申请/专利权人：现代自动车株式会社

申请日：2016-12-15

公开（公告）日：2022-09-27

公开（公告）号：CN107768599B

主分类号：H01M4/134

分类号：H01M4/134;H01M4/1395;H01M12/06

优先权：["20160817 KR 10-2016-0103998"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.09.27#授权;2019.07.19#实质审查的生效;2018.03.06#公开

摘要：本发明提供一种用于锂空气电池的阳极及其制备方法。具体地，提供一种用于锂空气电池的具有长寿命和高锂离子电导率的阳极，其包含：锂金属；和设置在所述锂金属的一个表面上的保护层，其中所述保护层包括分散在聚合物基质中的无机材料基固体电解质粉末。根据本发明的锂空气电池的阳极可以提供具有长寿命和高电池效率的锂空气电池，因为无机材料基固体电解质粉末稳定地保护锂金属并且聚合物基质用作锂离子传导的通道以提高锂离子电导率。根据本发明，可以容易地制备具有长寿命和高电池效率的锂空气电池，因为不需要进行高温下的烧结过程。

主权项：1.一种用于锂空气电池的阳极，其包含：锂金属；和设置在所述锂金属的一个表面上的保护层，其中所述保护层包括分散在聚合物基质中的无机材料基固体电解质粉末；所述聚合物基质是有机材料基聚合物；所述无机材料基固体电解质粉末是以下的一种或多种：Li3BO3，和LiaLabZrcOd其中a为6.3至8，b为2.7至3.3，c为1.7至2.3；所述保护层进一步包括液体电解质；所述保护层包含30重量％至70重量％的无机材料基固体电解质粉末，3重量％至20重量％的有机材料基聚合物和10重量％至60重量％的液体电解质。

全文数据：用于锂空气电池的阳极及其制备方法技术领域[0001]本公开涉及一种用于锂空气电池的具有长寿命和高锂离子电导率的阳极及其制备方法。背景技术[0002]目前，我们正面临各种环境问题，例如化石燃料的枯竭，环境污染和全球变暖已经出现并伴随着快速增长。作为应对这些问题的对策，正在开发新的可再生能源，但迄今为止没有取得显着的成功。因此，在能量存储技术，特别是电池领域的兴趣已经迅速增加。[0003]结果，在锂离子电池领域已经取得了显着的进步。然而，迄今为止的锂离子电池由于其低能量密度而不足以替代化石燃料。[0004]因此，在诸如美国和日本的发达国家中，金属-空气电池，特别是锂空气电池的最近的发展已经积极地进行。[0005]锂空气电池使用氧作为活性材料，其可以从空气中无限地供应。因此，理论上可以获得非常高的能量密度。当计算锂空气电池的理论能量密度时，该值为约3,200Whkg，这比锂离子电池高约10倍。此外，锂空气电池使用氧作为活性材料，因此还具有环境友好的优点。[0006]然而，锂空气电池的短寿命仍然是商业化的巨大障碍。锂空气电池的短寿命归因于在电池的充电和放电期间锂电极（阳极的表面结构的显着变化，并因此归因于分解产物的积累。因此，为了使锂空气电池商业化，需要稳定的锂电极（阳极）。[0007]为此，韩国专利申请Nos.10-2013-0067139和10-2014-0006639中公开了将保护膜引入锂电极（阳极）中。在相关技术中，其它专利使用无机材料基固体电解质如LISIC0N和LATP作为保护膜的材料。无机材料基固体电解质具有优异的机械性能，因此可以稳定地保护锂电极（阳极），并且可以抑制其表面的结构变化。然而，无机材料基固体电解质的离子电导率仅为约1T6SCm至1T5SCm，这在常温下是非常低的水平。因此，由锂空气电池的驱动产生的电阻严重增加，并且电池的效率显著变差。[0008]因此，需要一种电池技术，其由于优异的离子电导率而不降低电池的效率，但提供对锂电极（阳极的稳定保护。[0009]引用列表[0010]专利文献[0011]韩国专利申请公开No.10-2013-0067139[0012]韩国专利申请公开No.10-2014-0006639[0013]公开于该发明背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对发明背景的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。发明内容[0014]本发明致力于解决与现有技术相关的上述问题，并且本发明的目的是提供一种用于锂空气电池的阳极，其具有优异的锂离子电导率，同时能够稳定地保护锂金属。[0015]本发明的目的不限于上述目的。从下面的描述中，本发明的目的将更加明显，并且将通过权利要求中描述的方法及其组合来实现。[0016]为了实现上述目的，本发明可以包括以下配置。[0017]在一个方面，本发明提供了一种用于锂空气电池的阳极，其包括:锂金属；以及设置在所述锂金属的一个表面上的保护层，其中所述保护层可以包括分散在聚合物基质中的无机材料基固体电解质粉末。[0018]在优选的实施方案中，聚合物基质可以是聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氧乙烯、聚甲醛、聚氧丙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酸酯化苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚乙烯吡啶、氯磺化聚乙烯、聚砜、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙基共聚物PVDF-HFP，它们是基于有机材料的聚合物。[0019]在另一个优选的实施方案中，无机材料基固体电解质粉末可以是Li3BO3,LiaLabZrcOda为6·3至8，b为2·7至3·3，c为1·7至2·3和Lii+x+yAlxM2-xSiyP3-y0i2X为0至I，y为0至1，M为Ti或Ge中的一种或多种。[0020]还在另一个优选的实施方案中，无机材料基固体电解质粉末可以具有约IOnm至约Iym例如，约10nm、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、95011111或约1以111的粒径。[0021]在本发明的优选示例性实施方案中，保护层可以具有大约ΙΟμπι至大约500μπι例如，大约10μπι、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490或约50^111的厚度。[0022]在另一优选的实施方案中，保护层还可以包括液体电解质。[0023]在又一个优选的实施方案中，液体电解质可以是通过将LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiCl〇4、LiN、CF3S03、LiNS02CF32、LiNSO2C2F52、LiCSO2CF32、LiPF4CF32、LiPF3C2F53、LiPF3CF33、LiPF5异-C3F73、LiPF5异-C3F7、（CF22SO22NLi和（CF23SO22NLi中的一种或多种锂盐加入至碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二丙酯DPC、碳酸甲丙酯MPC、碳酸乙丙酯EPC、碳酸甲乙酯MEC、碳酸亚乙酯EC、碳酸亚丙酯PC和碳酸亚丁酯BC中的一种或多种有机溶剂中而获得的液体电解质。[0024]另一方面，本发明提供了一种用于制备锂空气电池阳极的方法，所述方法包括：1制备包含无机材料基固体电解质粉末，有机材料基聚合物和液体电解质的分散体；（2将所述分散体施加至锂金属上；（3干燥其上施加有分散体的锂金属以形成保护层;和4滚压其上形成有保护层的锂金属。[0025]在优选的实施方案中，分散体可以包含约30重量％至约70重量％例如约30重量％，31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69或约70重量％的无机材料基固体电解质粉末，约3重量％至约20重量％例如，约3重量％，4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或约20重量％的有机材料基聚合物，和约10重量％至约60重量％例如，约10重量％，11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、或60重量％的液体电解质。[0026]本发明包括上述配置，因此具有以下效果。[0027]根据本发明的锂空气电池的阳极可以提供具有长寿命和高电池效率的锂空气电池，因为无机材料基固体电解质粉末稳定地保护锂金属并且聚合物基质用作锂离子传导的通道以提高锂离子电导率。[0028]根据本发明，可以容易地制备具有长寿命和高电池效率的锂空气电池，因为不需要进行高温下的烧结过程。[0029]本发明的效果不限于上述效果。本发明的效果被理解为包括能够从以下说明而推断出的所有效果。[0030]下面讨论本发明的其它方面和优选实施方案。[0031]应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆SUV、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆例如源于非石油的能源的燃料）。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如，汽油动力和电力动力两者的车辆。[0032]下面讨论本发明的上述特征及其它特征。附图说明[0033]接下来将参照某些示例性实施例及其所显示的附图详细地描述本发明的以上和其它特征，在此之后所给附图仅作为显示的方式，因而对本发明是非限定性的，其中：[0034]图1示出了根据本发明的锂空气电池的阳极;和[0035]图2是示出根据本发明的测试实施例的阻抗值与电阻值的相关性的曲线图。[0036]列于附图中的附图标记包括对如下进一步讨论的如下元件的参考。[0037]1:用于锂空气电池的阳极[0038]10:锂金属[0039]20:保护层[0040]21:聚合物基质[0041]22:无机材料基固体电解质粉末[0042]应当了解，所附附图不是必须按比例地显示了本发明的基本原理的说明性的各种优选特征的略微简化的画法。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境加以确定。[0043]在这些图形中，附图标记在贯穿附图的多幅图形中指代本发明的同样的或等同的部件。具体实施方式[0044]现在将在下文中详细地提及本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例示意在附图中并描述如下。虽然本发明与示例性的实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书不是要将本发明限制为那些示例性的实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同和其它实施方案。[0045]以下，通过实施例详细说明本发明。本发明的实施例可以以各种形式进行修改，只要本发明的主旨不改变即可。然而，本发明的权利范围不限于以下实施例。[0046]如果判断公知的配置和功能可能模糊本发明的要点，则将省略对公知的配置和功能的描述。除非另有具体描述，否则本说明书中的术语“包括”表示进一步包括其他组成元件。[0047]锂空气电池是使用锂金属作为阳极并且使用空气中的氧作为空气电极（阴极）中的活性材料的电池系统。在阳极中发生锂的氧化和还原反应，并且在空气电极中发生从外部引入的氧的还原和氧化反应。[0048]在下文中，化学式1和2表示当锂空气电池放电时在阳极和空气电极中发生的反应。[0049][化学式1][0050]阳极）：[0051][化学式2][0052]空气电极）：[0053]阳极中的锂金属被氧化以产生锂离子和电子。锂离子和电子分别通过电解质和通过外部导线或集电器移动到空气电极中。由于空气电极是多孔的，所以外部空气可以被引入空气电极。外部空气中包含的氧被空气电极中的电子还原，并且形成Li2〇2。[0054]电荷反应以相反的方式进行。也就是说，Li2O2在阴极中如在以下化学式3中分解，因此产生锂离子和电子。[0055][化学式3][0056]阴极）[0057]随着如上所述的充电和放电反应的进行，阴极表面上的结构改变，因此出现由于分解产物的积累而缩短锂空气电极的寿命的问题。[0058]本发明致力于解决上述问题，并且提供一种用于锂空气电池的阳极，其具有优异的锂离子电导率，同时能够安全地保护锂金属。[0059]图1示出了根据本发明的锂空气电池的阳极。[0060]根据本发明的用于锂空气电池的阳极1包括锂金属10和设置在锂金属10的一个表面上的保护层20,保护层20包括分散在聚合物基质21中的无机材料基固体电解质粉末22。[0061]在相关技术中，应用仅由无机材料基固体电解质构成的薄膜作为锂金属的保护层。相关技术中的保护层能够稳定地保护锂金属，但是具有锂离子电导率非常低的限制。[0062]因此，本发明的技术特征在于通过引入粉末形式的无机材料基固体电解质来开发具有优异的机械性能和高锂离子电导率的保护层，并且以包围无机材料基固体电解质粉末的形式形成有机材料基聚合物材料的基质。[0063]以下，具体说明锂空气电池的阳极的各个构成。[0064]无机材料基固体电解质粉末22可以使用任何材料，只要无机材料基固体电解质粉末22可以防止锂金属的表面结构变化，锂金属的溶出等，但是优选使用含有锂离子的无机材料基固体电解质材料。具体地，无机材料基固体电解质粉末22可以是Li3B〇3、LiaLabZrcOda为6·3至8、b为2·7至3·3、c为1·7至2·3、d根据a至c确定和Li1+x+yAlxM2—xSiyP3—y012X为0至I、y为〇至I、M为Ti或Ge、更具体地为Li3BO3或Li6.7La3Zr2〇12。[0065]无机材料基固体电解质粉末以微粉化粉末的形式引入保护层，如图1所示，因此允许聚合物基质用作锂离子传导的传导通道，如下所述。[0066]同时，在无机材料基固体电解质粉末的粒径非常大的情况下，无机材料基固体电解质粉末之间的空隙增大，因此可能出现保护层的机械强度恶化的问题。因此，无机材料基固体电解质粉末可以具有优选约IOnm至约Ιμπι例如，约IOnm，50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或约Ιμπι的粒径。[0067]聚合物基质21具有用作锂离子导体和粘合剂的构造。聚合物基质21可以赋予无机材料基固体电解质粉末结合力以允许保护层保持形状，并且用作一种导电通道，使得由锂金属产生的锂离子可以容易地通过保护层。[0068]可以优选的是，聚合物基质由具有优异的结合力和锂离子电导率的有机材料基聚合物形成。特别地，有机材料基聚合物可以是以下的一种或多种:聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氧乙烯、聚甲醛、聚氧丙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酸酯化苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚表氯醇、聚磷腈、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、聚砜、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙基共聚物PVDF-HFP，更特别是聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-六氟丙基共聚物PVDF-HFP。[0069]在相关技术中仅由无机材料基固体电解质组成的保护层可以仅在经受高温烧结过程和高压压缩过程时保持其形状。相反，在本发明的情况下，由于聚合物基质用作粘合剂，因此可以容易地形成保护层而不进行如上所述的过程。[0070]本发明可以补偿无机材料基固体电解质的低锂离子电导率，因为聚合物基质由具有高锂离子电导率的有机材料基聚合物形成。[0071]保护层可以进一步包括液体电解质未示出）。液体电解质用于进一步提高保护层的锂离子电导率。[0072]液体电解质可以是通过将锂盐加入至有机溶剂中而获得的电解质。[0073]具体地，有机溶剂可以是碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二丙酯DPC、碳酸甲丙酯MPC、碳酸乙丙酯EPC、碳酸甲乙酯MEC、碳酸亚乙酯EC、碳酸亚丙酯PC和碳酸亚丁酯BC中的一种或多种。[0074]另外，锂盐可以是LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiCl〇4、LiN、CF3S〇3、LiNS〇2CF32、LiNSO2C2F52、LiCSO2CF32、LiPF4CF32、LiPF3C2F53、LiPF3CF33、LiPF5异-C3F73、LiPF5异-C3F7、（CF22SO22NLi和CF23SO22NLi中的一种或多种。[0075]保护层20可以形成为具有ΙΟμπι至500μπι例如，约10μπι、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490或约500μπι的厚度。当厚度小于ΙΟμπι时，可能不能有效地保护锂金属，而当厚度大于500μηι时，锂离子电导率可能恶化。[0076]根据本发明的锂空气电池的阳极可以通过⑴制备包含无机材料基固体电解质粉末，有机材料基聚合物和液体电解质的分散体；（2将所述分散体施加至锂金属上；（3干燥其上施加有分散体的锂金属以形成保护层;和⑷滚压其上形成有保护层的锂金属。[0077]以上描述了用于锂空气电池的阳极的每种构造，因此将在下面省略。[0078]根据本发明的用于制备锂空气电池的阳极的方法不包括高温烧结过程和高压压缩过程。这是因为由有机材料基聚合物形成的聚合物基质牢固地结合至作为粘合剂的无机材料基固体电解质粉末。[0079]分散体可以包含约30重量％至约70重量％例如约30重量％，31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69或约70重量％的无机材料基固体电解质粉末，约3重量％至约20重量％例如，约3重量％，4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或约20重量％的有机材料基聚合物，和约I〇重量％至约60重量％例如，约10重量％，11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、或60重量％的液体电解质。当各个构成包含在含量范围内时，可以在保持保护层的机械强度的同时提高锂离子电导率。[0080]在步骤2中，施加分散体的方法没有限制，但可以通过诸如旋涂法和流延法的方法进行施加。[0081]步骤⑶可以是在室温约25°C下将施加有分散体的锂金属真空干燥约30分钟至约1小时以在锂金属上形成保护层的步骤。[0082]步骤4是在室温约25°C下压制其上形成保护层的锂金属以增加保护层与锂金属之间的结合力并提高无机材料基固体电解质粉末的体积密度的步骤。[0083]以下，将提出本发明的具体实施例。然而，提供下述实施例是为了具体示例或解释本发明，但本发明不限于此。[0084]实施例[0085]以下实施例显示了本发明，并且并非旨在限制于这些实施例。[0086]实施例1[0087]通过混合其中将IMLiCKk37.5重量％加入至作为无机材料基固体电解质粉末的Li3BO350重量％，作为有机材料基固体聚合物的PVDF-HFP12.5重量％和作为液体电解质的有机溶剂PC的混合物而进行制备。[0088]将分散体施加至锂金属的表面上。[0089]将在其上施加分散体的锂金属在室温（约25°C下真空干燥约30分钟以在锂金属上形成保护层。[0090]将其上形成保护层的锂金属在室温约25°C下用辊压机滚压，从而完成用于锂空气电极的阳极。[0091]通过以下方法形成用于锂空气电池的空气电极。通过将作为具有大表面积的多孔碳材料的Ketjen黑KB，聚合物粘合剂（聚四氟乙烯，PTFE和溶剂DI水进行混合并使用均化器搅拌该混合物来制备浆料。向浆料中加入作为用于调节粘度的增稠剂的羧甲基纤维素CMC聚合物。碳材料KB，聚合物粘合剂PTFE和增稠剂CMC的混合比为70:15:15重量％。将浆料浇铸在厚度为200μπι的镍泡沫基板上，并将基板首先在对流烘箱中在80°C下干燥过夜。通过在真空烘箱中在l〇〇°C下二次干燥基板来完成空气电极。装载在空气电极中的碳材料KB的量为约2mgcm2。[0092]通过使用阳极和空气电极，由2032型硬币电池形成锂空气电池。在具有氧能够通过的通孔的壳体中依次层叠阳极、聚乙烯PE分离膜、空气电极和气体扩散层GDL，然后将电解液注入层压主体中。作为电解液，使用DE⑶EE中的IMLITFSI。然后，盖上外壳的盖并进行密封处理以完成锂空气电池。[0093]实施例2[0094]通过与实施例1相同的材料和方法制备锂空气电池，在步骤（1中，使用Li6.TLa3Zr2O12作为无机材料基固体电解质，并且使用其中将IMLiCKk加入至作为有机溶剂的ECPC混合溶剂（以体积比1:1混合中的液体电解质作为液体电解质。[0095]对比实施例1[0096]除了在实施例1的步骤⑴中使用Al2O3作为无机材料基固体电解质之外，通过与实施例1相同的材料和方法制备锂空气电池。[0097]对比实施例2[0098]通过与对比实施例1相同的材料和方法制备锂空气电池单元，并且在步骤⑴中，使用其中将3MLiCKk加入至有机溶剂PC中的液体电解质作为液体电解质。[0099]在根据实施例1和2以及对比实施例1和2的锂空气电池的阳极中包括的保护层的组分和厚度总结在下表1中。[0100][^1][0101][0102]测试实施例[0103]测试实施例-阻抗锂离子电导率的测量[0104]测量根据实施例1和2以及对比实施例1和2的锂空气电池的阻抗，并通过阻抗计算锂离子电导率。[0105]在说抱至1抱，10〇11^，20°：的条件下测量每个锂空气电池的阻抗值2加）（测量装置:ZIBE-MP5，WonATech。通过使用测量的阻抗值和图2中的奈奎斯特图表获得每个锂空气电池的电阻值Zre。[0106]参考图2,可以看出其中使用包含锂的无机材料基固体电解质的实施例1与对比实施例1相比在预定电阻值Zre下具有较低的阻抗值Zim。这意味着当根据实施例1的锂空气电池充电和放电时，电流容易流动，即，在充电和放电期间电阻低于对比实施例1中的电阻。因此，当以高功率驱动时，可以降低根据实施例1的锂空气电池的功率损耗。[0107]使用以下方程式以计算锂空气电池的锂离子电导率。[0108]0=1R·A[0109]此处，〇表示离子电导率[Scm]。[0110]R表示电阻[Ω]。[0111]A表示电极的面积[cm2]。[0112]1表示电极在垂直于A的横截面方向上，即在电流流动的方向上的长度[cm]。[0113]结果示于下表2中。[0114][^2][0115][0116]鉴于相关技术中包括仅由无机材料基固体电解质组成的保护层的锂空气电池的锂离子电导率在室温下为约1T6SCmtoHT5的水平，因此实施例1和2以及对比实施例1和2都显示出比相关技术的锂空气电池更高的锂离子电导率。[0117]然而，可以看出其中使用含锂的无机材料基固体电解质作为无机材料基固体的实施例1和2,特别是实施例2,其中Li6.TLa3Zr2O12，其是具有石榴石状结构的无机材料基固体电解质，显示出非常高的锂离子电导率。[0118]如上所述，在根据本发明的锂空气电池的阳极中，由于无机材料基固体电解质粉末稳定地保护锂金属并且聚合物基质用作锂离子传导的通道以提高锂离子电导率，因此当使用阳极时可以提供具有长寿命和高电池效率的锂空气电池。[0119]根据本发明，聚合物基体用作无机材料基固体电解质粉末的粘合剂，使得可以在形成保护层时不经受高温烧结过程来制备用于锂空气电池的阳极。[0120]如上所述，已经详细描述了本发明的实施例，但是本发明的权利范围不限于上述实施例，并且本领域技术人员使用在所附权利要求中限定的本发明的基本概念的各种修改和改进也落入本发明的权利范围内。[0121]参考本发明的优选示例性实施方案详细描述了本发明。然而，应理解，下本领域技术人员可以对这些实施方案作出改变而不脱离本发明的原理和精神，本发明的范围限定在所附权利要求其等同方案中。

权利要求：1.一种用于锂空气电池的阳极，其包含：锂金属;和设置在所述锂金属的一个表面上的保护层，其中所述保护层包括分散在聚合物基质中的无机材料基固体电解质粉末。2.根据权利要求1所述的用于锂空气电池的阳极，其中所述聚合物基质是有机材料基聚合物。3.根据权利要求2所述的用于锂空气电池的阳极，其中所述有机材料基聚合物是以下聚合物中的一种或多种:聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氧乙烯、聚甲醛、聚氧丙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酸酯化苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚乙烯吡啶、氯磺化聚乙烯、聚砜、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙基共聚物。4.根据权利要求1所述的用于锂空气电池的阳极，其中所述无机材料基固体电解质粉末是以下的一种或多种:Li3BO3，LiaLabZrcOd其中a为6.3至8，b为2.7至3.3，c为1.7至2.3，和Li1+x+yAlxM2—xSiyP3—y012其中X为0至l，y为0至1，M为Ti或Ge。5.根据权利要求1所述的用于锂空气电池的阳极，其中所述无机材料基固体电解质粉末具有约IOnm至约1μπι的粒径。6.根据权利要求1所述的用于锂空气电池的阳极，其中所述保护层具有约IOMi至约500Ml的厚度。7.根据权利要求1所述的用于锂空气电池的阳极，其中所述保护层进一步包括液体电解质。8.根据权利要求7所述的用于锂空气电池的阳极，其中所述液体电解质是通过将LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiCl〇4、LiN、CF3S〇3、LiNS02CF32、LiNSO2C2F52、LiCSO2CF32、LiPF4CF32、LiPF3C2F53、LiPF3CF33、LiPF5异-C3F73、LiPF5异-C3F7、（CF22SO22NLi和CF23SO22NLi中的一种或多种锂盐加入至碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二丙酯DPC、碳酸甲丙酯MPC、碳酸乙丙酯EPC、碳酸甲乙酯MEC、碳酸亚乙酯EC、碳酸亚丙酯PC和碳酸亚丁酯BC中的一种或多种有机溶剂中而获得的液体电解质。9.一种用于制备锂空气电池的阳极的方法，所述方法包括：1制备包含无机材料基固体电解质粉末、有机材料基聚合物和液体电解质的分散体；2将所述分散体施加至锂金属上；3干燥其上施加有分散体的锂金属以形成保护层；以及4滚压其上形成有保护层的锂金属。10.根据权利要求9所述的用于制备锂空气电池的阳极的方法，其中所述有机材料基聚合物是以下聚合物中的一种或多种:聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氧乙烯、聚甲醛、聚氧丙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酸酯化苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚乙烯吡啶、氯磺化聚乙烯、聚砜、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-六氟丙基共聚物。11.根据权利要求9所述的用于制备锂空气电池的阳极的方法，其中所述无机材料基固体电解质粉末是以下的一种或多种:Li3BO3，LiaLabZrcOd其中a为6.3至8，b为2.7至3.3，c为1·7至2·3，和Li1+x+yAlxM2—xSiyP3—y012其中X为0至I，y为0至I，M为Ti或Ge。12.根据权利要求9所述的用于制备锂空气电池的阳极的方法，其中所述液体电解质是通过将LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiCl〇4、LiN、CF3S〇3、LiNS〇2CF32、LiNS〇2C2F52、LiCSO2CF32、LiPF4CF32、LiPF3C2F53、LiPF3CF33、LiPF5异-C3F73、LiPF5异-C3F7、（CF22SO22NLi和CF23SO22NLi中的一种或多种锂盐加入至碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二丙酯DPC、碳酸甲丙酯MPC、碳酸乙丙酯EPC、碳酸甲乙酯MEC、碳酸亚乙酯EC、碳酸亚丙酯PC和碳酸亚丁酯BC中的一种或多种有机溶剂中而获得的液体电解质。13.根据权利要求9所述的用于制备锂空气电池的阳极的方法，其中所述分散体包含约30重量％至约70重量％的无机材料基固体电解质粉末，约3重量％至约20重量％的无机材料基聚合物和约10重量％至约60重量％的液体电解质。

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