CN103682376B - 空气电极的制备方法、空气电极和包括空气电极的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气电极、该空气电极的制备方法以及包括该空气电极的电化学可充电锌-空气电池。该空气电极提高了电极反应区域中的氧气、碱性电解液以及固体催化剂三相反应的接触位点密度，在整个电极立体空间内为氧气的氧化反应和还原反应提供电荷转移的反应网络，降低了电荷转移阻力，使得电池的能量密度、功率密度以及容量性能得到提升，充放电过程的极化程度大幅度降低。本发明的空气电极的制备工艺简单，采用高温煅烧、热压成型工艺技术，易于进行批量化生产，使用的原料价格低廉，制备过程环保。该空气电极和包括该空气电极的电池经济实用，性能优异，具备重要应用前景。
Description
技术领域
本发明属于电池制造技术领域，具体涉及一种空气电极的制备方法、空气电极和包括空气电极的电池。
背景技术
金属-空气电池因正极使用空气原料而具有能量密度高、功率密度高、价格低、质量轻便、原料无需专门储备等优点，从而得到人们广泛的研究。目前，研究较多的金属-空气电池主要有锂-空气电池和锌-空气电池。其中，锂-空气电池的理论容量密度达到3862mAh/g，能量密度达到11972Wh/kg。锌-空气电池具有能量密度高、充放电循环寿命长、工作电压平稳、容量大、经济实用、安全环保等优点。因此，锂-空气电池和锌-空气电池体系迅速成为研究者们关注的焦点，并有望在便携设备、电子设备、医疗设备、电动汽车等方面得到广泛应用。
电化学可充电金属-空气电池的正极组件为双功能空气电极，在空气电极内部，空气中的氧气、碱性电解质水溶液中的氢氧根（OH-）在固体催化剂表面发生气、液、固三相电催化氧化还原反应，如图1所示。其中，在电池充电过程中，发生氧气析出反应（oxygenevolutionreaction,OER）；在电池放电过程中，发生氧气还原反应（oxygenreductionreaction,ORR）。目前，因为OER和ORR两种反应的反应动力学过程缓慢，过电势较高而一直制约着可充电锌-空气电池的整体性能，并成为世界上重大的技术难题。
针对该技术问题，解决的途径主要集中于开发高效的双功能催化剂，但是仅仅通过开发高性能的催化剂依然不能使金属-空气电池成功走向大规模工业化应用。
现有的空气电极中将集流体201、扩散层202和催化层203彼此明确分开，如图2所示，不利于空气中的氧气、碱性电解液中的氢氧根与固体催化剂充分接触并发生电催化反应，往往产生较高的过电势，导致电化学性能不能满足实际需要。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一目的在于提出一种空气电极的制备方法。本发明的第二目的在于提出一种空气电极。本发明的第三目的在于提出一种包括上述空气电极的电池。
为了实现上述目的，根据本发明第一方面的实施例的空气电极的制备方法，可以包括以下步骤：A.制备多种比例不同的复合层前驱悬浊液，所述复合层前驱悬浊液含有疏水剂、亲水剂、导电剂和催化剂；B.提供集流体；C.将多种所述复合层前驱悬浊液按照预定顺序涂覆到所述集流体两侧表面，每次涂覆完一种所述复合层前驱悬浊液后，进行干燥和压实以使所述复合层前驱悬浊液转化为复合层，其中所述预定顺序为沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的方向，所述复合层前驱悬浊液中的所述疏水剂的含量逐渐减少、所述亲水剂的含量逐渐增加、所述导电剂的含量逐渐增加以及所述催化剂的含量逐渐增加；D.进行高压压实和煅烧。
根据本发明实施例的空气电极的制备方法，打破传统空气电极中催化层和扩散层清晰的分界面，通过连续改变亲水剂、疏水剂、导电剂及催化剂的含量，制备含有多个复合层的高度结构化的空气电极。该空气电极在氧化还原反应过程中，空气中的氧气、碱性电解液中的氢氧根通过亲水剂、疏水剂形成的毛细孔表面进行迁移，在电极内部显著扩大了气、液、固三相反应空间区域。因此，该空气电极大大提高了氧气、碱性电解液以及催化剂接触位点及空间密度，降低了电荷转移阻力。该空气电极应用于金属-空气电池体系中能大幅度提高电池能量密度、功率密度以及容量性质。本发明空气电极的制备方法工艺简单、易于进行批量化生产，原料价格低廉，制备过程环保，制得的空气电极经济实用，性能优异，具备重要应用前景。
另外，根据本发明实施例的还具有如下附加技术特征：
在本发明的一个实施例中，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，所述多种复合层前驱悬浊液中所述疏水剂的含量从30-100w.t%逐渐减少到0-40w.t%。
在本发明的一个实施例中，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，所述多种复合层前驱悬浊液中所述亲水剂的含量从0-20w.t%逐渐增加到0-35w.t%。
在本发明的一个实施例中，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，所述多种复合层前驱悬浊液中所述导电剂的含量从0-70w.t%逐渐增加到20-80w.t%。
在本发明的一个实施例中，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，所述多种复合层前驱悬浊液中所述催化剂的含量从0-70w.t%逐渐增加到30-80w.t%。
在本发明的一个实施例中，所述疏水剂为聚四氟乙烯乳液和Nafion乳液中的一种或二者的组合。
在本发明的一个实施例中，所述亲水剂为亲水类分子筛、聚醇类物质中的一种或多种的组合。
在本发明的一个实施例中，所述导电剂为石墨、炭黑、活性炭、碳纳米管、掺氮的碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、掺氮的石墨烯和掺氮的氧化石墨烯中的一种或至少一种的组合。
在本发明的一个实施例中，所述集流体为镍金属、镍合金、钛金属或钛合金。
在本发明的一个实施例中，所述催化剂为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、碳基催化剂、螯合物催化剂中的一种或至少一种的组合。
根据本发明第二方面的实施例的空气电极，通过上述任一种空气电极的制备方法制得。
根据本发明实施例的空气电极，在氧化还原反应过程中，空气中的氧气、碱性电解液中的氢氧根通过亲水剂、疏水剂形成的毛细孔表面进行迁移，在电极内部显著扩大了气、液、固三相反应空间区域。因此，该空气电极大大提高了空气中氧气、碱性电解液以及催化剂接触位点密度，降低了电荷转移阻力。该空气电极应用于金属-空气电池体系中能大幅度提高电池能量密度、功率密度以及容量性质。
根据本发明第三方面的实施例的空气电极，包括：集流体；形成在所述集流体两侧的多个复合层，每个所述复合层含有疏水剂、亲水剂、导电剂和催化剂，其中，在所述多个复合层中，沿着空气侧到电解液侧的方向，所述疏水剂的含量逐渐减少、所述亲水剂的含量逐渐增加、所述导电剂的含量逐渐增加以及所述催化剂的含量逐渐增加。
根据本发明实施例的空气电极，在氧化还原反应过程中，空气中的氧气、碱性电解液中的氢氧根通过亲水剂、疏水剂形成的毛细孔表面进行迁移，在电极内部显著扩大了气、液、固三相反应空间区域。因此，该空气电极大大提高了空气中氧气、碱性电解液以及催化剂接触位点密度，降低了电荷转移阻力。该空气电极应用于金属-空气电池体系中能大幅度提高电池能量密度、功率密度以及容量性质。
另外，根据本发明实施例的空气电极还具有如下附加技术特征：
在本发明的一个实施例中，所述疏水剂为聚四氟乙烯和Nafion中的一种或二者的组合。
在本发明的一个实施例中，亲水剂为亲水类分子筛、聚醇类物质中的一种或多种的组合。
在本发明的一个实施例中，所述导电剂为石墨、炭黑、活性炭、碳纳米管、掺氮的碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、掺氮的石墨烯和掺氮的氧化石墨烯中的一种或至少一种的组合。
在本发明的一个实施例中，所述集流体为镍金属、镍合金、钛金属或钛合金。
在本发明的一个实施例中，所述催化剂为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、碳基催化剂、螯合物催化剂中的一种或至少一种的组合。
根据本发明第四方面的实施例的电池，包括上述任一种空气电极，所述空气电极用于进行催化氧气还原反应和/或氧气析出反应。
根据本发明实施例的电池，具有电池能量密度高、功率密度高以及容量大的性质。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是气、液、固三相电催化氧化还原反应示意图；
图2是传统空气电极的结构示意图；
图3是本发明实施例的空气电极的制备方法的流程图；
图4是本发明实施例的空气电极的结构示意图；
图5是传统空气电极和本发明实施例的空气电极线性扫描伏安曲线；
图6是传统空气电极和本发明实施例的空气电极功率密度曲线；
图7是分别利用传统空气电极和本发明实施例的空气电极组建的锌-空气电池极化曲线；和
图8是分别利用传统空气电极和本发明实施例的空气电极组建的锌-空气电池充放电循环对比曲线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明第一方面提出一种空气电极的制备方法，如图3所示，可以包括以下步骤：
A.制备多种比例不同的复合层前驱悬浊液，复合层前驱悬浊液含有疏水剂、亲水剂、导电剂和催化剂。
复合层前驱悬浊液中的疏水剂可以为聚四氟乙烯乳液和Nafion乳液中的一种或二者的组合。其中，Nafion乳液是指全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物类物质在水中形成的乳状液。
复合层前驱悬浊液中的亲水剂可以为亲水类分子筛、聚醇类物质（例如聚乙烯醇）中的一种或多种的组合。其中亲水类分子筛还具有耐氧化的优点。
复合层前驱悬浊液中的导电剂可以为石墨、炭黑、活性炭、碳纳米管、掺氮的碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、掺氮的石墨烯和掺氮的氧化石墨烯中的一种或至少一种的组合。
复合层前驱悬浊液中的催化剂可以为贵金属催化剂（例如Pt、Au、Ir、Pd或者它们的合金等）、过渡金属氧化物催化剂（锰基催化剂，如Mn3O4等；钙钛矿催化剂，如LaCoO3等）、碳基催化剂（例如掺氮的碳纳米管、掺氮的石墨烯、掺氮的氧化石墨烯等等）、螯合物催化剂（例如含铁、钴、锰等原子、配体为酞菁、吡啶的螯合物等等）中的一种或至少一种的组合。
复合层前驱悬浊液中的溶剂可以为无水乙醇、异丙醇、乙醇水溶液等等，溶剂用于将疏水剂、亲水剂、导电剂和催化剂分散。优选地，还可借助超声方式使得复合层前驱悬浊液分散得更均匀。
B.提供集流体。
集流体可以为镍金属、镍合金、钛金属或者钛合金。这些金属材料通常性质不活泼，能够抵抗电化学反应过程中产生的新生态氧的氧化，从而正常进行电子的传输。
C.将多种复合层前驱悬浊液按照预定顺序涂覆到集流体两侧表面，每次涂覆完一种复合层前驱悬浊液后，进行干燥和压实以使复合层前驱悬浊液转化为复合层。其中预定顺序为沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的方向，复合层前驱悬浊液中的疏水剂的含量逐渐减少、亲水剂的含量逐渐增加、导电剂的含量逐渐增加以及催化剂的含量逐渐增加。需要说明的是，集流体两侧的复合层的数目可以相等也可以不相等。
上述特殊的预定顺序可以使得最终形成的多个复合层中组分连续变化，其中靠近空气侧的复合层的组分更接近扩散层，并且靠近电解液侧的复合层的组分更接近催化层。
在本发明的一个实施例中，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，多种复合层前驱悬浊液中疏水剂的含量从30-100w.t%逐渐减少到0-40w.t%。
在本发明的一个实施例中，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，多种复合层前驱悬浊液中亲水剂的含量从0-20w.t%逐渐增加到0-35w.t%。
在本发明的一个实施例中，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，多种复合层前驱悬浊液中导电剂的含量从0-70w.t%逐渐增加到20-80w.t%。
在本发明的一个实施例中，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，多种复合层前驱悬浊液中催化剂的含量从0-70w.t%逐渐增加到30-80w.t%。
D.进行高压压实和煅烧。
前面步骤C时已经初步形成多层复合层，此时进一步进行高压压实和煅烧，使得形成的空气电极有效的阻止水淹电极情况的发生，大大延长电极的循环充放电的寿命。
综上所述，本发明实施例的空气电极的制备方法打破传统空气电极中催化层和扩散层清晰的分界面，通过连续改变亲水剂、疏水剂、导电剂及催化剂的含量，制备含有多个复合层的高度结构化的空气电极。该空气电极在氧化还原反应过程中，空气中的氧气、碱性电解液中的氢氧根通过亲水剂、疏水剂形成的毛细孔表面进行迁移，在电极内部显著扩大了气、液、固三相反应空间区域。因此，该空气电极大大提高了氧气、碱性电解液以及催化剂接触位点及空间密度，降低了电荷转移阻力。该空气电极应用于金属-空气电池体系中能大幅度提高电池能量密度、功率密度以及容量性质。本发明空气电极的制备方法工艺简单、易于进行批量化生产，原料价格低廉，制备过程环保，制得的空气电极经济实用，性能优异，具备重要应用前景。
本发明第二方面提出一种空气电极，该空气电极通过上文公开的任一种空气电极的制备方法制得。
该实施例的空气电极在氧化还原反应过程中，空气中的氧气、碱性电解液中的氢氧根通过亲水剂、疏水剂形成的毛细孔表面进行迁移，在电极内部显著扩大了气、液、固三相反应空间区域。因此，该空气电极大大提高了空气中氧气、碱性电解液以及催化剂接触位点及空间密度，降低了电荷转移阻力。该空气电极应用于金属-空气电池体系中能大幅度提高电池能量密度、功率密度以及容量性质。
本发明第三方面还提出一种空气电极，如图4所示，包括：集流体401和形成在集流体401表面的多个复合层402。需要说明的是，集流体401两侧表面的复合层402的数目可以相等也可以不相等。如图4所示，可以是集流体的空气侧和电解液侧各有一层复合层，也可以是集流体的空气侧仅有一层复合层但电解液侧设有多个复合层，也可以是集流体的电解液侧仅有一层复合层但空气侧设有多个复合层，还可以是集流体的空气侧和电解液侧分别有多层复合层。每个复合层中含有疏水剂、亲水剂、导电剂和催化剂。在多个复合层中，沿着空气侧到电解液侧的方向，疏水剂的含量逐渐减少、亲水剂的含量逐渐增加、导电剂的含量逐渐增加以及催化剂的含量逐渐增加。
集流体401可以为镍金属、镍合金、钛金属或者钛合金。这些金属材料通常性质不活泼，能够抵抗电化学反应过程中产生的新生态氧的氧化，从而正常进行电子的传输。
复合层402中的疏水剂可以为聚四氟乙烯和Nafion一种或二者的组合。其中，Nafion是指全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物类物质，是Nafion乳液干燥后的物质。
复合层402中的亲水剂可以为亲水类分子筛、聚醇类物质（例如聚乙烯醇）中的一种或多种的组合。其中亲水类分子筛还具有耐氧化的优点。
复合层402中的导电剂可以为石墨、炭黑、活性炭、碳纳米管、掺氮的碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、掺氮的石墨烯和掺氮的氧化石墨烯中的一种或至少一种的组合。
复合层402中的催化剂可以为贵金属催化剂（例如Pt、Au、Ir、Pd或者它们的合金等等）、锰基催化剂（例如MnO2等等）、过渡金属氧化物催化剂（锰基催化剂，如Mn3O4等；钙钛矿催化剂，如LaCoO3等）、碳基催化剂（例如掺氮的碳纳米管、掺氮的石墨烯、掺氮的氧化石墨烯等等）、螯合物催化剂（例如含铁、钴、锰等原子、配体为酞菁、吡啶的螯合物等等）中的一种或至少一种的组合。
该实施例的空气电极在氧化还原反应过程中，空气中的氧气、碱性电解液中的氢氧根通过亲水剂、疏水剂形成的毛细孔表面进行迁移，在电极内部显著扩大了气、液、固三相反应空间区域。因此，该空气电极大大提高了空气中氧气、碱性电解液以及催化剂接触位点密度，降低了电荷转移阻力。该空气电极应用于金属-空气电池体系中能大幅度提高电池能量密度、功率密度以及容量性质。
本发明第四方面提出一种电池，本发明上文公开的任一种的空气电极。空气电极在电池中用于进行催化氧气还原反应，或者空气电极在电池中用于进行催化氧气析出反应，又或者空气电极在电池中用于进行催化氧气还原反应和氧气析出反应。
根据本发明实施例的电池，具有电池能量密度高、功率密度高以及容量大的性质。
在本发明的一个实施例中，该电池可以是可充电锌-空气电池。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例进行详细叙述。
步骤（1）按照表1配置四种不同比例的复合层前驱悬浊液，均在30℃下超声分散40min。
表1四种复合层前驱悬浊液配比
步骤（2）在60目镍网上涂覆悬浊液，按照从空气侧到电解液侧分别涂覆1至4号悬浊液的顺序进行。每当涂覆完毕一种悬浊液之后，将该涂层在80℃下完全烘干，然后在10MPa压强下压实。
具体地，可以首先在镍网的顶表面涂覆3号复合层前驱悬浊液，进行烘干和压实；然后继续在顶表面涂覆4号复合层前驱悬浊液，进行烘干和压实；然后将镍网翻面，在原先的底表面上涂覆2号复合层前驱悬浊液，进行烘干和压实；最后涂覆1号复合层前驱悬浊液，进行烘干和压实。
步骤（3）1-4号悬浊液涂覆的涂层结束后，将整个空气电极在80℃下完全烘干，30MPa压强下将四层复合层空气电极压20min，然后在300℃下煅烧30min得到结构化复合层空气电极。
为了对比传统空气电极和新型结构化复合层电极的性能，同时制备了传统空气电极：
分别称量4gLaNiO3、2gMnO2、2g碳纳米管，置于37.25mL无水乙醇中，在30℃下超声分散30min，加入3.2g石墨和0.8g活性炭粉末，14.85g60%的PTFE乳液及4.4gPEG400，在30℃下超声分散40min，物质的质量比例及操作步骤与制备新型空气电极的相同，在60目镍网上靠近电解液一侧进行涂覆；靠近空气一侧涂覆一层60%PTFE乳液，形成空气扩散层；在80℃下完全烘干，30MPa压强下将四层复合层空气电极压20min，然后在300℃下煅烧30min。
用新型结构化复合层空气电极和传统结构的空气电极组建可充电锌-空气电池系统进行性能测试：
可充电锌-空气电池组建方法：正极采用上述两种电极作为对比，其中催化层（PEG400比例多者）一侧与氢氧化钾溶液接触，扩散层一侧（60%PTFE乳液比例多者）与空气接触；正极采用锌片，浸入氢氧化钾溶液中。
本发明的新型结构化复合层空气电极采用电化学工作站（PrincetonVersaSTAT3）进行性能测试，结果如下：从图5所示的线性扫描伏安曲线可见，新型空气电极的ORR和OER电流密度均比传统的空气电极高，而且在-1Vvs.Hg/HgO和1Vvs.Hg/HgO电压下电流密度分别高86.3mAcm-2和161.2mAcm-2。传统空气电极和新型结构化复合层空气电极功率密度参数的对比如图6所示，利用本发明的空气电极，功率密度远优于传统工艺的空气电极，传统空气电极在大约50mAcm-2电流密度下得到最大的功率密度约35mWcm-2，而新型结构化复合层空气电极在约70mAcm-2电流密度下达到最大功率密度49mWcm-2。图7为传统空气电极和新型结构化复合层空气电极极化曲线，数据表明新型结构化复合层空气电极的放电电流密度明显优于传统结构的电极，充电过程中电池的极化程度低于传统结构的电极。从拟合直线的斜率来看，使用传统空气电极组建的电池内阻充放电过程中分别为16.5mΩcm2、10.1mΩcm2；新型结构化复合层空气电极组建的电池内阻在充放电过程中分别为12mΩcm2、9.1mΩcm2，说明本发明的空气电极中OER和ORR过程的电荷转移阻力降低。本发明制备的新型结构化复合电极，大幅度提高了空气中氧气、碱性电解液以及催化剂接触位点密度，在整个电极空间范围中形成了三相反应网络，提高了空气电极的空间利用率，降低了电荷转移阻力。该空气电极应用于锌-空气电池体系中明显提高了电池能量密度、功率密度以及容量性质，降低了电池内阻及极化程度。由传统空气电极和新型结构化复合层空气电极组建的锌-空气电池充放电循环对比曲线如图8所示，两个电池体系整体运行平稳，新型结构化复合层空气电极电池充电平台比传统型低，放电平台比传统型高，电池极化程度弱，性能更加优异。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (18)
1.一种空气电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A.制备多种比例不同的复合层前驱悬浊液，所述复合层前驱悬浊液含有疏水剂、亲水剂、导电剂和催化剂；
B.提供集流体；
C.将多种所述复合层前驱悬浊液按照预定顺序涂覆到所述集流体表面，每次涂覆完一种所述复合层前驱悬浊液后，进行干燥和压实以使所述复合层前驱悬浊液转化为复合层，其中所述预定顺序为沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的方向，所述复合层前驱悬浊液中的所述疏水剂的含量逐渐减少、所述亲水剂的含量逐渐增加、所述导电剂的含量逐渐增加以及所述催化剂的含量逐渐增加；
D.进行高压压实和煅烧。
2.如权利要求1所述的空气电极的制备方法，其特征在于，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，所述多种复合层前驱悬浊液中所述疏水剂的含量从30-100w.t%逐渐减少到0-40w.t%。
3.如权利要求1所述的空气电极的制备方法，其特征在于，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，所述多种复合层前驱悬浊液中所述亲水剂的含量从0-20w.t%逐渐增加到0-35w.t%。
4.如权利要求1所述的空气电极的制备方法，其特征在于，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，所述多种复合层前驱悬浊液中所述导电剂的含量从0-70w.t%逐渐增加到20-80w.t%。
5.如权利要求1所述的空气电极的制备方法，其特征在于，沿着涂覆于空气侧到涂覆于电解液侧的顺序，所述多种复合层前驱悬浊液中所述催化剂的含量从0-70w.t%逐渐增加到30-80w.t%。
6.如权利要求1所述的空气电极的制备方法，其特征在于，所述疏水剂为聚四氟乙烯乳液和Nafion乳液中的一种或二者的组合。
7.如权利要求1所述的空气电极的制备方法，其特征在于，所述亲水剂为亲水类分子筛、聚醇类物质中的一种或多种的组合。
8.如权利要求1所述的空气电极的制备方法，其特征在于，所述导电剂为石墨、炭黑、活性炭、碳纳米管、掺氮的碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、掺氮的石墨烯和掺氮的氧化石墨烯中的一种或至少一种的组合。
9.如权利要求1所述的空气电极的制备方法，其特征在于，所述集流体为镍金属、镍合金、钛金属或钛合金。
10.如权利要求1所述的空气电极的制备方法，其特征在于，所述催化剂为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、碳基催化剂、螯合物催化剂中的一种或多种的组合。
11.一种空气电极，其特征在于，通过权利要求1-10中任一项所述的空气电极的制备方法制得。
12.一种空气电极，其特征在于，包括：
集流体；
形成在所述集流体两侧的多个复合层，每个所述复合层含有疏水剂、亲水剂、导电剂和催化剂，
其中，在所述多个复合层中，沿着空气侧到电解液侧的方向，所述疏水剂的含量逐渐减少、所述亲水剂的含量逐渐增加、所述导电剂的含量逐渐增加以及所述催化剂的含量逐渐增加。
13.如权利要求12所述的空气电极，其特征在于，所述疏水剂为聚四氟乙烯和Nafion中的一种或二者的组合。
14.如权利要求12所述的空气电极，其特征在于，所述亲水剂为亲水类分子筛、聚醇类物质中的一种或多种的组合。
15.如权利要求12所述的空气电极，其特征在于，所述导电剂为石墨、炭黑、活性炭、碳纳米管、掺氮的碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、掺氮的石墨烯和掺氮的氧化石墨烯中的一种或多种的组合。
16.如权利要求12所述的空气电极，其特征在于，所述集流体为镍金属、镍合金、钛金属或钛合金。
17.如权利要求12所述的空气电极，其特征在于，所述催化剂为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、碳基催化剂、螯合物催化剂中的一种或多种的组合。
18.一种电池，其特征在于，包括权利要求11-17中任一项所述的空气电极，所述空气电极用于进行催化氧气还原反应和/或氧气析出反应。
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