鋰空氣電池陰極及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有增大的中孔和大孔體積的鋰空氣電池陰極及其制造方法。在至少一個實施例中，多個中孔存在于主體材料中并且具有1%至70%的孔隙率。在另一實施例中，多個大孔存在于主體材料中并且具有5%至99%的孔隙率。在一個實施例中，利用犧牲材料來壓印中孔和大孔。在另一實施例中，通過施加模板來壓印中孔和大孔。在另一實施例中，通過將陰極材料涂覆到多孔基底上來形成中孔和大孔。
【專利說明】鋰空氣電池陰極及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一個或更多個實施例涉及一種用于鋰空氣電池的陰極結(jié)構(gòu)以及制造該陰極結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可再充電鋰空氣(L1-air，Li空氣)電池由于其高理論能量密度(其在任意金屬空氣電池中為最高，大約為11300Wh/kg)而是電動車輛的潛在未來能源。然而，鋰空氣電池由于諸如驗證容量低、倍率能力差、能源效率低和循環(huán)壽命差的多種因素而在商業(yè)上不可行。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鋰空氣電池的容量和倍率能力受到電極結(jié)構(gòu)的影響。
[0003]在此使用的術(shù)語“電動車輛”包括具有用于車輛推進的電動馬達的車輛，諸如電池電動車輛(BEV)、混合動力電動車輛(HEV)以及插入式混合動力電動車輛(PHEV)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在至少一個實施例中,提供一種Li空氣電池陰極。所述陰極包括:主體材料(bulkmaterial);多個中孔，存在于主體材料中并且具有1%至70%的孔隙率；以及多個大孔，存在于主體材料中并且具有5%至99%的孔隙率。
[0005]在另一實施例中，所述多個中孔具有5%至50%的孔隙率，所述多個大孔具有20%至90%的孔隙率。
[0006]在另一實施例中，所述多個中孔是多個壓印的中孔。在另一實施例中，所述多個大孔是多個壓印的大孔。
[0007]在另一實施例中，所述多個中孔中的每個中孔具有在2納米至50納米的范圍內(nèi)的直徑，多個大孔中的每個大孔具有超過50納米的直徑。
[0008]在另一實施例中，所述陰極以具有第一表面和背對的第二表面的片的形式，所述陰極包括沿著從第一表面至第二表面的陰極厚度的孔徑梯度。
[0009]在另一實施例中，第一表面是空氣側(cè)表面,第二表面是陽極側(cè)表面,孔徑梯度在從空氣側(cè)表面到陽極側(cè)表面的方向上總體減小。
[0010]在另一實施例中，所述多個壓印的大孔中的至少一些大孔位于多個壓印的微柱之間。
[0011]在另一實施例中，所述多個壓印的微柱具有I微米至500微米的高度。在另一實施例中，所述多個壓印的微柱具有20納米至200微米的寬度。
[0012]在另一實施例中，所述陰極還包括支撐主體材料的多孔基底。在另一實施例中，多孔基底具有表面輪廓，主體材料是表面輪廓遵循著多孔基底的表面輪廓的碳涂層。
[0013]在另一實施例中，多孔基底是開孔金屬泡沫。在另一實施例中，多孔基底具有直徑為20納米至200微米的孔。
[0014]在至少一個實施例中，提供一種形成根據(jù)以上實施例中的任意實施例的Li空氣電池陰極的方法。所述方法包括:形成包括碳材料、粘結(jié)劑和犧牲顆粒材料的漿料；澆注漿料以形成陰極膜；以及將溶劑施加到干燥的膜以選擇性地去除犧牲顆粒材料，以在陰極中產(chǎn)生多個孔，其中，在施加步驟之前顆粒材料位于陰極中。
[0015]在另一實施例中,犧牲顆粒材料是聚苯乙烯，溶劑是極性溶劑。
[0016]在至少一個實施例中，提供一種形成根據(jù)以上實施例中的任意實施例的Li空氣電池陰極的方法。所述方法包括:形成包括碳材料和粘結(jié)劑的濕漿料；將模板施加到濕漿料以在濕漿料中形成多個微柱，從而在濕漿料干燥時在陰極上形成多個微柱。
[0017]在另一實施例中，在濕漿料干燥前去除模板。在另一實施例中，在濕漿料干燥后去除模板。
[0018]在至少一個實施例中，一種形成根據(jù)以上實施例中的任意實施例的Li空氣電池陰極的方法。所述方法包括:將碳材料涂覆到具有表面輪廓的多孔基底上，以形成表面輪廓遵循著多孔基底的表面輪廓的碳涂層，由此形成陰極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是根據(jù)一個實施例的鋰空氣電池的示意性剖視圖；
[0020]圖2是根據(jù)一個實施例的具有嵌入在其中的犧牲材料的Li空氣電池陰極的示意性剖視圖；
[0021]圖3是圖2的在去除犧牲材料后的Li空氣電池陰極的示意性剖視圖；
[0022]圖3A是圖3的圓圈部分的特寫視圖；
[0023]圖4是根據(jù)實施例的在去除犧牲材料后的Li空氣電池的示意性剖視圖；
[0024]圖5A至圖5F是在去除犧牲材料之前(A-C)和在去除犧牲材料之后(D-F)的Li空氣陰極的實施例的顯微照片；
[0025]圖6是根據(jù)一個實施例的具有微柱的Li空氣陰極的示意性剖視圖；
[0026]圖6A是圖6的圓圈部分的特寫視圖；
[0027]圖7是根據(jù)一個實施例的具有圓柱形微柱的Li空氣陰極的不意性俯視圖；
[0028]圖8是根據(jù)一個實施例的具有圓柱形微柱孔的Li空氣陰極的不意性俯視圖；
[0029]圖9是根據(jù)一個實施例的在由模具壓印之前的Li空氣陰極的示意性俯視圖；
[0030]圖10是根據(jù)一個實施例的在模具壓印之后的具有方形微柱的Li空氣陰極的示意性俯視圖；
[0031]圖11是根據(jù)一個實施例的在模具壓印之后的具有方形微柱孔的Li空氣陰極的示意性俯視圖；
[0032]圖12是根據(jù)一個實施例的通過將陰極材料澆注到網(wǎng)(mesh)上而形成的Li空氣陰極的顯微俯視圖；
[0033]圖13是根據(jù)一個實施例的通過用陰極材料涂覆多孔模板而形成的Li空氣陰極的示意性透視圖。
【具體實施方式】
[0034]根據(jù)需要，在此公開了本發(fā)明的詳細實施例；然而，將理解的是，所公開的實施例僅僅是可以以各種方式和可替換方式實施的本發(fā)明的舉例說明。附圖不一定按比例繪出；可以將一些特征夸大或最小化，以示出具體組件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)細節(jié)和功能細節(jié)不應(yīng)被解釋為是限制性的，而僅僅是作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如這里使用的，除非另有描述，否則“微孔”可以是直徑小于2納米(2nm)的孔，“中孔”可以是直徑為2納米至50納米(2nm_50nm)的孔，“大孔”可以是直徑大于50納米(50nm)的孔。
[0035]參照圖1，鋰空氣(Li空氣)電池10通常包括陽極12、陰極14、電解質(zhì)16以及隔膜(或隔板)18 (根據(jù)電池設(shè)計)，電解質(zhì)16設(shè)置在隔膜18、陽極12和陰極14內(nèi)。在放電期間，鋰在陽極12處氧化以形成鋰離子和電子。電子流過外部電路(未示出)，鋰離子穿過電解質(zhì)16，并且可能穿過隔膜18到達陰極14。陰極14通常是多孔的，并且通至氧源(通常是大氣)，鋰離子與氧反應(yīng)以形成氧化鋰(Li2O)或過氧化鋰(Li2O2)15在充電期間，鋰金屬被鍍回在陽極12上，并且氧氣在陰極14處被釋放。Li空氣電池的操作和電化學(xué)過程在本領(lǐng)域中是已知的，所以將不再更加詳細地進行討論。Li空氣電池可以串聯(lián)或并聯(lián)電連接，以形成用于汽車車輛的電池組。來自此類電池組的電力可以用于產(chǎn)生動力，通過電機使車輛移動。
[0036]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)陰極材料和結(jié)構(gòu)影響Li空氣電池的容量和倍率能力。典型的陰極由具有各種孔尺寸分布的多孔碳材料制成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，孔尺寸和孔體積顯著地影響Li空氣電池的容量。為了提高Li空氣電池的容量和倍率能力，提供具有提高的中孔體積和大孔體積的陰極14。
[0037]在至少一個實施例中，陰極14具有多個中孔，并且中孔的孔隙率為1%至70%。在另一實施例中，中孔的孔隙率為5%至50%。在另一實施例中，中孔的孔隙率為5%至30%。在另一實施例中，中孔的孔隙率為10%至25%。在至少一個實施例中，陰極14具有多個大孔，并且大孔的孔隙率為5%至99%。在另一實施例中，大孔的孔隙率為20%至90%。在另一實施例中，大孔的孔隙率為30%至90%。在另一實施例中，大孔的孔隙率為40%至85%。在另一實施例中，大孔的孔隙率為50%至80%。如在此使用的，中孔的孔隙率指的是包括中孔的陰極的孔隙率(例如，孔體積除以總體積)。類似地，大孔的孔隙率是包括大孔的陰極的孔隙率。通過限定，總的孔隙率(例如，中孔的孔隙率加上大孔的孔隙率)必須小于100%。以上范圍是示例，可以存在其它的孔隙率而不超出本發(fā)明的范圍。中孔和大孔的孔隙率可以根據(jù)電池單元設(shè)計參數(shù)例如放電容量、放電倍率和/或體積能量密度而改變。
[0038]參照圖2至圖4，具有增大的中孔體積和/或孔隙率和大孔體積和/或孔隙率的陰極14可以利用犧牲材料22形成。在至少一個實施例中，陰極14包括碳源和粘結(jié)劑。在一個實施例中，碳是Vulcan碳,粘結(jié)劑是聚四氟乙烯(PTFE),也被稱為商標名Teflon。犧牲材料22可以是能夠從陰極14選擇性地去除而使陰極材料基本不變的任意材料。在一個實施例中，犧牲材料22可以通過在合適的溶劑中溶解而去除。在另一實施例中，犧牲材料可以通過施加熱以引起犧牲材料22的相變而不引起陰極材料的相變來去除。
[0039]在至少一個實施例中，犧牲材料22是通過溶解去除的聚苯乙烯。在犧牲材料22為聚苯乙烯的實施例中，溶劑可以是將溶解聚苯乙烯而不改變碳和PEFT陰極14的任意合適的溶劑。在一個實施例中，使用的溶劑是二氯甲烷。諸如丙酮的其它極性溶劑也可用于溶解聚苯乙烯?？墒褂酶鞣N聚合物和其它有機溶劑例如聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、明膠、蔗糖作為用于產(chǎn)生孔的犧牲材料。溶劑可以是將溶解犧牲材料而不改變陰極中的碳和粘結(jié)劑的任意合適的物質(zhì)。
[0040]在至少一個實施例中，犧牲材料22以顆粒或微珠24的形式存在。顆粒24可以具有諸如球形或基本上球形的任意合適的形狀。然而，將理解的是，犧牲材料22的任意三維形狀是可行的，并且可預(yù)期在諸如立方體、矩形棱柱、三角棱柱或其它形狀的顆粒的限定內(nèi)。顆粒24遍及陰極材料而分布。顆粒24可以形成有各種直徑或者可以均具有基本相同的直徑。在至少一個實施例中，兩個不同的粒徑組26、28可以分布在陰極14內(nèi)。在一個實施例中，顆粒24的一個組26具有中孔(即，2納米至50納米)的直徑，并且顆粒24的另一個組28具有大孔(例如，大于50納米)的直徑。在每個組26、28內(nèi)，可以存在粒徑的進一步分布。
[0041]在至少一個實施例中，如圖4所示，陰極14具有貫穿其結(jié)構(gòu)的梯度孔徑分布。例如，較小的孔或者中孔產(chǎn)生在隔膜18附近或陰極的陽極12側(cè)，較大的孔或者大孔位于陰極的空氣側(cè)。此類分布能夠避免由于放電產(chǎn)物導(dǎo)致的空氣側(cè)的孔的快速堵塞，從而提高放電容量。位于陰極的隔膜側(cè)的孔可以具有2納米至50納米的孔，位于空氣側(cè)的孔可以具有大于50納米的孔。這種類型的結(jié)構(gòu)可以通過在澆注包括較小的顆粒24的陰極14的層之后順序地澆注包括較大的顆粒24的陰極14的層來形成。在某些情況下，可以基于所需的孔分布的梯度來執(zhí)行多次澆注。在一些實施例中，可以單獨澆注層，然后將層疊壓在一起。在其它實施例中，在澆注中顆粒的分布可在諸如電場、磁場、溫度梯度等的外界影響下產(chǎn)生。也可以使用諸如膠體自組裝、反相、電泳和冷凍干燥的各種技術(shù)在陰極14中產(chǎn)生孔徑梯度。例如，孔可以在電極膜中通過以下步驟形成:在澆注漿料后立刻冷凍溶劑；然后通過升華去除冷凍溶劑。在這個過程中，由去除的溶劑所留下的空隙形成孔。多孔結(jié)構(gòu)可以利用諸如冷凍溫度、冷凍方向和冷凍方法的工藝條件來控制。
[0042]在至少一個實施例中，第一組26中的顆粒24具有2納米至50納米的直徑。在另一實施例中，第一組26中的顆粒24具有20納米至50納米的直徑。在至少一個實施例中，第二組28中的顆粒24具有至少50納米的直徑。在另一實施例中，第二組28中的顆粒24具有50納米至1000納米的直徑。在另一實施例中，第二組28中的顆粒24具有50納米至200納米的直徑。例如，在一個實施例中，可以存在直徑為25納米的顆粒24的第一組26和直徑為500納米的顆粒24的第二組28。在另一實施例中，第一組26可以具有直徑為20納米和40納米的顆粒，第二組28可以具有直徑未為100納米和200納米的顆粒24。
[0043]如圖2至圖4所示，當(dāng)具有犧牲材料22的顆粒24的陰極14暴露于引起顆粒24從陰極14去除的條件時，在陰極14中產(chǎn)生具有與消除的顆粒24的尺寸相對應(yīng)的尺寸或直徑的孔30。如果存在不止一種粒徑，則在陰極14中產(chǎn)生與初始存在的粒徑的分布相對應(yīng)的粒徑的分布。在圖2所示的實施例中，存在兩組粒徑26、28，其中，第一組26具有中孔尺寸的直徑，第二組28具有大孔尺寸的直徑。在消除顆粒24后，陰極14留有與消除的顆粒24對應(yīng)的一組中孔32和一組大孔34。如在放大圖3A中所不，在陰極14內(nèi)還存在陰極材料生產(chǎn)過程中形成的微孔36。因此，在這個實施例中，在消除顆粒24之后，陰極14留有微孔36、中孔32和大孔34。
[0044]在至少一個實施例中，通過首先將粘結(jié)劑的乳狀液和犧牲材料22的顆粒24的乳狀液添加到水性混合物來合成具有顆粒24的分布的陰極14。然后，將碳源添加到混合物，隨后進行攪拌、干燥并壓制成片。然后通過應(yīng)用合適的溶劑來消除顆粒，然后將片進行干燥。
[0045]在一個實施例中，如圖5A至圖5F所示，將PTFE的乳狀液和聚苯乙烯顆粒(?2微米)的乳狀液添加到攪拌的水和甲醇的混合物。接著添加Vulcan碳并且對混合物進行大約I小時超聲處理，然后在真空下徹夜干燥。通過高壓力的壓機將干燥的混合物壓制成片。通過將片浸潰在二氯甲烷中大約I小時來去除聚苯乙烯顆粒，然后將片在真空下再次干燥。圖5A至圖5C示出在二氯甲烷中浸潰之前處于各種放大倍率的陰極14，其中，顆粒24仍然存在。圖至圖5F示出在浸潰之后處于相似的放大倍率的陰極14，其中，大孔在表面中清楚可見。
[0046]參照圖6至圖8，具有增加的中孔和/或大孔體積和/或孔隙率的陰極14可以形成為具有柱體或微柱構(gòu)造。陰極14具有面對陽極12的基體40。在至少一個實施例中，陰極14包括可以與液體結(jié)合形成漿料的碳源和粘結(jié)劑。在一個實施例中，碳是C45碳，粘結(jié)齊IJ是聚偏氟乙烯(PVDF)，將它們在丙酮溶液中混合以形成漿料。
[0047]在圖6和圖7所示的實施例中，通過將碳和粘結(jié)劑漿料澆注到構(gòu)造為形成微柱42的陣列的模具中來形成陰極14和微柱42，其中，微柱42從形成陰極14的隔膜18側(cè)的基體40朝陰極14的空氣側(cè)延伸。在這個實施例中，孔44形成在微柱42之間?？梢哉{(diào)節(jié)微柱42的高度、直徑和間隔，以增加或減小微柱42之間的孔44的體積。微柱42可以具有例如圓形或方形的任意合適的剖面形狀。微柱42也可以具有諸如圓柱形、矩形、圓錐形或其它形狀的任意合適的總體形狀。
[0048]在如圖8所示的實施例中，陰極14通過以下步驟形成:將碳和粘結(jié)劑漿料澆注到具有微柱陣列的模具中，從而當(dāng)將它們從模具去除時，在陰極14內(nèi)形成柱狀孔46的陣列?？?6可以具有例如圓形或方形的任意合適的剖面形狀?？?6還可以具有諸如圓柱形、矩形、圓錐形或其它形狀的任意合適的總體形狀。
[0049]代替通過燒注形成微柱42或孔46,可以利用壓印(impress1n)形成微柱42或孔
46。在至少一個實施例中，可以將模具壓到軟陰極14的片中，以在陰極14中形成微柱42(孔44形成在微柱42之間)或者柱形孔46，如上所述。例如，可以在陰極已經(jīng)完全干燥之前完成壓印。如圖9所示，可以提供陰極14的片50，并可以應(yīng)用模具以形成微柱42或柱形孔46。在如圖10所示的實施例中，模具形成方形微柱42，孔44形成在方形微柱42之間。如上所述，模具可以交替地構(gòu)造為在陰極14的片50中形成柱形孔46，如圖11所示。如上所述，關(guān)于澆注的陰極14，可以調(diào)節(jié)微柱42或柱形孔46的高度、直徑和間隔，以增大或減小孔的體積。微柱42或柱形孔46可以具有例如圓形或方形的任意合適的剖面形狀。微柱42或柱形孔46還可以具有諸如圓柱形、矩形或其它形狀的任意合適的總體形狀。
[0050]形成微柱42和柱形孔46的工藝不限于澆注和利用壓印?？梢允褂眯纬晌⒅?2和柱形孔46的任意合適的方法，例如，各種形式的平版印刷以及粗糙表面的利用。還可以通過利用激光從電極中燒蝕材料來形成柱形孔。
[0051]在一個實施例中，微柱42具有I微米至500微米的高度。在另一實施例中，微柱42具有10微米至300微米的高度。在另一實施例中，微柱42具有10微米至200微米的高度。在一個實施例中，微柱42具有I納米至500微米的直徑/寬度。在另一實施例中，微柱42具有20納米至200微米的直徑/寬度。在另一實施例中，微柱42具有20納米至2微米的直徑/寬度。在一個實施例中，微柱42在其之間具有I納米至500微米的間隔。在另一實施例中，微柱42在其之間具有20納米至200微米的間隔。在另一實施例中，微柱42在其之間具有20納米至2微米的間隔。[0052]在一個實施例中，柱狀孔46具有I微米至500微米的高度。在另一實施例中，柱狀孔46具有10微米至300微米的高度。在另一實施例中，柱狀孔46具有10微米至200微米的高度。在一個實施例中，柱狀孔46具有I納米至500微米的直徑/寬度。在另一實施例中，柱狀孔46具有20納米至200微米的直徑/寬度。在另一實施例中，柱狀孔46具有20納米至2微米的直徑/寬度。在一個實施例中，柱狀孔46在其之間具有I納米至500微米的間隔。在另一實施例中，柱狀孔46在其之間具有20納米至200微米的間隔。在另一實施例中，柱狀孔46在其之間具有20納米至2微米的間隔。
[0053]如在圖6的放大部分中所示，陰極14的基體40和微柱42具有位于其中的孔60。孔60可以通過在漿料步驟期間加入犧牲材料22并且選擇性地從陰極14去除犧牲材料22來產(chǎn)生，如上所述。在圖12中示出了陰極14的澆注工藝的示例。將包括C45碳和PVDF粘結(jié)劑的漿料混合物在丙酮中混合，然后澆注到具有80微米的方形開口和50微米的線寬的線網(wǎng)52上。然后使陰極14在開放環(huán)境中干燥，然后將陰極14從線網(wǎng)52中去除。圖12示出在去除網(wǎng)52之后陰極14的形態(tài)。所得到的陰極14具有方形特征的陣列，所述方形特征具有80微米的寬度和彼此之間50微米的間隔。
[0054]參照圖13，具有增大的中孔和/或大孔體積和/或孔隙率的陰極14可以通過將陰極材料涂覆到多孔基底或模板70上來形成。在至少一個實施例中，與上面描述的實施例相似，陰極材料可以包括碳源和粘結(jié)劑。在一個實施例中，漿料可以形成為包括碳和粘結(jié)劑，并且可以將模板70浸涂在漿料中并且隨后進行干燥以在模板70上形成陰極材料的涂層。在至少一個實施例中，可以利用干燥工藝(例如，化學(xué)氣相沉積(CVD))將碳涂覆在模板70上。在一個實施例中，可以通過烴蒸氣的熱解在模板70上沉積碳涂層。在一個示例中，可以通過甲烷(CH4)的解熱來形成碳涂層。在一個實施例中，多孔基底具有表面輪廓，碳涂層的表面輪廓遵循著多孔材料的表面輪廓。
[0055]模板70通常不從陰極14去除，而是作為最終結(jié)構(gòu)的一部分以提供機械支撐并且增加的導(dǎo)電性。然而，也可以想到至少部分地去除模板70的實施例。多孔模板70使得陰極材料分散，以提供高表面積、開放的氧氣通道以及有效的電傳導(dǎo)。在至少一個實施例中，將陰極材料均勻地涂覆在模板70的內(nèi)表面上，以最大化地利用模板70所提供的高表面積。
[0056]在至少一個實施例中，模板70是開孔泡沫或網(wǎng)狀泡沫。然而，其它多孔結(jié)構(gòu)也是可預(yù)期的，諸如海綿結(jié)構(gòu)、樹枝狀結(jié)構(gòu)、連通顆粒結(jié)構(gòu)以及其它結(jié)構(gòu)。在至少一個實施例中，模板70包括金屬材料。可以使用任意合適的金屬，例如銅、鋁和鎳。除了金屬材料，模板70可以包括導(dǎo)電聚合物，例如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚對苯撐乙烯的衍生物、聚乙炔等。模板70還可以包括與金屬離子源電解接觸的無機材料，例如，可以使用諸如LLZO、LTAP、PEO、Lipon的固體電解質(zhì)。然而，模板70不必包括導(dǎo)電材料；可以通過陰極材料自身來提供導(dǎo)電性。用于在具有增大的中孔和/或大孔體積的陰極14中使用的合適的模板70的示例是可從制造者EFoam商業(yè)獲得的開孔銅泡沫。銅泡沫具有每英寸(ppi )45至100個孔的孔隙率。
[0057]在至少一個實施例中，模板70具有直徑為20納米至200微米的孔72。在另一實施例中，模板70具有直徑為20納米至2微米的孔72。在另一實施例中，模板70具有直徑為20納米至300納米的孔。在至少一個實施例中，將陰極材料涂覆到模板70，但陰極材料不填充在孔72中。在一個實施例中，陰極14具有與模板70基本相同的形狀，但是陰極材料層位于模板70上。然而，可能的是，在其它實施例中，陰極材料至少部分地填充一些孔72。
[0058]雖然已經(jīng)詳細地描述了最佳模式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到在權(quán)利要求的范圍內(nèi)的各種替代設(shè)計和實施例。此外，可以將實現(xiàn)實施例的各種特征組合以形成本發(fā)明的其它實施例。雖然已經(jīng)將各種實施例關(guān)于一個或更多個期望的特征描述為提供了優(yōu)點或者優(yōu)于其它實施例或現(xiàn)有技術(shù)的實施方案，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到，可以使一個或更多個特征或特性折中，以實現(xiàn)基于特定應(yīng)用和實施方案的期望系統(tǒng)屬性。這些屬性可以包括但不限于成本、強度、耐久性、壽命周期成本、市場性、外觀、包裝、尺寸、服務(wù)性、重量、可制造性、易于組裝等。在此描述的關(guān)于一個或更多個特征被描述為比其它實施例或現(xiàn)有技術(shù)的實施方案略差強人意的實施例并不在本公開的范圍之外，并且對于特定應(yīng)用而言可能是所期望的。因此，可以將實現(xiàn)實施例的各種特征組合以形成本發(fā)明的其它實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰空氣電池陰極，所述鋰空氣電池陰極包括: 主體材料； 多個中孔，存在于主體材料中并具有1%至70%的孔隙率；以及 多個大孔，存在于主體材料中并具有5%至99%的孔隙率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰空氣電池陰極，其中，所述多個中孔具有5%至50%的孔隙率，所述多個大孔具有20%至90%的孔隙率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰空氣電池陰極，其中，所述多個中孔是多個壓印的中孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰空氣電池陰極，其中，所述多個大孔是多個壓印的大孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰空氣電池陰極，其中，所述多個中孔中的每個中孔具有在2納米至50納米的范圍內(nèi)的直徑，所述多個大孔中的每個大孔具有超過50納米的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰空氣電池陰極，其中，陰極是以具有第一表面和背對的第二表面的片的形式，陰極包括沿著從第一表面至第二表面的陰極厚度的孔徑梯度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰空氣電池陰極，其中，第一表面是空氣側(cè)表面，第二表面是陽極側(cè)表面，孔徑梯度沿著從空氣側(cè)表面到陽極側(cè)表面的方向總體減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰空氣電池陰極，其中，所述多個壓印的大孔中的至少一些大孔位于多個壓印的微柱之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰空氣電池陰極，其中，所述多個壓印的微柱具有I微米至500微米的高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰空氣電池陰極，其中，所述多個壓印的微柱具有20納米至200微米的寬度。
【文檔編號】H01M4/86GK104037424SQ201410054700
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】凡卡塔拉瑪尼·阿南丹, 安德魯·羅伯特·德魯斯 申請人:福特全球技術(shù)公司