本發(fā)明的示例性實施方式涉及金屬空氣電池，更具體而言，涉及包括陰極共用型集流器的金屬空氣電池。

背景技術(shù)：

金屬空氣電池包括可以嵌入/脫嵌金屬離子諸如鋰離子的陽極、可以在空氣中氧化或還原氧的陰極、以及插入在陽極和陰極之間的金屬離子傳導(dǎo)介質(zhì)。

在金屬空氣電池的放電過程中，金屬氧化物由在從陽極發(fā)出的金屬離子和空氣(例如，氧氣)之間的反應(yīng)產(chǎn)生，而且在充電過程中，產(chǎn)生的金屬氧化物被還原成金屬離子和空氣，因而，金屬空氣電池可以重復(fù)地充電和放電。因為作為陰極活性材料的氧是從空氣獲得的，所以陰極活性材料不需要被存儲在金屬空氣電池中。因而，理論上，金屬空氣電池可以實現(xiàn)比使用固體陰極活性材料的二次電池的容量更大的大容量。

因為金屬空氣電池使用空氣作為陰極活性材料，所以金屬空氣電池可具有非常高的能量密度，因而，金屬空氣電池作為下一代電池受到許多關(guān)注。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供了具有空氣被平穩(wěn)地供給到陰極的電池層疊結(jié)構(gòu)的金屬空氣電池。

提供了金屬空氣電池裝置，該金屬空氣電池裝置通過連續(xù)到連接金屬空氣電池的單元模塊而具有高容量和小體積，而金屬空氣電池的空間的任何損失。

額外的示例性實施方式將在以下的描述中被部分地闡述，且部分將自該描述明顯或者可以通過給出的示例性實施方式的實踐而習(xí)知。

根據(jù)一示例性實施方式，金屬空氣電池包括：每個包含陽極、陽極電解質(zhì)層、陰極和氣體擴(kuò)散層的第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)；和設(shè)置在第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)之間并具有非平面形狀的陰極集流器，其中第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)的陰極彼此面對。

在一示例性實施方式中，陰極集流器還可以包括通過在朝向第一電池層疊結(jié)構(gòu)的氣體擴(kuò)散層的方向上突出而接觸第一電池層疊結(jié)構(gòu)的氣體擴(kuò)散層的第一突起。

在一示例性實施方式中，金屬空氣電池還可以包括設(shè)置在第一電池層疊結(jié)構(gòu)和陰極集流器之間的第一空氣供給單元。

在一示例性實施方式中，陰極集流器還可以包括通過在朝向第二電池層疊結(jié)構(gòu)的氣體擴(kuò)散層的方向上突出而接觸第二電池層疊結(jié)構(gòu)的氣體擴(kuò)散層的第二突起。

在一示例性實施方式中，金屬空氣電池還可以包括設(shè)置在第二電池層疊結(jié)構(gòu)和陰極集流器之間的第二空氣供給單元。

在一示例性實施方式中，至少一個孔可以穿過陰極集流器限定。

在一示例性實施方式中，每個陰極集流器的截面可具有波形形狀、矩形形狀和梯形形狀中的一種。

在一示例性實施方式中，第一電池層疊結(jié)構(gòu)和第二電池層疊結(jié)構(gòu)每個可以通過陽極、陽極電解質(zhì)層、陰極和氣體擴(kuò)散層而具有彎折結(jié)構(gòu)，其中陰極與氣體擴(kuò)散層的第一表面分離并接觸氣體擴(kuò)散層的第二和第三表面。

在一示例性實施方式中，陰極可以接觸氣體擴(kuò)散層的第四表面。

在一示例性實施方式中，氣體擴(kuò)散層的第二和第三表面可具有比第一表面的面積相對更大的面積。

根據(jù)另一示例性實施方式，一種金屬空氣電池包括具有非平面形狀的陰極集流器以及分別設(shè)置在陰極集流器的兩個相反側(cè)上的第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)，其中陰極集流器接觸第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)的氣體擴(kuò)散層。

根據(jù)一示例性實施方式，金屬空氣電池裝置包括：多個連續(xù)層疊的金屬空氣電池單元結(jié)構(gòu)，其中每個金屬空氣電池單元結(jié)構(gòu)包括：每個包括陰極和氣體擴(kuò)散層的第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)之間并具有非平面形狀的陰極集流器，而且第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)的陰極彼此面對；以及設(shè)置在相鄰兩個金屬空氣電池單元結(jié)構(gòu)之間的陽極集流器。

金屬空氣電池還可以包括從陰極集流器伸出的陰極接頭以及從陽極集流器伸出的陽極接頭，其中陰極接頭和陽極接頭設(shè)置在彼此不同的區(qū)域上。

附圖說明

從結(jié)合附圖對示例性實施方式的以下描述，這些和/或其它示例性實施方式將變得明顯且更易于理解，在附圖中：

圖1是金屬空氣電池的一示例性實施方式的透視圖；

圖2a是圖1的區(qū)域a1的放大圖；

圖2b是圖1的區(qū)域a1的放大圖；

圖3是示出金屬空氣電池的氣體擴(kuò)散層與陰極集流器之間位置關(guān)系的一示例性實施方式的截面圖；

圖4a至4c是示出金屬空氣電池的陰極集流器的一示例性實施方式的透視圖；

圖5是金屬空氣電池的陰極集流器的改進(jìn)型的一示例性實施方式的透視圖；

圖6a是示出其中陽極集流器設(shè)置在金屬空氣電池之間的結(jié)構(gòu)的一示例性實施方式的分解透視圖；

圖6b是示出一個結(jié)構(gòu)的透視圖，在該結(jié)構(gòu)中，通過在圖6a的金屬空氣電池間插入陽極集流器，陽極集流器與圖6a的金屬空氣電池結(jié)合；

圖7是示出延伸結(jié)構(gòu)的透視圖，在該延伸結(jié)構(gòu)中，通過在圖6b的金屬空氣電池間插入陽極集流器，陽極集流器與圖6b的金屬空氣電池結(jié)合；

圖8是圖7的區(qū)域a2的放大圖；以及

圖9是圖7的區(qū)域a3的放大圖。

具體實施方式

現(xiàn)在，將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)示例性實施方式的金屬空氣電池。在圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，而且每個組成元件的尺寸為了說明的方便或清晰可以被夸大。

本發(fā)明的示例性實施方式能是不同的變形而且可以概括為許多不同的形式。將理解，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在”另一元件或?qū)印吧稀被颉吧厦妗睍r，該元件或?qū)涌梢灾苯釉诹硪辉驅(qū)由?，或者可以存在居間元件或?qū)印?/p>

將理解，雖然術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等可以用于此處來描述不同的元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于區(qū)分一個元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一元件、組件、區(qū)域、層或部分。因而，在下面論述的“第一元件”、“第一組件”、“第一區(qū)域”、“第一層”或“第一部分”可以被稱為第二元件、第二組件、第二區(qū)域、第二層或第二部分，而不脫離此處教導(dǎo)。

在此使用的術(shù)語僅用于描述特定實施方式，而不旨在限制。在此使用時，單數(shù)形式“一”和“該”也旨在包括含有“至少一個”的復(fù)數(shù)形式，除非內(nèi)容以別的方式清楚地表示?！盎颉币庵浮昂?或”。在此使用時，術(shù)語“和/或”包括關(guān)聯(lián)的所列項目中的任一個或者一種或多種的組合。還將理解，當(dāng)在本說明書中使用時，術(shù)語“包含”和/或“包含……的”或“包括”和/或“包括……的”說明所述特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是不排除一個或更多個其它特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其組的存在或添加。

此外，關(guān)系術(shù)語，諸如“下”或“底部”和“上”或“頂部”可以在此使用來描述一個元件與另一元件如圖中所示的關(guān)系。將理解，關(guān)系術(shù)語旨在涵蓋除在圖中描繪的取向之外裝置的不同取向。在一示例性實施方式中，當(dāng)在附圖之一中的裝置被翻轉(zhuǎn)時，被描述為在另一元件的“下”側(cè)的元件可以在另一元件的“上”側(cè)取向。因此，取決于附圖的具體取向，示例性術(shù)語“下”可以涵蓋“下”和“上”兩種取向。類似地，當(dāng)在附圖之一中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則被描述為“在”其它元件“以下”或“下面”的元件可以被取向為“在”其它元件“上方”。因此，示例性術(shù)語“在……下面”或“在……下方”可以涵蓋上和下兩種取向。

考慮正被討論的測量和與特定量的測量相關(guān)的誤差(即，測量系統(tǒng)的限制)，在此使用時，“大約”或“大致”包括所述值并且意指在由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員確定的對于特殊值的可接受偏差范圍內(nèi)。例如，“大約”可以指的是在一個或更多標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)、或在所述值的±30％、±20％、±10％、±5％內(nèi)。

除非另外限定，在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。還將理解，術(shù)語，諸如在通常使用的字典中所定義的那些，應(yīng)被理解為具有與它們在相關(guān)領(lǐng)域和本發(fā)明的背景中的含義一致的含義，將不被理解為理想化或過度正式的意義，除非在此清楚地如此定義。

在此參考截面圖示描述示例性實施方式，該截面圖示是理想化示例性實施方式的示意性圖示。因此，由于例如制造技術(shù)和/或公差引起的圖示形狀的偏離是可以預(yù)期的。因而，在此描述的實施方式不應(yīng)被理解為限于如在此示出那樣的區(qū)域的特定形狀，而是將包括例如由制造引起的形狀上的偏差。在一示例性實施方式中，被示為或描述為平坦的區(qū)域典型地可以具有不光滑的和/或非線性的特征。此外，所示出的尖角可以是圓化的。因而，在圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，并且它們的形狀不旨在示出區(qū)域的精確形狀，并且不旨在限制權(quán)利要求的范圍。

圖1是根據(jù)一示例性實施方式的金屬空氣電池100的透視圖。

參考圖1，根據(jù)示出的示例性實施方式的金屬空氣電池100包括第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a、第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b和設(shè)置在其間的陰極集流器20。陰極集流器20可以被第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a和第二電池層疊結(jié)構(gòu)二者共用，而且陰極集流器20的兩個相反表面可以分別接觸第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b。第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b兩個都是電池單元，而且根據(jù)示出的示例性實施方式的金屬空氣電池100是一對電池單元共用陰極集流器20的類型。

圖2a是圖1的區(qū)域a1的放大圖，圖2b是圖1的區(qū)域a1的放大圖。

參考圖2a和2b，第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a具有其中陽極11、陽極電解質(zhì)層12、陰極13和氣體擴(kuò)散層14層疊的結(jié)構(gòu)。第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b具有其中陽極11、陽極電解質(zhì)層12、陰極13和氣體擴(kuò)散層140層疊的結(jié)構(gòu)。

氣體擴(kuò)散層14和140可以接觸陰極13。然而，第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a的陽極11、陽極電解質(zhì)層12和陰極13可具有彎折形狀，使得陰極13接觸氣體擴(kuò)散層14的第二表面14b和第三表面14c而不接觸氣體擴(kuò)散層14的第一表面14a。此外，第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的陽極11、陽極電解質(zhì)層12和陰極13可具有彎折形狀，使得陰極13接觸氣體擴(kuò)散層140的第二表面140b和第三表面140c而不接觸氣體擴(kuò)散層140的第一表面140a。第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的陽極11、陽極電解質(zhì)層12和陰極13的每個可以連續(xù)彎折以具有z字形形狀。

第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a的氣體擴(kuò)散層14的第四表面14d可以或可以不接觸陰極13。此外，第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的氣體擴(kuò)散層140的第四表面140d可以或可以不接觸陰極13。第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10a和10b的氣體擴(kuò)散層14和140的第一表面14a和140a分別可以不接觸陰極13，而且可以暴露于第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10a和10b外部。

第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10a和10b的氣體擴(kuò)散層14和140可以每個具有薄板形狀，而且氣體擴(kuò)散層14和140的第二表面14b和140b以及第三表面14c和140c可以是具有相對寬的區(qū)域的表面。當(dāng)與第二表面14b和140b以及第三表面14c和140c相比時，第一表面14a和140a具有相對較小的區(qū)域。第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10a和10b的氣體擴(kuò)散層14和140的第二表面14b和140b可以是上表面，第三表面14c和140c可以是下表面。氣體擴(kuò)散層14和140的第一表面14a和140a以及第四表面14d和140d可以是氣體擴(kuò)散層14和140的側(cè)表面。

第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a的氣體擴(kuò)散層14和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的氣體擴(kuò)散層140可以彼此間隔開并彼此面對。也就是，第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a的氣體擴(kuò)散層14的第一表面14a和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的氣體擴(kuò)散層140的第一表面140a可以彼此面對。此外，第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10a和10b的陰極13可以彼此面對。

陰極集流器20設(shè)置(例如，插入)在金屬空氣電池100的第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10a和10b之間，而且可以分別接觸第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a的第一表面14a和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的第一表面140a。

參考圖1、2a、和2b，用于密封或保護(hù)第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10a和10b的覆蓋層101、102、111和112可以設(shè)置在金屬空氣電池100的上側(cè)和下側(cè)，而且為了說明的方便，覆蓋物沒有設(shè)置在金屬空氣電池100的側(cè)部上。覆蓋層101、102、111和112可以包括不導(dǎo)電而且與第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10a和10b中的材料具有低反應(yīng)性的材料。

圖3是示出根據(jù)一示例性實施方式的金屬空氣電池100的氣體擴(kuò)散層14和140和陰極集流器20之間的位置關(guān)系的截面圖。這里，顯示在x-z表面上的氣體擴(kuò)散層14和140與陰極集流器20之間的位置關(guān)系。

陰極集流器20可具有在某些部分上具有一些突起的非平面形狀。這里，非平面形狀可以表示在其中包括比周圍區(qū)域相比相對突出的突起以及在突起之間的凹槽的形狀。此外，非平面形狀可以表示在其中包括在不同方向上突出的第一突起和第二突起的形狀。直接接觸第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a(參考圖1至2b)的氣體擴(kuò)散層14的至少一個第一突起201可以設(shè)置在陰極集流器20上，直接接觸第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b(參考圖1至2b)的氣體擴(kuò)散層140的至少一個第二突起202可以設(shè)置在陰極集流器20上。

所述至少一個第一突起201和所述至少一個第二突起202可以是在相反方向突出的區(qū)域。在一示例性實施方式中，所述至少一個第一突起201可以向下突出，所述至少一個第二突起202可以向上突出，或所述至少一個第一突起201可以在右側(cè)方向上突出以及所述至少一個第二突起202可以在左側(cè)方向上突出，例如。在圖3中，陰極集流器20可具有在其中所述至少一個第一突起201在x方向上突出以及所述至少一個第二突起202在-x方向上突出的結(jié)構(gòu)。

陰極集流器20的所述至少一個第一突起201可以接觸第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a的氣體擴(kuò)散層14，所述至少一個第二突起202可以接觸第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的氣體擴(kuò)散層140。陰極集流器20的除了所述至少一個第一突起201和所述至少一個第二突起202之外的區(qū)域可以不接觸氣體擴(kuò)散層14和140。在該處第一和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10a和10b不接觸陰極集流器20的區(qū)域可以是用于給氣體擴(kuò)散層14供給外部空氣的路徑。第一空氣供給單元301可以設(shè)置在氣體擴(kuò)散層14和陰極集流器20之間，第二空氣供給單元302可以設(shè)置在氣體擴(kuò)散層140和陰極集流器20之間。

電流可以通過使陰極集流器20的所述至少一個第一突起201與第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a的氣體擴(kuò)散層14接觸以及通過使所述至少一個第二突起202與第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的氣體擴(kuò)散層140接觸來收集。期望用于產(chǎn)生金屬空氣電池100的電化學(xué)反應(yīng)的空氣可以通過第一空氣供給單元301和第二空氣供給單元302被供給到氣體擴(kuò)散層14和140。以這種方式，當(dāng)同時接觸第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a的氣體擴(kuò)散層14和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的氣體擴(kuò)散層140時，陰極集流器20可以進(jìn)行電流收集和空氣供給。此外，在金屬空氣電池100中產(chǎn)生的熱可以容易地消散到外部。

圖4a至4c是示出根據(jù)一示例性實施方式的金屬空氣電池100的陰極集流器的不同示例的透視圖。

參考圖4a，陰極集流器20可以設(shè)置為非平面形狀，而且可以包括向上突出的多個第一突起201和在第一突起201之間向下突出的多個第二突起202。如上所述，陰極集流器20被安裝為通過在第一突起201與第二突起202與第一電池層疊結(jié)構(gòu)10a的氣體擴(kuò)散層14和第二電池層疊結(jié)構(gòu)10b的氣體擴(kuò)散層140之間的接觸來收集電流。

在圖4a中所描繪的陰極集流器20中，例如，在z方向上截取的陰極集流器20的截面包括具有預(yù)定曲率的波形形狀的第一突起201和第二突起202，但是示出的示例性實施方式不限于此。參考圖4b，陰極集流器21可以設(shè)置為使得陰極集流器21的第一突起211和第二突起212的截面可具有矩形形狀。此外，如在圖4c中所描繪的，陰極集流器22可以設(shè)置為使得陰極集流器21的第一突起221和第二突起222的截面可具有梯形形狀。當(dāng)陰極集流器20與氣體擴(kuò)散層14和140之間的接觸面積寬時，接觸電阻可以減少，但是空氣供給可能不容易。

因此，陰極集流器20可以設(shè)置為非平面形狀，而不是簡單的平面形狀，而且可以包括不同形狀的突起。在圖4a至4c中，描繪了具有波形形狀、矩形形狀和梯形形狀的陰極集流器20、21和22。然而，這些形狀是示例，也就是，陰極集流器20、21和22的形狀不受限制。

圖5是根據(jù)一示例性實施方式的金屬空氣電池100的陰極集流器的改進(jìn)型的透視圖。

參考圖4a和5，穿過陰極集流器20的兩個相對側(cè)的至少一個孔22可以被限定。在一示例性實施方式中，例如，陰極集流器20可以包括諸如具有相對高導(dǎo)電性的金屬、兩種以上的金屬、合金、導(dǎo)電氧化物、導(dǎo)電聚合物或碳的材料。當(dāng)陰極集流器20包括相對重的材料時，這可以是增加包括陰極集流器20的金屬空氣電池100的總重量的原因。因此，陰極集流器20的重量可以通過在陰極集流器20中限定至少一個孔22來減小，因此，金屬空氣電池100的總重量可以減小。

在根據(jù)一示例性實施方式的金屬空氣電池100中，陽極11進(jìn)行金屬離子的嵌入和脫嵌，而且可以包括鋰、鈉、鋅、鈣、鎂、鐵、鋁、這些金屬的組合、或這些金屬的合金。陽極11(參考圖2a和2b)可以包括鋰薄膜，而且可以通過除鋰以外還包括其他陽極活性材料來設(shè)置。陽極11可以通過除鋰以外另外包括陽極活性材料而設(shè)置為合金、復(fù)合物或組合。在一示例性實施方式中，除鋰以外的陽極活性物質(zhì)可以包括包含可以與鋰形成合金的金屬、過渡金屬氧化物和非過渡金屬氧化物的至少一種材料。在一示例性實施方式中，例如，過渡金屬氧化物可以是鋰鈦氧化物、釩氧化物或鋰釩氧化物等。

陽極電解質(zhì)層12(參考圖2a和2b)可以傳遞金屬離子到陰極13。陽極電解質(zhì)層12可以包括通過為了傳遞金屬離子到陰極13而在溶劑中溶解金屬鹽而提供的電解質(zhì)。該電解質(zhì)可以是包括聚合物基電解質(zhì)、無機(jī)基電解質(zhì)、或其中聚合物基電解質(zhì)和無機(jī)基電解質(zhì)混合的復(fù)合電解質(zhì)的固相。陽極電解質(zhì)層12可以是可溶解的。在一示例性實施方式中，金屬鹽可以包括鋰鹽，或除鋰鹽之外，還可以包括其他鹽，諸如，例如alcl3、mgcl2、nacl、kcl、nabr、kbr或cacl2。在一示例性實施方式中，例如，溶劑可以是可以溶解鋰鹽和/或金屬鹽的任何溶劑。

陽極電解質(zhì)層12還可以包括防止氧的傳輸而且相對于金屬離子具有傳導(dǎo)性的隔板。隔板可以是柔性聚合物隔板。在一示例性實施方式中，隔板可以是例如聚合物無紡布(諸如包括聚丙烯材料的無紡布或包括聚苯硫醚材料的無紡布)或包括烯烴基樹脂諸如聚乙烯或聚丙烯的多孔膜。隔板和陽極電解質(zhì)層12可以設(shè)置為分開的層，但是可以通過在多孔隔板的孔(pore)中充滿(impregnating)電解質(zhì)而設(shè)置為單一層。在一示例性實施方式中，例如，陽極電解質(zhì)層12可以通過在多孔隔板的孔中充滿通過混合聚氧化乙烷(“peo”)和二(三氟甲磺酰)亞胺鋰(“l(fā)itfsi”)而提供的電解質(zhì)來設(shè)置。

陰極13(參考圖2a和2b)使用空氣中的氧作為金屬空氣電池100中的陰極活性材料。陰極13可以包括可以氧化或還原氧的導(dǎo)電材料，而且沒有特定限制。在一示例性實施方式中，陰極13可以使用例如碳基材料，例如石墨、石墨烯、碳黑或碳纖維。此外，陰極活性材料可以是導(dǎo)電材料，諸如金屬纖維或金屬網(wǎng)，或可以使用金屬粉末，諸如銅粉、銀粉、鎳粉或鋁粉。在一示例性實施方式中，可以使用有機(jī)導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料可以獨(dú)立地使用或以混合態(tài)使用。

用于氧化或還原氧的催化劑可以被包括在陰極13中。在一示例性實施方式中，催化劑可以是，例如貴金屬基催化劑，諸如鉑、金、銀、鈀、釕、銠或鋨；氧化物基催化劑，諸如錳氧化物、鐵氧化物、鈷氧化物或鎳氧化物；或有機(jī)金屬基催化劑，諸如酞菁鈷。然而，根據(jù)示出的示例性實施方式的催化劑不限于此，也就是，催化劑可以是可以在本領(lǐng)域中用于氧化/還原氧的任何催化劑。

陰極13可以額外地包括粘合劑。粘合劑可以包括熱塑性樹脂或熱固性樹脂。在一示例性實施方式中，例如，聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(“ptfe”)、聚氟亞乙烯(“pvdf”)、苯乙烯-丁二烯橡膠、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、氟亞乙烯-六氟丙烯共聚物、氟亞乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、氟亞乙烯-五氟丙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、氟亞乙烯-全氟甲醚-四氟乙烯共聚物或乙烯-丙烯酸共聚物可以獨(dú)立地用作粘合劑或者以混合狀態(tài)用作粘合劑。然而，根據(jù)示出的示例性實施方式的粘合劑不限于此，也就是，可以使用在本領(lǐng)域中用作粘合劑的任何粘合劑。

陰極13可以額外地包括離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)。在一示例性實施方式中，例如，離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)可以是或聚氧化乙烷(“peo”)、聚乙烯醇(“pva”)、聚乙烯吡咯烷酮(“pvp”)和聚乙烯砜中的至少一種或是這些材料的復(fù)合物并摻雜有鋰的聚合物。在一示例性實施方式中，例如，離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)可以是摻雜有鋰鹽的聚氧化乙烷。用于摻雜的鋰鹽可以與在以上描述的離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)中使用的鋰鹽相同。

陰極13可以設(shè)置為，使得在導(dǎo)電材料中混合用于氧化和還原氧的催化劑以及粘合劑并且增加溶劑后，所述組合物被涂敷在一區(qū)域上，在該區(qū)域，陰極13被設(shè)置并且被干燥。

陰極集流器20可以包括具有高導(dǎo)電性的任何材料。在一示例性實施方式中，陰極集流器20可以包括例如包含銅、金、鉑、銀、鎳、鐵等的金屬，但是不限于此。在一示例性實施方式中，陰極集流器20可以包括例如導(dǎo)電金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物或除金屬之外還包括材料膜的碳的材料。陰極集流器20可以是可撓的而且具有用于恢復(fù)到原樣的彈力。

圖6a和6b是分別示出一結(jié)構(gòu)的透視圖，在該結(jié)構(gòu)中，陽極集流器120設(shè)置(例如，插入)在根據(jù)一示例性實施方式的金屬空氣電池100a和100b之間。這里，圖6a是示出位于金屬空氣電池100a和100b之間的陽極集流器120的分解透視圖，圖6b是示出一結(jié)構(gòu)的透視圖，在該結(jié)構(gòu)中，陽極集流器120被組合以接觸金屬空氣電池100a和100b。

參考圖1、2a、6a和6b，包括金屬空氣電池100的相反側(cè)的外表面具有在其中設(shè)置陽極11的結(jié)構(gòu)。因此，陽極集流器120可以通過在側(cè)表面方向(x方向或-x方向)上層疊金屬空氣電池100a和100b而設(shè)置(例如，插入)在金屬空氣電池100a和100b之間。陽極集流器120的尺寸沒有特別限制。然而，陽極集流器120可具有與陰極集流器20a和20b的面積類似的面積。此外，陽極集流器120的形狀沒有特別限制，因此，可以設(shè)置為各種類型，例如平板型或波狀型。

在一示例性實施方式中，陽極集流器120可以包括導(dǎo)電材料，諸如金屬。在一示例性實施方式中，陽極集流器120可以包括例如銅、金、鉑、銀、鎳、鐵等，但是不限于此。在一示例性實施方式中，陰極集流器20可以包括材料，例如導(dǎo)電金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物或除金屬之外還包括材料膜的碳。

分別從陰極集流器20a和20b伸出的陰極接頭31a和31b，可以設(shè)置在陰極集流器20a和20b上。陽極接頭121可以從陽極集流器120伸出。陰極接頭31a和31b可以分別設(shè)置在陰極集流器20a和20b的邊緣上，而且可以設(shè)置在彼此類似的位置上。陽極集流器120的陽極接頭121可以設(shè)置在與陰極接頭31a和31b不同的邊緣上。

以此方式中，因為陽極集流器120設(shè)置在金屬空氣電池模塊的陽極之間而且電連接到陽極，所以金屬空氣電池100的空間的損失可以減少，而且可以提供具有高容量和小體積的金屬空氣電池。也就是，可以制造每單位體積具有高能量密度的金屬空氣電池。

圖7是示出延伸結(jié)構(gòu)的透視圖，在該延伸結(jié)構(gòu)中，金屬空氣電池模塊通過在圖6b的金屬空氣電池間插入陽極集流器而連續(xù)地組合。圖8是圖7的區(qū)域a2的放大圖。圖9是圖7的區(qū)域a3的放大圖。

參考圖7至9，層疊的金屬空氣電池通過在包括金屬空氣電池100a、100b和100c的n個金屬空氣電池中的相鄰兩個之間分別插入包括陽極集流器120a和120b的n-1陽極集流器以及通過在一方向上連續(xù)地層疊n個金屬空氣電池來制造，該n個金屬空氣電池分別包括包含陰極集流器20a、20b和20c的n個陰極集流器之一。這里，n可以是大于3的自然數(shù)。包括陰極接頭31a、31b和31c的n個陰極接頭中的相應(yīng)一個可以分別設(shè)置在n個陰極集流器中的相應(yīng)一個的邊緣上。

n個陰極接頭中的相應(yīng)一個可以與n個陰極集流器中的相應(yīng)一個設(shè)置為一個主體，而且可以以與n個陰極集流器中的相應(yīng)一個相同的形狀從n個陰極集流器中的對應(yīng)一個延伸。包括陽極接頭121a、121b和121c的n個陽極接頭的每個可以分別設(shè)置在n-1個陽極集流器中的相應(yīng)一個的邊緣上。在n個金屬空氣電池中，陽極接頭的形成位置可以不同于對應(yīng)的陰極接頭的形成位置。當(dāng)金屬空氣電池的陽極接頭和陰極接頭彼此連接時，整個層疊的金屬空氣電池可以電連接。

如果圖1的金屬空氣電池100的結(jié)構(gòu)被稱為金屬空氣電池的單元結(jié)構(gòu)，則圖7的層疊的金屬空氣電池可以是通過連續(xù)地層疊金屬空氣電池100的單元結(jié)構(gòu)而設(shè)置的金屬空氣電池裝置。

根據(jù)示出的示例性實施方式，可以設(shè)置在其中空氣可以被容易地供給到氣體擴(kuò)散層的金屬空氣電池。電池層疊結(jié)構(gòu)可以通過在電池層疊結(jié)構(gòu)之間插入陰極集流器和陽極集流器而容易地彼此連接。

此外，金屬空氣電池的內(nèi)部空間可以被有效地利用，因此，可以提供具有高容量和小體積的金屬空氣電池。自金屬空氣電池產(chǎn)生的熱可以容易地消散到外部。

雖然已經(jīng)參考附圖描述了一個或多個示例性實施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以在其中進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各種改變而不脫離由權(quán)利要求限定的精神和范圍。

本申請要求享有2015年10月13日提交的第10-2015-0143042號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)以及由其產(chǎn)生的所有權(quán)益，其內(nèi)容通過引用合并于此。