中，陰極500可W具有至少一個折疊部分501并可W設置 在陽極組件300的表面205和鄰近于表面205的表面206上，例如圍繞陽極組件300的表面205 和鄰近于表面205的表面206。陽極組件300可W包括分別具有相反的第一表面205和第二表 面207的活性金屬離子導電膜200,其對應于陽極組件300的相反的第一和第二表面。
[0050] 陰極500可W具有在分別與活性金屬離子導電膜200的第一和第二折疊部分201和 202的折疊方向相同的方向上折疊的第一和第二折疊部分501和502,活性金屬離子導電膜 200構成陽極組件300的一部分。
[0051] 在電化學電池600中，陰極500可W分別具有相反的第一端部509和第二端部510， 其可W分別設置在陽極組件300的相反的第一表面205和第二表面207上。換句話說，陰極 500可W設置在陽極組件300的第一表面205、其鄰近第一表面205的第=表面206W及其與 第一表面205相反的第二表面207上，例如圍繞它們，相反的第一表面端部509和第二表面端 部510分別在陽極組件300的相反的第一表面205和第二表面207上。陰極500例如可W W像U 一樣的形式設置在陽極組件300上，例如圍繞陽極組件300。其形式具有任何適合的形狀，并 可W是線性的或彎曲的，可W是例如形、形或形。
[0052] 參照圖1B，在根據另一個實施方式的電化學電池600中，陰極500可W具有都在陽 極組件300的第一表面205上的相反的第一端部509和第二端部510。換句話說，陰極500可W 圍繞陽極組件300的第一表面205、其鄰近于第一表面205的第=表面206和第四表面208 W 及其與第一表面205相反的第二表面207,相反的第一端部509和第二端部510設置在陽極組 件300的第一表面205上。陰極500的相反的第一端部509和第二端部510可W在陽極組件300 的相同的第一表面205上，并可W彼此接觸或彼此分離。
[0053] 在圖IA和IB的電化學電池600中，陽極組件300的陽極100可W具有相反的第一表 面105和第二表面107,活性金屬離子導電膜200可W具有與陽極100的相反的第一表面105 和第二表面107的離子連續性。
[0054] 陽極100可W具有二維結構。例如，陽極100可W為片狀而沒有折疊部分。陽極100 的二維結構可W是任何適合的結構，具有限定陽極100的面積且比陽極100的厚度大得多的 長度和寬度。陽極100的厚度與限定陽極100的面積的長度和寬度之一的比可W為約1:10或 更大，約1:100或更大，或約1:1000或更大，并可W為例如1:1至1:2000或1:10至1:1000。
[0055] 參照圖2A，在根據實施方式的陽極組件300中，活性金屬離子導電膜200可W設置 在陽極100的相反的第一表面105和第二表面107上，例如圍繞陽極100的相反的第一表面 105和第二表面107。
[0056] 由于活性金屬離子導電膜200可W接觸并圍繞陽極100的相反的第一表面105和第 二表面107,所W活性金屬離子導電膜200可W具有與陽極100的相反的第一表面105和第二 表面107的離子連續性。陽極組件300的活性金屬離子導電膜200可W具有折疊部分201并圍 繞陽極100的第一表面105和其鄰近陽極100的第一表面105的第=表面106。
[0057] 在圖2A的陽極組件300中，活性金屬離子導電膜200的相反的第一端部209和第二 端部210可W分別在陽極100的相反的第一表面105和第二表面107上。換句話說，活性金屬 離子導電膜200可W設置在陽極100的第一表面105、其鄰近表面105的第=表面106W及其 與陽極100的第一表面105相反的第二表面107上，例如圍繞它們，相反的第一端部209和第 二端部2100分別設置在陽極100的相反的第一表面105和第二表面107上。活性金屬離子導 電膜200可W W像U-樣的形式設置在陽極100上，例如圍繞陽極100,并可W為例如"C"形、 形或形。
[0058] 參照圖2B，在根據另一個實施方式的陽極組件300中，活性金屬離子導電膜200的 相反的第一端部209和第二端部210可W都在陽極100的第一表面105上。換句話說，活性金 屬離子導電膜200可W部分地圍繞陽極100的表面105、其鄰近第一表面105的第立表面106 和第四表面108W及其與第一表面105相反的第二表面107,相反的第一端部209和第二端部 210設置在陽極100的相反的第一表面105上。活性金屬離子導電膜200的在陽極100的相同 的第一表面105上的相反的第一端部209和第二端部210可W彼此接觸或彼此分離。
[0059] 參照圖3A，在根據另一個實施方式的陽極組件300中，陽極組件300的活性金屬離 子導電膜200可W形成基本上不能透過的并具有內部區域的殼體400,該內部區域分別通過 活性金屬離子導電膜200的第一、第二和第=邊緣部分200a、200b和200c而與外部區域例如 外部空氣氣密地密封，并使陽極100與陰極500隔離。盡管陽極100在殼體400中被隔離，但是 活性金屬離子進出殼體400的傳輸是可W的。
[0060] 不能透過的殼體400可W包括活性金屬離子導電膜200與陽極100之間的空間120。 空間120可W足夠大用于容納陽極100的伴隨電化學電池的充電和放電的體積變化。此外， 即使沒有空間120，殼體400也可W容納陽極100的伴隨電化學電池的充電和放電的體積變 化。
[0061] 不能透過的殼體400可W阻擋除了活性金屬離子之外的外部液體和/或氣體成分 諸如濕氣和氧的從外部環境的流動W抑制運樣的外部成分和陽極100的活性金屬之間的副 反應，因此可W改善包括不能透過的殼體400的電化學電池的壽命。當揮發性成分存在于不 能透過的并圍繞陽極100的殼體400中時，殼體400可W防止揮發性成分的揮發和由此的損 失。由于不能透過的殼體400僅通過活性金屬離子導電膜200形成，所W陽極組件300可W具 有簡單的結構。
[0062] 參照圖4A，在根據實施方式的電化學電池600中，陰極500可W圍繞基本上不能透 過的殼體400的彼此相反的表面。
[0063] 參照圖3B和3C，根據另一個實施方式的陽極組件300還可W包括與活性金屬離子 導電膜200形成界面W圍繞陽極100的密封結構110。密封結構110可W形成基本上不能透過 的殼體400并包括與外部區域氣密地密封的內部區域，同時使陽極100與陰極500隔離。
[0064] 盡管陽極100在包括密封結構110的殼體400中被隔離，但是活性金屬離子進出殼 體400的傳輸是可W的。
[0065] 包括密封結構110的不能透過的殼體400可W包括空間120。此外，圖3C的殼體400 可W容納陽極100的伴隨電化學電池的充電和放電的體積變化，而沒有空間120。
[0066] 參照圖4B，在根據另一個實施方式的電化學電池600中，陰極500可W圍繞基本上 不能透過的殼體400的彼此相反的表面。
[0067] 密封結構110可W對于外部液體和/或氣體成分諸如濕氣和氧是基本上不能透過 的。密封結構110可W包括單一的材料，提供適合的化學穩定性、柔性和基本上的不滲透性。 或者，多個材料的組合可W用于提供密封結構110。
[0068] 密封結構110可W包括具有適合的化學穩定性、柔性W及阻擋氣體和濕氣的能力 的任何適合的聚合物。
[0069] 例如，具有阻擋氣體和濕氣的能力的聚合物可W是娃酬、聚乙締乙締醇巧V0H)、聚 偏二氯乙締(PVDC)、高密度聚乙締化D陽）、聚丙締(PP)、聚氯乙締(PVC)、聚四氣乙締(PT陽） 或聚偏二氣乙締(PVDF)，但是不限于此。具有阻擋氣體和濕氣的能力的聚合物可W是具有 適合的氣體和濕氣阻擋性能并可用于現有技術的密封結構的任何適合的聚合物。
[0070] 例如，用于密封結構110的具有阻擋氣體和濕氣的能力的聚合物可W是與包括多 個通孔的有機膜中使用的相同的聚合物，該聚合物將在下面結合復合膜來描述。
[0071] 密封結構110可W通過施加包括具有阻擋氣體和濕氣的能力的聚合物的密封劑在 陽極100的表面上和/或接觸陽極100的活性金屬離子導電膜200之間的空間而形成。
[0072] 密封結構110可W是多層層疊的復合密封結構W具有改善的阻擋特性。例如，該多 層層疊復合的密封結構可W包括基本上不能透過的中間阻擋層、耐化學性的頂層和耐化學 性的底層。
[0073] 中間阻擋層可W包括金屬錐。金屬錐的金屬可W是侶、錫、銅、不誘鋼等，但是不限 于此。金屬錐的金屬可W是可用來提供基本上不能透過的金屬錐的任何適合的金屬。金屬 錐可W具有約1微米(皿)至約500WI1的厚度，其厚度可W取決于用途而改變。例如，金屬錐可 W具有約10皿至約90皿的厚度。金屬錐可W包括例如侶或銅。在一些實施方式中，除了金屬 錐之外，多層層疊的復合的密封結構可W包括從玻璃、聚合物和陶瓷中選擇的至少一種的 薄層。例如，多層層疊的復合密封結構可W具有包括第一聚合物層、金屬錐層和第二聚合物 層的=層結構。多層層疊的復合密封結構可W具有約IOwii至約500WI1的厚度。
[0074] 用于頂層和底層的材料可W包括聚合物諸如聚乙締(PE)、聚丙締(PP)、聚四氣乙 締(PTFE)和聚異下締(PB),但是不限于此。例如，可W使用提供適合的耐化學性并可W形成 與金屬錐的穩定的層疊復合層的任何適合的聚合物。
[0075] 多層層疊的復合密封結構可W通過使用密封劑而結合到活性金屬離子導電膜 200。例如，密封劑可W是具有阻擋濕氣和氣體的能力的聚合物W及粘著劑諸如娃酬，如上 所述。
[0076] 參照圖3A，活性金屬離子導電膜200可W順應于陽極100的厚度變化同時保持與陽 極100的物理連續性。因此，活性金屬離子導電膜200可W容易地容納陽極100的伴隨裡-空 氣電池的充電和放電的體積變化并由此保持與陽極100的物理連續性。
[0077] 參照圖3B和3C，密封結構110可W順應于陽極100的厚度變化同時保持與陽極100 的物理連續性。因此，密封結構110可W容納陽極100的在電化學電池的充電和放電期間的 體積變化并因此保持與陽極100的物理連續性。
[0078] 因此，可包括密封結構110或者不包括密封結構110的不能透過的殼體400可W保 持與陽極100的物理連續性同時容納陽極100的在電化學電池的充電和放電期間的體積變 化。陽極組件300的活性金屬離子導電膜200可W是活性金屬離子導電固體膜。活性金屬離 子導電固體膜200可W是基本上不能透過的，具有活性金屬離子導電特性，并與包括氧或濕 氣的外部環境或陰極環境是化學上相容的。
[0079] 活性金屬離子導電膜200可W具有約10皿或更大的厚度。例如，活性金屬離子導電 膜200可W具有約10皿至約20皿、約20皿至約60皿、約60皿至約100皿、約100皿至約200皿、 約200皿至約600皿、約600皿至約1000皿、約Imm至約6mm、約6mm至約10mm、約IOmm至約60mm、 約60mm至約IOOmm或約IOOmm至約600mm的厚度。
[0080] 陽極組件300的活性金屬離子導電膜200可W是氣體和濕氣阻擋膜。由于氣體諸如 氧和濕氣可W由活性金屬離子導電膜200阻擋，所W被圍繞在不能透過的并包括活性金屬 離子導電膜200的殼體400中的陽極100可W被保護而不會由于氧或濕氣而惡化。
[0081] 陽極組件300的活性金屬離子導電膜200可W是包括至少兩種成分的復合膜。
[0082] 復合膜可W具有約10皿或更大的厚度。例如，復合膜可W具有約IOwii至約100皿的 厚度，在一些實施方式中，可W具有約IOOwii至約600WI1的厚度。
[0083] 例如，活性金屬離子導電膜200可W是包括具有多個微孔的有機膜和形成在有機 層的多個微孔中的離子導電聚合物電解質的復合膜。
[0084] 包括多個微孔的有機膜可W是其中多個微孔被隨機形成的多孔有機膜。包括多個 微孔的有機膜可W是基于柔性聚合物的隔板。
[0085] 例如，多孔有機膜可W是聚合物無紡織物諸如基于聚丙締的無紡織物、基于聚酷 亞胺的無紡織物、或基于聚苯硫酸的無紡織物、或者基于締控的樹脂諸如聚乙締、聚丙締、 聚下締或聚氯乙締的多孔膜，但是不限于此。可W使用可用于現有技術中的多孔有機層的 任何適合的材料。例如，多孔有機層可W包括與用于具有多個通孔的有機層的聚合物相同 的聚合物，如下面進一步公開的。
[0086] 離子導電聚合物電解質可W設置在多孔有機層的微孔中。例如，包括多個微孔的 有機層可W用離子導電聚合物電解質浸潰。
[0087] 離子導電聚合物電解質可W滲透到通過有機膜中多個隨機形成的微孔的互連而 形成的流動路徑中從而暴露到有機層的相反的表面，因此提供活性金屬離子的遷移路徑。
[0088] 離子導電聚合物電解質可W包括聚合物，例如從聚氧化乙締（PEO)、聚乙締醇 (PVA)、聚乙締化咯燒酬(PVP)和聚諷中選擇的至少一種。然而，用于離子導電聚合物電解質 的聚合物不限于此。可W使用可用于現有技術中的離子導電聚合物電解質的任何適合的聚 合物。
[0089] 離子導電聚合物電解質可W包括用裡鹽滲雜的聚氧化乙締(PEO)。裡鹽的非限制 性示例包括從LiN(S〇2CF2CF3)2、LiTFSi、LiFSi、LiBF4、LiPF6、LiSbF6、LiAsF6、LiCl〇4、 LiC 的 S〇3、LiN(S〇2F)2、LiN(S〇2CF3)2、LiN(S〇2C2F5)2、LiC(S〇2C&)3、LiN(S〇3CF3)2、LiC4&S〇3^n LiAia4中選擇的至少一種。
[0090] 例如，活性金屬離子導電膜200可W是包括具有多個通孔的有機膜和設置在有機 層的多個通孔中的離子導電的無機顆粒。術語"通孔"指的是形成為穿過有機層的相反的表 面的孔。
[0091] 通孔中的離子導電的無機顆粒在有機層的兩個相反表面處被暴露，因此提供活性 金屬離子的遷移路徑。
[0092] 活性金屬離子導電膜200可W包括離子導電域和非離子導電域。離子導電域和非 離子導電域可W設置在膜厚度方向（例如，Y軸方向）上W彼此接觸，因此形成雙連續結構。 離子導電域可W包括離子導電的無機顆粒，而非離子導電域可W包括聚合物。離子導電的 無機顆粒可W具有單個顆粒狀態而沒有晶界。包括在有機層的彼此相反的表面處暴露的離 子導電的無機顆粒的活性金屬離子導電膜200可W是具有離子導電性W及改善的柔性和改 善的機械強度的復合膜，因此可W是如期望地可加工的。
[0093] 具有多個微孔或者具有多個通孔的有機膜可W包括具有阻擋氣體和濕氣的能力 的聚合物。
[0094] 由于活性金屬離子導電膜200的有機膜阻擋氣體和濕氣，所W活性金屬離子導電 膜200可W保護活性金屬陽極100。因此，活性金屬離子導電膜200可W用作保護膜。
[00%]例如，具有能夠阻擋氣體和濕氣的能力的聚合物可W是從W下選擇的至少一種： 聚（2-乙締基化晚）、聚四氣乙締、四氣乙締-六氣丙締共聚物、聚=氣氯乙締、全氣烷氧基共 聚物、氣化環酸、聚氧化乙締二丙締酸醋、聚氧化乙締二甲基丙締酸醋、聚氧化丙締二丙締 酸醋、聚氧化丙締二甲基丙締酸醋、聚甲醒二丙締酸醋（polymethylene oxide diaciylate)、聚甲醒二甲基丙締酸醋（polymethylene oxide dimethac;rylate)、聚（C1-C6 烷基二醇二丙締酸醋）、聚(C1-C6烷基二醇二甲基丙締酸醋）、聚二乙締基苯、聚酸、聚碳酸 醋、聚醋、聚氯乙締、聚酷亞胺、聚簇酸、聚橫酸、聚諷、聚苯乙締、聚乙締、聚丙締、聚(對-亞 苯基）、聚乙烘、聚（對-亞苯基-亞乙締基）、聚苯胺、聚化咯、聚嚷吩、聚（2,5-乙締亞乙締 基）、多并苯、聚(糞-2,6-二基）、聚氧化乙締、聚氧化丙締、聚偏二氣乙締、偏二氣乙締-六氣 丙締共聚物、聚（乙酸乙締醋）、聚（乙締醇縮下醒-共-乙締醇-共-乙酸乙締醋）、聚（甲基丙 締酸甲醋-共-丙締酸乙醋）、聚丙締臘、聚氯乙締-共-乙酸乙締醋、聚（1-乙締基化咯燒酬- 共-乙酸乙締醋）、聚乙締化咯燒酬、聚丙締酸醋、聚甲基丙締酸醋、聚氨醋、聚乙締基酸、下 臘橡膠、下苯橡膠、丙締臘-下二締-苯乙締橡膠、橫化苯乙締-乙締-下締=嵌段共聚物、聚 乙締醇、聚酷胺、環氧樹脂、丙締酸樹脂(acryl resin)、W及從乙氧基化新戊二醇二丙締酸 醋、乙氧基化雙酪A二丙締酸醋、乙氧基化脂肪族聚氨醋丙締酸醋、乙氧基化C1-C6烷基酪丙 締酸醋和丙締酸C1-C6烷基醋中選擇的至少一種丙締酸醋單體產生的聚合物。然而，具有阻 擋氣體和濕氣的能力的聚合物的示例不限于此，并可W包括提供氣體和濕氣阻擋特性的任 何適合的聚合物。
[0096] 離子導電的無機顆粒可W是從玻璃質的或非晶金屬離子導體、陶瓷活性金屬離子 導體和玻璃陶瓷活性金屬離子導體中選擇的至少一種。離子導電的無機顆粒也可W阻擋氣 體和濕氣。
[0097] 例如，離子導電的無機顆粒可W包括從W下選擇的至少一種:BaTi〇3、Pb(Zr，Ti)〇3 (PZT)、Pb (化aTii-a)〇3其中0 < a。、Pb^xLaxZri-yTiy〇3 (化ZT)(其中 0 < x< 1 并且0 < 1)例如 Pb(ZraTii-a)〇3其中0 <a< l、Pb(Mg3師2/3)〇3-PbTi〇3(PMN-PT)、Hf〇2、SrTi〇3、Sn〇2、Ce〇2、 化 2〇、]?邑0、化0、〔曰0、8曰0、211〇、2'〇2、￥2〇3、412〇3、1'1〇2、81〇2、51(：、憐酸裡化13口〇4)、憐酸鐵裡 (LixTiy(P〇4)3,其中 0<x<2 并且 0<y<3)、憐酸鐵侶裡(LixA^Tiz(P〇4)3,其中 0<x<2、0<y<l 并且 0<z<3)、Lii+"y(Al，Ga)x(Ti，Ge)2-xSiyP3-yOi2(其中0 < X < 1并且0 < y < 1)例如Liiwy (AlbGai-b)x(TicGei-c)2-xSiyP3-yOi2其中0<x< l、0<y< l、0<b< 1并且0<c< 1、鐵酸銅裡 (LixLayTi〇3,其中 0<x<2并且0<y<3)、裡錯硫代憐酸鹽（lithium germanium thiophosphate)、LixGeyPzSw其中0知<4、0勺<1、0知<1并且0<*<5、基于裡氮化物的玻璃11義成 其中0<x<4并且0勺<2、基于SiS2的玻璃LixSiySz其中0<x<3、0勺<2并且0知<4、基于P2S5的玻 璃 LixPySz 其中 0<x<3、0<y<3 并且 0<z<7、Li20、LiF、Li0H、Li2C03、LiA102、基于Li20-Al203- Si02-P205-Ti02-Ge02的陶瓷、W及基于石惱石的陶瓷例如Li3+xLa3M20l2其中M是Te、Nb或Zr。 然而，離子導電的無機顆粒的示例不限于此，并可W包括現有技術可用的任何適合的離子 導電的無機顆粒。
[0098] 在實施方式中，離子導電的無機顆粒沒有晶界，如W上進一步描述的。因此，包括 離子導電的無機顆粒的復合膜可W具有活性金屬離子的低電阻導電路徑。運可W促進活性 金屬離子的導電性和遷移并因此顯著地改善活性金屬離子的導電性和裡離子的傳輸速度。 復合膜可W具有改善的柔性和改善的機械強度，與僅包括無機材料的膜相比。復合膜可W 是可折疊的。
[0099] 離子導電的無機顆粒處于單個顆粒狀態而沒有晶界的事實可W使用掃描電子顯 微術(SEM)鑒別。
[0100] 例如，離子導電的無機顆粒可W具有約10皿至約300WI1的平均粒徑，并且在一些實 施方式中，約90m至約1 25m。當離子導電的無機顆粒的平均粒徑在運些范圍內時，可W容 易地例如通過拋光將活性金屬離子導電膜200形成為包括具有單個顆粒狀態而沒有晶界的 離子導電的無機顆粒的復合膜。
[0101] 離子導電的無機顆粒可W具有均一的顆粒尺寸，并可W在復合膜中保持顆粒尺寸 均一。例如，離子導電的無機顆粒可W具有約110皿至約130皿的D50、約180皿至約200皿的 D90W及約60皿至約80皿的D10。術語"D50"、"D10"和"D90"指的是分別在顆粒尺寸的累積分 布曲線中的50體積％、10體積％和90體積％的顆粒直徑。
[0102] 陽極組件300的活性金屬離子導電膜200可W具有單層結構或多層結構。
[0103] 當活性金屬離子導電膜200是具有單層結構的復合膜時，復合膜可W包括具有多 個微孔的隔板和填充即形成在隔板的微孔中的離子導電聚合物電解質，或者可W包括具有 多個通孔的有機膜和在有機層的通孔中的離子導電的無機顆粒。運些復合膜可W W比陶瓷 膜低的成本制備。具有較大面積、薄膜設計和更少的重量的電化學電池也可W使用運樣的 復合膜通過方便的制造工藝制造。具有改善的壽命的電化學電池可W使用運樣的復合膜制 造。例如，具有單層結構的復合膜可W具有約Iwii至約50皿、約50]im至約100皿、或約100皿至 約300皿的厚度。
[0104] 參照圖3D和3E，在根據另一個實施方式的陽極組件300中，當活性金屬離子導電膜 200包括具有多層結構的復合膜時，活性金屬離子導電膜200可W具有其中具有阻擋氣體和 濕氣的能力的復合層212和聚合物電解質膜211堆疊在彼此上的多層結構。在作為活性金屬 的陽極100與復合層212之間進一步包括與陽極環境和復合層212化學上相容的聚合物電解 質膜211可W改善活性金屬陽極100和復合層212的穩定性。復合層212可W基本上用作用于 陽極100的保護膜。
[0105] 設置在復合層212與陽極100之間的聚合物電解質膜211可W具有約1皿或更大的 厚度。例如，聚合物電解質膜211可W具有約1皿至約50皿、約50WI1至約100皿或約100皿至約 300WI1的厚度。聚合物電解質膜211可W是包括可獲得用于離子導電聚合物電解質的聚合物 電解質的膜，如上所述。例如，聚合物電解質膜211可W包括用裡鹽滲雜的聚氧化乙締。被滲 雜的裡鹽的示例可W與W上結合離子導電聚合物電解質列出的相同。
[0106] 盡管沒有在圖3D和3E中示出，但是多孔膜可W進一步設置在復合層212與聚合物 電解質膜211之間，或在聚合物電解質膜211與活性金屬陽極100之間。
[0107] 多孔膜可W是包括微孔并具有適合的機械和耐熱特性的任何適合的膜。多孔膜的 示例是包括基于締控的聚合物、玻璃纖維或聚乙締的具有適合的耐化學性和疏水特性的片 或無紡的織物。基于締控的聚合物的示例包括從聚乙締和聚丙締中選擇的至少一種。例如， 多孔膜可W是混合的多層，諸如2層的聚乙締/聚丙締隔板、3層的聚乙締/聚丙締/聚乙締隔 板或3層的聚丙締/聚乙締/聚丙締隔板。
[0108] 例如，多孔膜可W包括聚乙締膜或聚丙締膜。多孔膜可W具有約0.01皿至約10皿 的孔直徑W及約IOwii或更大的厚度。例如，多孔膜可W具有約IOwii至約IOOwii的厚度，在一 些實施方式中，可W具有約100皿至約300皿的厚度。例如，多孔膜可W具有約10皿至約50皿 的厚度。
[0109] 多孔膜可W包括包含裡鹽和有機溶劑的電解質溶液。包括電解質溶液的多孔膜可 W用作電解質膜。多孔膜也可W用作隔板。
[0110] 裡鹽的量可W調整為約0.0 lmolar(M)至約5M，例如約0.2M至約2M。當裡鹽的量在 運些范圍內時，復合膜可W具有適合的導電性。
[0111] 裡鹽可W溶于有機溶劑中W用作裡離子的來源。例如，裡鹽可W是從LiPFs、 LiTFSi、LiFSi、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(S〇2F)2、LiN(S〇2C2F5)2、LiN(S〇2CF3)2、LiC4F9S〇3、 LiC104、LiA102、LiAlCl4、LiN(CxF2x+lS02)(CyF2y+lS02)(其中3<x<20,3<y<20)、LiF、Li化、 LiCl、LiOH、LiI和LiB(C2化)2(雙乙二酸棚酸裡;LiBOB)中選擇的至少一種。
[0112] 多孔膜中的電解質溶液還可W包括金屬鹽，例如從AlCl3、MgCl2、化CUKC1、化化、 邸r和化C12中選擇的至少一種，除了如上所述的裡鹽之外。
[0113] 例如，電解質溶液的有機溶劑可W是非質子溶劑。
[0114] 非質子溶劑的非限制性示例包括從基于碳酸鹽的溶劑、基于醋的溶劑、基于酸的 溶劑、基于酬的溶劑和基于胺的溶劑中選擇的至少一種。
[0115] 可利用的基于碳酸鹽的溶劑的示例包括從碳酸二甲醋(DMC)、碳酸二乙醋(DEC)、 碳酸甲乙醋（ethyl meth}d carbonate,EMC)、碳酸二丙醋(DPC)、碳酸甲丙醋(MPC)、碳酸乙 丙醋化PC)、碳酸亞乙醋（ethylene carbonate, EC)、碳酸亞丙基醋(PC)和碳酸下締醋（BC) 中選擇的至少一種。
[0116] 可利用的基于醋的溶劑的示例包括從乙酸甲醋、乙酸乙醋、乙酸正丙醋(n-propyl acetate)、乙酸叔下醋（t-butyl acetate)、丙酸甲醋、丙酸乙醋、丫-下內醋、癸內醋 (decanolide)、戊內醋、甲瓦龍酸內醋(mevalonolactone)和己內醋中選擇的至少一種。
[0117] 可利用的基于酸的溶劑的示例包括從二下酸、四乙醇二甲酸、二甘醇二甲酸、乙二 醇二甲酸、2-甲基四氨巧喃（2-methyl tetrahydro化ran) W及四氨巧喃中選擇的至少一 種。基于酬的溶劑的示例包括環己酬。
[0118] 可利用的基于胺的溶劑的示例是=乙胺和=苯胺。可利用的基于憐化氨的溶劑的 示例包括=乙基麟。非質子溶劑的示例不限于W上列出的溶劑。可W使用現有技術可獲得 的任何適合的非質子溶劑。
[0119] 非質子溶劑的示例包括:臘諸如化學式R-CN的臘(其中R是線性的、分支的或環的 C2-C30碳氨化合物基團，其可W包括雙鍵、芳香環或酸鍵）；和胺諸如二甲基甲酯胺;二氧戊 環諸如1,3-二氧戊環；W及環下諷。
[0120] W上列出的非質子溶劑可W單獨地使用或W其至少一個組合地使用。在后者中， 至少一個非質子溶劑的比例可W取決于電化學電池的期望性能而被適當地調整。
[0121] 在一些實施方式中，多孔膜可W包括離子液體。可利用的離子液體的示例是包括 如下的化合物：線性的或分支取代的錠、咪挫鑛（imidazol ium)、化咯燒輸 (pyrrolidinium)、R比晚（pyridinium)或贓隨'^'.(piperidinium)的陽離子；W及陰離子諸 如PFs-、BF4-、C的S〇3-、（C的S〇2) 2N-、（C2F日S〇2)2N-、（C2F日S〇2)2N-或（CN) 2N-。
[0122] 盡管沒有在圖IA和IB中示出，但是固體電解質膜還可W被公開在陰極500與活性 金屬離子導電膜200之間。額外的固體電解質膜可W是聚合物電解質膜或無機電解質膜。額 外的固體電解質膜可W具有約10皿或更大的厚度。例如，額外的固體電解質膜可W具有約 10皿至約100皿的厚度，在在一些實施方式中，約lOOym至約300皿。與陰極500與活性金屬離 子導電膜200之間的外部環境化學地相容的固體電解質膜的進一步包括可W改善陰極500 和活性金屬離子導電膜200的穩定性。
[0123] 盡管沒有在圖IA和IB中示出，但是多孔膜和/或電解質溶液還可W被進一步設置 在陰極500與活性金屬離子導電膜200之間。多孔膜和電解質溶液可W分別與W上結合圖3D 和3E的陽極組件300的實施方式描述的多孔膜和電解質溶液相同，被設置在復合層212和聚 合物電解質膜211之間或在聚合物電解質膜211和活性金屬陽極100之間。
[0124] 參照圖4C，根據實施方式的電化學電池600還可W包括設置在陰極500的表面上的 氣體擴散層550。空氣可W通過擴散到氣體擴散層550中而供應到電化學電池600中。氣體擴 散層550可W具有導電性。具有導電性的氣體擴散層550可W用作陰極集流器。用于氣體擴 散層550的材料可W是多孔含碳材料、多孔金屬等，并且不限于此。可W使用在現有技術中 的可獲得用于導電的氣體擴散層的任何適合的材料。例如，多孔含碳材料可W是碳纖維無 紡織物。導電的含碳氣體擴散層可W具有比金屬低的密度，因此可W進一步改善電化學電 池的能量密度。
[0125] 參照圖4C，電化學電池600還可W包括設置為接觸氣體擴散層550和/或陰極500的 陰極集流器552。陰極集流器552的位置沒有被具體地限制，并可W取決于電化學電池600的 形狀而選擇。
[0126] 矩陣或網格形式的多孔結構可W用作陰極集流器552W促進氧擴散。由例如不誘 鋼、儀或侶制成的多孔金屬板也可W被用作陰極集流器552。用于陰極集流器552的材料沒 有被具體地限制，可W使用現有技術可獲得的用于集流器的任何適合的材料。陰極集流器 552可W涂有抗氧化金屬或合金膜W防止氧化。
[0127] 參照圖4C，電化學電池600還可W包括設置為接觸陽極100的陽極集流器112。陽極 集流器112的位置沒有被具體地限制，并可W在不發生與陰極集流器552的短路的范圍內取 決于電化學電池600的形狀來選擇。
[0128] 由例如不誘鋼、儀或侶制成的多孔金屬板可W被用作陽極集流器112。用于陽極集 流器112的材料沒有被具體地限制，可W使用現有技術可獲得的用于集流器的任何適合的 材料。
[0129] 在一些實施方式中，根據W上描述實施方式中的任一個的電化學電池600可W是 金屬-空氣電池。
[0130] 在金屬-空氣電池中，利用氧作為陰極活性材料的陰極500可W包括導電材料。導 電材料可W是多孔的。因此，陰極活性材料可W是具有多孔性和導電性的任何材料，例如多 孔的含碳材料。例如，多孔的含碳材料可W是從碳黑、石墨、石墨締、活性碳和碳纖維中選擇 的至少一種。
[0131] 陰極活性材料可W包括金屬性的導電材料諸如金屬纖維或金屬網格。陰極活性材 料可W包括金屬粉末，例如從銅、銀、儀和侶中選擇的至少一種，可W為任何適合的形式，諸 如為粉末的形式。陰極活性材料可W包括有機導電材料諸如聚苯撐衍生物。W上列出的導 電材料可W單獨地使用或W其組合來使用。
[0132] 用于促進氧的氧化/還原的催化劑可W被添加到金屬-空氣電池的陰極500。催化 劑的非限制性示例包括:基于貴金屬的催化劑，諸如銷(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、鈕(Pd)、釘 (Ru)、錠(化)和餓(Os);基于氧化物的催化劑，諸如氧化儘、氧化鐵、氧化鉆和氧化儀;或基 于有機金屬的催化劑，諸如獻菁鉆。可W使用現有技術可利用的用于氧的氧化和還原的任 何適合的催化劑。
[0133] 催化劑可W被支撐在支撐物上。支撐物的非限制性示例包括氧化物、沸石、粘±礦 物和碳。氧化物可W包括侶氧化物、娃石、錯氧化物和二氧化鐵中的至少一種氧化物。氧化 物可W是包括從姉(Ce)、錯(Pr)、衫(Sm)、館巧U)、鋪(Tb)、鎊(I'm)、鏡(Yb)、錬(Sb)、祕(Bi)、 饑(V)、銘(Cr)、儘(Mn)、鐵(Fe)、鉆(Co)、儀(Ni)、銅(Cu)、妮(師）、鋼(Mo)和鶴(W)構成的組 中選擇的至少一種金屬的氧化物。碳的非限制性示例包括:碳黑，諸如Ketjen黑、乙烘黑、槽 黑和燈黑；石墨，諸如天然石墨、人造石墨和膨脹石墨;活性碳；W及碳纖維。可W使用現有 技術中的可利用作為支撐物的任何適合的材料。
[0134] 金屬-空氣電池的陰極500還可W包括粘合劑。粘合劑可W包括熱塑性樹脂或可熱 固化樹脂。粘合劑的非限制性示例包括從聚乙締、聚丙締、聚四氣乙締(PTFE)、聚偏二氣乙 締（PVDF)、下苯橡膠、四氣乙締-全氣代烷基乙締基酸共聚物（tetraf IuoroethyIene- perfIuoroa化yl vinyl e1:he;r copolymer)、偏二氣乙締-六氣丙締共聚物、偏二氣乙締-S 氣氯乙締共聚物、乙締-四氣乙締共聚物、聚=氣氯乙締、偏二氣乙締-五氣丙締共聚物 (fluorovinylidene-pentaf Iuoro propylene copolymer)、丙締-四氣乙締共聚物、乙締- =氣氯乙締共聚物、偏二氣乙締-六氣丙締-四氣乙締共聚物、偏二氣乙締-全氣甲基乙締基 酸-四氣乙締共聚物W及乙締-丙締酸共聚物中選擇的至少一種。可W使用現有技術中可獲 得的任何適合的粘合劑。
[0135] 金屬-空氣電池的陰極500還可W包括離子導電聚合物電解質。離子導電聚合物電 解質可W具有其中從聚氧化乙締（PEO)、聚乙締醇（PVA)、聚乙締化咯燒酬（PVP)和聚諷 (polysulfone)中選擇的至少一種聚合物用裡滲雜的結構。例如，離子導電聚合物電解質可 W是用裡鹽滲雜的聚氧化乙締。被滲雜的裡鹽可W與W上描述的離子導電聚合物電解質中 使用的相同。
[0136] 金屬-空氣電池的陰極500可W被如下地制造。例如，用于氧的氧化/還原的催化 劑、導電材料和粘合劑可W混合在一起，然后適當的溶劑可W添加到其W制備陰極漿料。陰 極漿料可W涂覆在陰極集流器的表面上并被干燥，隨后可選地進行擠壓成型W改善陰極 500的密度，從而制造陰極500。可選地，金屬-空氣電池的陰極500可W包括裡氧化物。可選 地，陰極500可W不包括用于氧的氧化/還原的催化劑。
[0137] 金屬-空氣電池的陽極100可W包括堿金屬（例如裡、鋼或鐘）、堿±金屬（例如巧、 儀或領)和/或過渡金屬(例如鋒)或其合金。
[0138] 例如，金屬-空氣電池的陽極100可W包括從裡和裡合金中選擇的至少一種。活性 金屬陽極100可W是從裡和包括裡作為主要成分的裡合金中選擇的一種。
[0139] 裡金屬薄膜也可W被按照原樣使用作為金屬-空氣電池的陽極100。當裡金屬薄膜 用作陽極100時，可W降低陽極集流器的體積和重量，電化學電池可W具有改善的能量密 度。在一些實施方式中，作為陽極100的裡金屬薄膜可W設置在也可用作陽極集流器的導電 基板上。作為陽極100的裡金屬薄膜可W形成為與陽極集流器成一體。陽極集流器可W包括 從不誘鋼、銅、儀、鐵和鐵中選擇的至少一種，但是不限于此。可W使用具有適合的導電性并 在現有技術可獲得的任何適合的金屬基底。
[0140] 金屬裡和另外的陽極活性材料的合金可W被用作金屬-空氣電池的陽極100。額外 的陽極活性材料可W是與裡可成合金的金屬。可與裡成合金的金屬的非限制性示例是從 8;[、5]1、41、66、？13、8;[、513、5;[-￥'合金(其中￥'可^是堿金屬、堿±金屬、13族元素、14族元素、 過渡金屬和稀±元素，除了 Si之外）和Sn-Y"合金(其中r可W是從堿金屬、堿±金屬、13族 元素、14族元素、過渡金屬和稀±元素中選擇的至少一種，除了 Sn之外）中選擇的至少一種。 例如，元素Y"可W是從儀(Mg)、巧(Ca)、鎖(Sr)、領(Ba)、錯(Ra)、筑(Sc)、錠(Y)、鐵(Ti)、錯 (化）、給化f)、爐(Rf)、饑(V)、妮(師）、粗(Ta)、每杜(dubnium，Db)、銘(Cr)、鋼(Mo)、鶴(W)、 每喜（seaborgium，Sg)、得(Tc)、鍊(Re)、每波(Bh)、鐵(Fe)、鉛(Pb)、釘(Ru)、餓(Os)、每黑 化assium，Hs)、錠(化）、銀（Ir)、鈕(Pd)、銷(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鋒(Zn)、儒(Cd)、 棚(B)、侶(Al)、嫁(Ga)、錫(Sn)、銅（In)、錯(Ge)、憐(P)、神(As)、錬(Sb)、祕(Bi)、硫(S)、砸 (Se)、蹄(Te) W及針(Po)中選擇的至少一種。例如，金屬裡和另外的陽極活性材料的合金可 W包括從裡侶合金、裡娃合金、裡錫合金、裡銀合金和裡鉛合金中選擇的至少一種。
[0141] 金屬-空氣電池的陽極100可W具有約10皿或更大的厚度。陽極100可W具有約IOii m至約20皿、約20皿至約60皿、約60皿至約100皿、約100皿至約200皿、約200皿至約600皿、約 600皿至約1000皿、約Imm至約6mm、約6mm至約1 Omm、約1 Omm至約60mm、約60mm至約1 OOmm、或 約IOOmrn至約600mm的厚度。
[0142] 在一些實施方式中，電化學電池600可W是裡二次電池。裡二次電池可W為例如裡 硫二次電池或裡離子二次電池。
[0143] 裡硫二次電池可W使用元素硫(Ss)、包含元素硫的化合物或其混合物作為用于陰 極500的陰極活性材料，其中包含元素硫的化合物可W是從LisSn(其中n含l)、Li2Sn(其中n M)溶于陰極電解液的溶液、有機硫化合物和碳硫聚合物（（C2Sx)n，其中x = 2.5至50，n>2) 中選擇的至少一種。
[0144] 裡硫二次電池可W使用允許裡離子的可逆的嵌入/脫嵌的含碳材料作為用于陽極 100的陽極活性材料。
[0145] 含碳材料可W包括現有技術中可用于裡硫二次電池的任何適合的含碳的陽極活 性材料。含碳材料的示例包括從結晶碳和無定形碳中選擇的至少一種。可通過與裡離子的 可逆反應而可逆地形成包含裡的化合物的材料的非限制性示例是錫氧化物(Sn〇2)、硝酸鐵 和娃(Si)。例如，可得到的用于裡硫二次電池的陽極活性材料可W是裡合金。裡合金可W是 與從Na、K、肺、Cs、化、86、]\%、化、5'、8曰、1?曰、41和511中選擇的金屬的裡合金。
[0146] 裡離子二次電池可W使用允許裡離子的可逆的嵌入和脫嵌的化合物作為用于陰 極500的陰極活性材料。裡離子二次電池的陰極活性材料可W是從裡鉆氧化物、裡儀鉆儘氧 化物、裡儀鉆侶氧化物、裡鐵憐氧化物和裡儘氧化物中選擇的至少一種，但是不限于此。可 W使用現有技術中可獲得的任何適合的陰極活性材料。
[0147] 陰極活性材料可W包括從W下中選擇的至少一種：裡鉆氧化物化iCo〇2);裡儀氧 化物化iNi〇2);裡儘氧化物諸如Lii+xMn2-x〇4(其中X在0至0.33的范圍內）、LiMn〇3、LiMn2〇3或 LiMn〇2;裡銅氧化物化i2Cu化）；裡鐵氧化物化iFe3化）；裡饑氧化物化iV3〇8);銅饑氧化物 (C112V2O7);饑氧化物(V2〇5);裡儀氧化物化iNii-xMx〇2 )(其中M為Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga， X在0.01至0.3的范圍內）；裡儘氧化物諸如LiMn2-xMx〇2 (其中M為Co、Ni、化、Cr、Zn或化，X在 0.01至0.1的范圍內）或Li2Mn3M〇8(其中M為化、Co、Ni、化或化）；裡部分地用堿±金屬離子取 代的裡儘氧化物(LiMmCk);二硫化物化合物;和鐵鋼氧化物(Fe2(Mo〇4)3)。
[014引裡離子二次電池可W使用從51、510、(其中0知<2，例如，義=0.5至1.5)、511、51102、包 含娃的金屬合金和其混合物中選擇的材料作為用于陽極100的陽極活性材料。能形成包含 娃的金屬合金的金屬可W是從41、5]1、4旨^日、8;[、]\%、2]1、1]1、6日、化和1';[中選擇的至少一種。
[0149]陽極活性材料的示例包括可與裡成合金的金屬/非金屬、其合金或其氧化物。可與 裡成合金的金屬/非金屬的示例是Si、Sn、Al、Ge、化、Bi、Sb、Si-Y'合金(其中Y'可W是堿金 屬、堿±金屬、13族元素、14族元素、過渡金屬、稀±元素、或運些元素的組合，除了 Si之外） 和Sn-Y"合金(其中r可W是堿金屬、堿±金屬、13族元素、14族元素、過渡金屬、稀±元素、 或運些元素的組合，除了 Sn之外）、W及MnOx(其中0<x。）。例如，元素Y'可W是從儀(Mg)、 巧(Ca)、鎖(Sr)、領(Ba)、錯(Ra)、筑(Sc)、錠(Y)、鐵(Ti)、錯(Zr)、給化 f)、爐(Rf)、饑(V)、妮 (Nb)、粗(Ta)、^ 杜(Db)、銘(Cr)、鋼(Mo)、鶴(W)、^ 喜（Sg)、得(Tc)、鍊(Re)、^ 波(Bh)、鐵 (Fe)、鉛(Pb)、釘(Ru)、餓(Os)、每黑(Hs)、錠伽）、銀（Ir)、鈕(Pd)、銷(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、 金(Au)、鋒(Zn)、儒(Cd)、棚(B)、侶(Al)、嫁(Ga)、錫(Sn)、銅（In)、錯(Ge)、憐(P)、神(As)、錬 (Sb)、祕(Bi)、硫(S)、砸(Se)、蹄(Te) W及針(Po)中選擇的至少一種。與裡可成合金的金屬/ 非金屬的氧化物的非限制性示例是裡鐵氧化物、饑氧化物和裡饑氧化物、SnOsW及SiOx(其 中0<x<2)。
[0150] 例如，陽極活性材料可W包括從元素周期表的13族元素、14族元素和15族元素選 擇的至少一種元素。例如，陽極活性材料可W包括從Si、Ge和Sn中選擇的至少一種元素。
[0151] 陽極活性材料可W是含碳材料與從如W上列出的娃、娃氧化物和包含娃的金屬合 金中選擇的至少一種的混合物或復合物。
[0152] 在一些實施方式中，陽極活性材料可W具有顆粒形式，或者可W是具有納米尺寸 的納米結構。例如，陽極活性材料可W具有各種形式中的任一種，例如納米顆粒、納米線、納 米棒、納米管或納米帶。
[0153] 在一些實施方式中，裡離子二次電池可W包括設置在陰極500和陽極100之間的隔 板和電解質溶液。裡離子二次電池中的隔板和電解質溶液的示例可W與W上結合圖3D和3E 的陽極組件300的實施方式描述的多孔膜和電解質溶液的那些相同，設置在復合層212和聚 合物電解質膜211之間或在聚合物電解質膜211和作為活性金屬的陽極100之間。
[0154] 參照圖1A，根據實施方式的電化學電池600可W包括：陽極組件300,具有相反的第 一表面205和第二表面207;和陰極500，圍繞陽極組件300并具有至少一個折疊部分，諸如分 別在與陽極組件300的折疊方向相同的方向上被折疊的第一和第二端部501和502W及分別 設置在陽極組件300的相反的第一表面205和第二表面207上的相反的第一端部509和第二 端部510,其中陽極組件300可W包括：陽極100,分別具有相反的第一表面105和第二表面 107;和活性金屬離子導電膜200,設置在陽極100和陰極500之間W圍繞陽極100并具有至少 第一和第二折疊部分201和202W及分別設置在陽極100的相反的第一表面105和第二表面 107上的相反的第一端部209和第二端部210。
[0155] 參照圖5,根據實施方式的電化學電池模塊700可W包括:如上所述的堆疊在彼此 上的多個電化學電池600; W及至少一個氣體擴散層550,設置在堆疊在彼此上的多個電化 學電池600的每個的相反表面之間。
[0156] 由于設置在堆疊在彼此上的多個電化學電池的相鄰的電化學電池600之間的至少 一個氣體擴散層550的存在，可W實現對多個電化學電池的同時的空氣供給，因此改善電化 學電池模塊700的能量效率。隨著堆疊在彼此上的電化學電池的數目增大，用于每個電化學 電池的氣體擴散層的數目可W平均朝向1收斂，因此所得的電化學電池模塊可W具有改善 的能量密度。
[0157] 當具有導電性的氣體擴散層550設置在堆疊在彼此上的電化學電池600的每相鄰 的兩個之間時，電化學電池600的陰極500可W經由具有導電性的氣體擴散層550而電連接。 因此，僅一個陰極集流器可W足夠電連接陰極500,使得電化學電池模塊可W具有簡化的結 構。
[0158] 參照圖6A至6E，根據實施方式，一種制備電化學電池600的方法可W包括:提供陰 極500;在陰極500的表面上設置例如提供活性金屬離子導電膜200;在活性金屬離子導電膜 200的表面的至少一部分上設置例如提供陽極100; W及折疊陰極500和活性金屬離子導電 膜200W及可選地陽極100至少一次，W使陽極100的表面上的兩個分離的點IOOa和IOOb接 觸(參照圖6C)或使陽極100的表面IOOc和活性金屬離子導電膜200的沒有被陽極100覆蓋的 表面區域220a接觸（參照圖6D)。在實施方式中，陽極100可W設置在活性金屬離子導電膜 200的整個表面上。在另一個實施方式中，陽極100設置在活性金屬離子導電膜200的表面的 一部分上。此外，在實施方式中，所述折疊包括折疊陰極和活性金屬離子導電膜W形成活性 金屬離子導電膜與陽極的表面上的第一點、陽極的表面上的第二點和活性金屬離子導電膜 的沒有設置在陽極上的表面區域中的至少一個之間的第一接觸和第二接觸W制備該電化 學電池。
[0159] 參照圖64、68、6(：、66和6。，根據實施方式的電化學電池600可^通過如下制造:提 供陰極500;在陰極500的表面上提供活性金屬離子導電膜200;在活性金屬離子導電膜200 的整個表面上提供陽極100; W及折疊陰極500、活性金屬離子導電膜200和陽極100至少一 次W使陽極100的表面上的兩個分離的點IOOa和10化接觸。圖6E示出圖6C和6F中示出的步 驟之間的中間步驟。
[0160] 參照圖6A、6B、抓和6F，根據實施方式的電化學電池600可W通過如下制造:提供陰 極500;在陰極500的表面上提供活性金屬離子導電膜200;在活性金屬離子導電膜200的表 面的區域上提供陽極100; W及折疊陰極500和活性金屬離子導電膜200至少一次W使陽極 100的表面IOOc和活性金屬離子導電膜200的沒有被陽極100覆蓋的表面區域220a接觸。在 根據實施方式的制備電化學電池600的方法中，陰極500和活性金屬離子導電膜200的折疊 位置、折疊次數、折疊方向等可W取決于將被形成的電化學電池600的形狀而被適當地選 擇。
[0161] 在根據實施方式的制備電化學電池600的方法中，陽極100可W在沒有支撐物的情 況下提供。陽極100可W提供在活性金屬離子導電膜200上而不被支撐物諸如載體支撐。
[0162] 由于由去除支撐物帶來的減小的體積和重量，提供陽極100而不用支撐物可W改 善電化學電池600的能量密度。
[0163] 例如，當裡金屬用作陽極100時，裡金屬可W利用刮刀涂覆在活性金屬離子導電膜 200上作為薄膜，或者作為陽極100的裡金屬薄膜可W形成在活性金屬離子導電膜200上。
[0164] 在一些實施方式中，如圖4A所示的制備電化學電池600的方法還可W包括通過熱 擠壓而氣密地密封被折疊W在其中包圍陽極100的活性金屬離子導電膜200的邊緣部分 200a、20化和200c。所述氣密地密封可W導致包括與外部區域被氣密地密封的內部區域的 基本上不可滲透的殼體400,同時使陽極100與陰極500隔離。
[0165] 在一些實施方式中，如圖4B所示的制備電化學電池600的方法還可W包括通過將 密封結構設置到折疊的活性金屬離子導電膜的邊緣部分之間的界面而氣密地密封被折疊 W在其中包圍陽極100的活性金屬離子導電膜200的邊緣部分。密封結構110可W利用密封 劑和/或具有聚合物/金屬/聚合物結構的多層層疊（例如，侶層疊）而形成。通過密封結構 110的氣密密封可W導致包括與外部區域氣密地密封的內部區域的基本上不可滲透的殼體 400,同時使陽極100與陰極500隔離。
[0166] 在圖4A或4B的電化學電池600中，陽極100在殼體400中隔離，同時活性金屬離子進 出殼體400的運輸是可W的。
[0167] 圖7A至7E示出根據實施方式的制造陽極組件的方法。參照圖7A至7E，一種制造陽 極組件的方法可W包括:提供活性金屬離子導電膜200;在活性金屬離子導電膜200的表面 的至少一區域上提供陽極100; W及折疊活性金屬離子導電膜200至少一次W使陽極100的 表面上的兩個分離的點IOOa和1〇化接觸(參照圖7B)或使陽極100的表面IOOc和活性金屬離 子導電膜200的沒有被陽極100覆蓋的表面區域220a接觸(參照圖7C)。根據實施方式的制造 陽極組件的具體方法可W與上面描述的制造電化學電池600的方法相同。
[0168] 在根據實施方式的制備陽極組件300的方法中，活性金屬離子導電膜200的折疊位 置、折疊次數、折疊方向等可W取決于目標陽極組件300的形狀而被適當地選擇。
[0169] 根據上述實施方式的電化學電池可被利用作為裡一次電池或者裡二次電池。電化 學電池可W具有各種形狀的任一種，在一些實施方式中，可W具有像硬幣、紐扣、片、疊層、 圓柱、平面或卿趴一樣的形狀。電化學電池可W可應用作為電動車輛的大的電池。
[0170] 如運里所用的，術語"空氣"不限于大氣，為方便起見，可W指的是包括氧的氣體的 組合、或者純氧氣體。"空氣"的運種寬的定義也應用于其他的術語，包括"空氣電池"和"空 氣電極"。
[0171] 現在將參照W下的示例更詳細地公開實施方式。然而，運些示例僅是說明的目的， 而不應限制本公開的范圍。
[0172] 示例
[0173] 裡-空氣電池的制造
[0174] 比較例1:常規裡-空氣電池的制造
[0175] 陰極的制造
[0176] 16.32克（旨）的聚氧化乙締。60，]^ = 600000，可從41化1油獲得，182028)溶于150 毫升(mU的乙臘中W獲得陽0溶液。然后，LiTFSi被添加至化EO溶液W達到[E0]與[Li]的摩 爾比為18:1并攬拌。所得的溶液被誘注在特氣龍(Teflon)盤上，在干燥室中在室溫下干燥2 天，然后在約80°C在真空中進一步干燥整夜W除去乙臘溶劑，從而獲得陰極電解質膜。
[0177] 碳黑（Printex'@,可從美國的Orion !Engineered Chemicals獲得）在約 120°C在真空 中被干燥約24小時。
[0178] 碳黑、作為粘合劑的聚四氣乙締(PTFE)和陰極電解質膜W預定的重量比稱重、被 機械地揉磋在一起、然后被漉擠壓W形成具有約30WI1的厚度的陰極，隨后在大約6(TC的烘 箱中干燥并切割成具有約6cm2的面積的矩形陰極(2cmX3cm)。陰極中的碳黑與凝膠電解質 的重量比為約1:5,粘合劑的量為約30wt%。
[0179] 電解質膜的制造
[0180] 多孔隔板（CeIgarcf)通過與用于形成陰極電解質膜的相同溶液浸潰，在干燥室 中在室溫下干燥兩天，然后在大約60°C在真空中進一步干燥整夜W除去乙臘溶劑，從而獲 得固體電解質膜。固體電解質膜具有約70]im至約90]im的厚度。
[0181] 裡-空氣電池的制造
[0182] 電解質膜(2cmX3cm的尺寸)設置在陰極的表面上，然后具有約30皿的厚度的裡金 屬(2cmX3cm的尺寸)設置在電解質膜的表面上，從而獲得如圖8A所示的陰極/電解質膜/陽 極的結構，包括陰極和具有與陰極相同的面積并分別設置在電解質膜的相反的表面上的裡 金屬。
[0183] 作為陰極集流器的Ni網格設置在陰極上，作為氣體擴散層的碳紙(可從SCiL獲得， 35-DA)設置在陰極集流器上，從而制造如圖8A和8B所示的裡-空氣電池。最后，端板分別設 置在氣體擴散層和陽極(裡金屬)上。在裡-空氣電池中，裡金屬（陽極)的僅一個表面接觸電 解質膜。
[0184] 參照圖8A和8B，作為常規電化學電池的所制造的裡-空氣電池600具有包括W下的 結構:作為裡金屬的陽極100;活性金屬離子導電膜200,設置在陽極100上；陰極500,設置在 活性金屬離子導電膜200上；W及氣體擴散層550,設置在陰極500上，其中端板570a和57化 分別設置在電化學電池600例如裡-空氣電池的上表面和下表面上。陰極集流器552設置在 氣體擴散層550上，陽極集流器112設置在陽極100上。空氣可W通過氣體擴散層550的側面 供應。
[01化]示例1:裡-空氣電池的制造
[0186] 陰極的制造
[0187] 具有約6cm2的面積的陰極(2cmX3cm的尺寸似與比較例1中相同的方法制造。
[018引電解質膜的制造
[0189] 具有約7.48cm2的面積的電解質膜(2.2cmX3.4cm的尺寸）W與比較例1中相同的 方法制造。
[0190] 裡-空氣電池的制造
[0191] 電解質膜設置在陰極的表面上，然后具有約30WI1的厚度的裡金屬（2cmX3cm的尺 寸)設置在電解質膜的表面的中間。
[0192] 隨后，裡金屬/電解質膜/陰極的所得的疊層被朝向裡金屬的表面折疊從而接觸裡 金屬的表面上的兩個分離的點，從而制造具有如圖6F所示的結構的裡-空氣電池。在折疊之 前，如圖3A所示的陽極集流器112連接到裡金屬。
[0193] 裡金屬的面積由于折疊而減小了二分之一到3cm2(lcmX3cm)。裡金屬的上下表面 被具有比裡金屬大的尺寸的電解質膜圍繞并完全地密封。
[0194] 作為陰極集流器的Ni網格設置在陰極的彼此相反的表面中的至少一個上，作為氣 體擴散層的碳紙(可從SCiL獲得，35-DA)設置在陰極集流器和/或陰極上，從而制造如圖9A和 9B所示的裡-空氣電池。最后，端板分別設置在氣體擴散層上。
[01M]參照圖9A和9B，根據本公開實施方式的作為電化學電池600的所制造的裡-空氣電 池600具有包括W下的結構：作為裡金屬的陽極100;活性金屬離子導電膜200,圍繞陽極 100;陰極500,圍繞活性金屬離子導電膜200; W及氣體擴散層550a和55化，分別設置在陰極 500的彼此相反的表面上，其中陽極100被活性金屬離子導電膜200(參照圖9A)或密封結構 11〇(參照圖9B)氣密地密封，端板570a和570b分別設置在電化學電池600例如裡-空氣電池 的上表面和下表面上。陰極集流器552設置在氣體擴散層550a和55化上，陽極集流器112設 置在陽極100上。空氣可W通過氣體擴散層550a和55化的側面551供應。
[0196] 示例2:裡-空氣電池模塊的制造
[0197] 裡-空氣電池模塊W與示例1相同的方式制造，除了示例1的S個裡-空氣電池堆疊 在彼此上之外。包括堆疊在彼此上的=個裡-空氣電池的裡-空氣電池模塊具有如圖5所示 的結構。
[0198] 評價示例1:充電-放電特性的評價
[0199] 示例1和比較例1的裡-空氣電池W及示例2的裡-空氣電池模塊在Iatm氧氣氛中在 約60 °C W約0.24mA/cm2的恒定電流放電到約1.7V的電壓(相對于Li)，隨后進行放電容量測 量。結果在表1和圖10和11中示出。
[0200] 表 1 「07011
[0202] 參照表1，示例I的裡-空氣電池被發現具有比比較例I的裡-空氣電池高大約25% 的放電容量。
[0203] 示例1的裡-空氣電池中的運樣的放電容量改善歸功于，示例1的裡-空氣電池的陽 極面積減小到比較例1的二分之一導致空氣通過氣體擴散層的側面的減小的流動路徑，因 此導致示例1的裡-空氣電池中的增大的氧濃度。
[0204] 示例2的包括=個裡-空氣電池的疊層的裡-空氣電池模塊被發現具有較高的放電 容量，為示例1的裡-空氣電池的約=倍或更大。
[0205] 如上所述，根據本公開的一個或多個實施方式，電化學電池可W包括具有兩個相 反的表面的陽極，活性金屬離子導電膜和陰極可W設置在該兩個相反的表面上，因此可W 具有改善的放電容量和改善的能量密度。
[0206] 應當理解，運里描述的示范性實施方式應當僅W描述性的含義理解，而不是為了 限制的目的。對每個示范性實施方式內的特征或方面的描述應該通常被認為可用于其他的 示范性實施方式中的其他類似的特征或方面。
[0207] 雖然已經參照附圖描述了一個或多個示范性實施方式，但是本領域普通技術人員 將理解，可W在其中進行形式和細節上的許多變化而沒有背離由權利要求書限定的精神和 范圍。
[020引本申請要求于2 015年4月2 8日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請N O . 10 - 2015-0060087的優先權和權益W及由其帶來的所有權益，其內容通過引用整體結合于此。
【主權項】
1. 一種電化學電池，包括： 陽極組件，具有彼此相反的表面；以及 陰極，具有至少一個折疊部分并具有與所述陽極組件的所述彼此相反的表面的離子連 續性， 其中所述陽極組件包括 陽極，和 活性金屬離子導電膜，設置在所述陽極與所述陰極之間，其中所述活性金屬離子導電 膜具有至少一個折疊部分。2. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述陰極圍繞所述陽極組件的所述彼此相反 的表面。3. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述陰極的所述至少一個折疊部分在與所述 活性金屬離子導電膜的所述至少一個折疊部分的折疊方向相同的方向上被折疊。4. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述陰極的相反的端部分別設置在所述陽極 組件的所述彼此相反的表面上。5. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述陰極圍繞所述陽極組件的所述彼此相反 的表面，并且 其中所述陰極的所述相反的端部被分別設置在所述陽極組件的所述彼此相反的表面 上。6. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述陰極的相反的端部都設置在所述陽極組 件的所述彼此相反的表面中的一個上。7. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述陽極具有彼此相反的表面，并且 其中所述活性金屬離子導電膜具有與所述陽極的所述彼此相反的表面的離子連續性。8. 如權利要求7所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜圍繞所述陽極的所 述彼此相反的表面。9. 如權利要求7所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜的相反的端部分別 設置在所述陽極的所述彼此相反的表面上。10. 如權利要求7所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜圍繞所述陽極的所 述彼此相反的表面，并且 其中所述活性金屬離子導電膜的相反的端部分別設置在所陽極的所述彼此相反的表 面上。11. 如權利要求7所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜的相反的端部都設 置在所述陽極的所述彼此相反的表面中的一個上。12. 如權利要求7所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜形成殼體，所述殼 體對于液體和氣體是基本上不能透過的并限定與外部區域氣密地密封的內部區域，并且 其中所述活性金屬離子導電膜使所述陽極與所述陰極隔離。13. 如權利要求7所述的電化學電池，還包括與所述活性金屬離子導電膜形成界面以將 所述陽極包圍在其中的密封件，其中所述密封件形成對于液體和氣體是基本上不能透過的 并具有與外部區域氣密地密封的內部區域的殼體，并且 其中所述活性金屬離子導電膜使所述陽極與所述陰極隔離。14. 如權利要求13所述的電化學電池，其中所述密封件順應于所述陽極的厚度變化，并 保持與所述陽極的物理接觸。15. 如權利要求13所述的電化學電池，其中所述密封件包括具有阻擋氣體和濕氣的能 力的聚合物。16. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜是活性金屬離子導 電固體膜。17. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜是氣體和濕氣阻擋 膜。18. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜是復合膜。19. 如權利要求18所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜包括： 有機膜，具有多個微孔，和 離子導電聚合物電解質，設置在所述有機膜的所述多個微孔中。20. 如權利要求19所述的電化學電池，其中所述離子導電聚合物電解質包括從聚氧化 乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚砜中選擇的至少一種。21. 如權利要求19所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜包括： 有機膜，具有多個通孔，和 離子導電的無機顆粒，設置在所述有機膜的所述多個通孔中。22. 如權利要求19所述的電化學電池，其中所述有機膜包括具有阻擋氣體和濕氣的能 力的聚合物。23. 如權利要求15所述的電化學電池，其中具有阻擋氣體和濕氣的能力的所述聚合物 是從以下中選擇的至少一種:聚(2-乙烯基吡啶）、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、 聚三氟氯乙烯、全氟烷氧基共聚物、氟化環醚、聚氧化乙烯二丙烯酸酯、聚氧化乙烯二甲基 丙烯酸酯、聚氧化丙烯二丙烯酸酯、聚氧化丙烯二甲基丙烯酸酯、聚甲醛二丙烯酸酯 (polymethylene oxide diacrylate)、聚甲酸二甲基丙稀酸酯（polymethylene oxide dimethacrylate)、聚(C1-C6烷基二醇二丙稀酸酯）、聚(C1-C6烷基二醇二甲基丙稀酸酯）、 聚二乙烯基苯、聚醚、聚碳酸酯、聚酯、聚氯乙烯、聚酰亞胺、聚羧酸、聚磺酸、聚砜、聚苯乙 烯、聚乙烯、聚丙烯、聚(對-亞苯基）、聚乙炔、聚(對-亞苯基-亞乙烯基）、聚苯胺、聚吡咯、聚 噻吩、聚(2，5-乙烯亞乙烯基）、多并苯、聚（萘-2，6-二基）、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚偏二 氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚（乙酸乙烯酯）、聚（乙烯醇縮丁醛-共-乙烯醇_共_ 乙酸乙烯酯）、聚（甲基丙烯酸甲酯-共-丙烯酸乙酯）、聚丙烯腈、聚氯乙烯-共-乙酸乙烯酯、 聚（1-乙烯基吡咯烷酮-共-乙酸乙烯酯）、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、 聚氨酯、聚乙烯基醚、丁腈橡膠、丁苯橡膠、丙稀腈-丁二稀-苯乙稀橡膠、磺化苯乙稀-乙稀-丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺、環氧樹脂、丙烯酸樹脂(acryl resin)、以及從乙氧 基化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、乙氧基化脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、 乙氧基化C1-C6烷基酚丙烯酸酯和丙烯酸C1-C6烷基酯中選擇的至少一種丙烯酸酯單體的 聚合產物。24. 如權利要求21所述的電化學電池，其中所述離子導電的無機顆粒包括從玻璃質的 金屬離子導體、非晶金屬離子導體、陶瓷活性金屬離子導體和玻璃陶瓷活性金屬離子導體 中選擇的至少一種。25. 如權利要求21的所述電化學電池，其中所述離子導電的無機顆粒包括從以下中選 擇的至少一種：BaTi03、Pb(ZraTii- 3)〇3其中0 < a < l、Pbi-xLaxZri-yTiy〇3其中0 < x〈l并且0 < y 〈1、Pb (Mg3Nb2/3) 〇3-PbT i 〇3、Hf〇2、SrT i 〇3、Sn〇2、Ce〇2、Na2〇、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、Zr〇2、Y2O3、 八120 3、1102、3丨02、3丨(：、磷酸鋰1^疋04、磷酸鈦鋰1^3込(？04)3其中0〈1〈2并且0〈7〈3、磷酸鈦鋰 鋁Li xAlyTiz(P〇4)3其中 0〈x〈2、0〈y〈l 并且(KzO'LiLx+yUlbGai-b)x(TicGei- c)2-xSiyP3-y0 12其 中l、0<y< l、0<b< 1并且1、鈦酸鑭鋰LixLayTi03其中0〈x〈2并且0〈y〈3、鋰鍺 硫代磷酸鹽Li xGeyPzSw其中00〈4、0〈7〈1、0〈2〈1并且0〈￥〈5、氮化鋰玻璃1^^^其中00〈4并且 0〈y〈2、SiS 2玻璃、LixSiySz其中 0〈x〈3、0〈y〈2并且0〈z〈4、P2S5玻璃、LixPyS z其中 0〈x〈3、0〈y〈3 并且0〈2〈7、1^2〇、1^卩、1^0!1、1^2〇)3、1^厶1〇2、1^2〇-厶12〇3-31〇2-?2〇5-1^〇2-66〇2陶瓷以及1^3 + xLa3M2〇12其中Μ包括從Te、Nb和Zr中選擇的至少一種。26. 如權利要求12所述的電化學電池，其中所述活性金屬離子導電膜具有多層結構。27. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述陽極包括從鋰、鋰合金和可與鋰成合金 的金屬中選擇的至少一種。28. 如權利要求1所述的電化學電池，還包括設置在所述陰極的表面上的氣體擴散層。29. 如權利要求28所述的電化學電池，其中所述氣體擴散層具有離子導電性。30. 如權利要求1所述的電化學電池，其中所述電化學電池是金屬-空氣電池或鋰二次 電池。31. -種電化學電池，包括： 陽極組件，具有相反的第一表面和第二表面;和 陰極，圍繞所述陽極組件并具有 在與所述陽極組件的折疊方向相同的方向上折疊的至少一個折疊部分，和 相反的第一端部和第二端部，分別設置在所述陽極組件的相反的第一表面和第二表面 上， 其中所述陽極組件包括 陽極，具有相反的第一表面和第二表面;和 活性金屬離子導電膜，設置在所述陽極和所述陰極之間、圍繞所述陽極并具有至少一 個折疊部分以及分別設置在所述陽極的所述相反的第一表面和第二表面上的相反的第一 端部和第二端部。32. -種電化學電池模塊，包括： 多個根據權利要求1所述的電化學電池，堆疊在彼此上;和 至少一個氣體擴散層，設置在每個所述電化學電池的相鄰表面之間。33. -種制備電化學電池的方法，該方法包括： 提供陰極； 將活性金屬離子導電膜設置在所述陰極的表面上； 將陽極設置在所述活性金屬離子導電膜的表面上；以及 折疊所述陰極和所述活性金屬離子導電膜以在所述活性金屬離子導電膜與所述陽極 的表面上的第一點、所述陽極的表面上的第二點和所述活性金屬離子導電膜的沒有設置在 所述陽極上的表面區域中的至少一個之間形成第一接觸和第二接觸，以制備所述電化學電 池。34. 如權利要求33所述的方法，其中所述陽極在沒有支撐物的情況下提供。35. 如權利要求33所述的方法，還包括氣密地密封被折疊的活性金屬離子導電膜的邊 緣部分以圍繞所述陽極，其中所述氣密地密封包括熱壓所述活性金屬離子導電膜。36. 如權利要求33所述的方法，還包括在所述折疊的活性金屬離子導電膜的邊緣部分 之間設置密封件以氣密地密封所述折疊的活性金屬離子導電膜的邊緣部分，從而將所述陽 極包圍在其中。
【文檔編號】H01M12/06GK106099257SQ201610265185
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月26日 公開號201610265185.8, CN 106099257 A, CN 106099257A, CN 201610265185, CN-A-106099257, CN106099257 A, CN106099257A, CN201610265185, CN201610265185.8
【發明人】崔京煥
【申請人】三星電子株式會社