CN106099257A - 电化学电池、电化学电池模块和该电化学电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种电化学电池包括：阳极组件，具有彼此相反的表面；以及阴极，具有至少一个折叠部分并具有与阳极组件的彼此相反的表面的离子连续性，其中阳极组件包括阳极和设置在阳极与阴极之间的活性金属离子导电膜，其中活性金属离子导电膜具有至少一个折叠部分。此外还提供一种电化学电池、包括该电化学电池的电化学电池模块以及制造电化学电池的方法。

Description

电化学电池、电化学电池模块和该电化学电池的制备方法
技术领域
本公开涉及电化学电池、包括该电化学电池的电化学电池模块以及制备该电化学电池的方法。
背景技术
金属-空气电池是一种电化学电池，其包括可允许金属离子的沉积/溶解的阳极、用于氧化/还原来自空气的氧的阴极以及设置在阴极和阳极之间的金属-离子导电介质。
金属-空气电池可以使用金属作为阳极并可以具有高容量，因为它不需要储存用作阴极活性材料的空气。金属-空气电池可以具有约3500Wh/kg或更大的每单位重量的高理论能量密度。然而，当前可获得的金属-空气电池仅提供该理论能量密度的一部分。因此，对于提供改善的放电容量和改善的能量密度的金属-空气电池存在需求。
发明内容
所提供的是一种电化学电池，其包括具有彼此相反的表面的阳极，活性金属离子导电膜和阴极可以设置在所述彼此相反的表面上。
所提供的是一种包括多个电化学电池的电化学电池模块。
所提供的是一种制备电化学电池的方法。
额外的方面将在以下的描述中被部分地阐述，并将部分地从该描述而显然，或者可以通过实践给出的示范性实施方式而掌握。
根据示范性实施方式的方面，一种电化学电池包括：阳极组件，具有彼此相反的表面；以及阴极，具有至少一个折叠部分并具有与阳极组件的彼此相反的表面的离子连续性，其中阳极组件包括阳极和设置在阳极和阴极之间的活性金属离子导电膜，其中活性金属离子导电膜具有至少一个折叠部分。
还公开了一种电化学电池，包括：阳极组件，具有彼此相反的第一和第二表面；和阴极，围绕阳极组件并具有在与阳极组件的折叠方向相同的方向上折叠的至少一个折叠部分以及分别设置在阳极组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，其中阳极组件包括具有彼此相反的第一和第二表面的阳极；和活性金属离子导电膜，设置在阳极和阴极之间、围绕阳极并具有至少一个折叠部分以及分别设置在阳极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。
根据另一个示范性实施方式的方面，一种电化学电池模块包括：多个电化学电池，堆叠在彼此上；和至少一个气体扩散层，设置在每个电化学电池的相邻表面之间。
根据另一个示范性实施方式的方面，公开了一种制备电化学电池的方法，该方法包括：提供阴极；将活性金属离子导电膜设置在阴极的表面上；将阳极设置在活性金属离子导电膜的表面上；以及折叠阴极和活性金属离子导电膜以形成第一接触和第二接触，该第一接触和第二接触在活性金属离子导电膜与阳极的表面上的第一点、阳极的表面上的第二点和活性金属离子导电膜的没有设置在阳极上的表面区域中的至少一个之间，以制备该电化学电池。
附图说明
从以下结合附图对示范性实施方式的描述，这些和/或其他的方面将变得明显并更易于理解，附图中：
图1A是示出根据实施方式的电化学电池的结构的示意图；
图1B是示出根据实施方式的电化学电池的结构的示意图；
图2A是示出根据实施方式的阳极组件的结构的示意图；
图2B是示出根据实施方式的阳极组件的结构的示意图；
图3A是示出根据实施方式的阳极组件的结构的示意图；
图3B是示出根据实施方式的阳极组件的结构的示意图；
图3C是图3B的阳极组件的截面图；
图3D是示出根据实施方式的阳极组件的结构的示意图；
图3E是图3D的阳极组件的截面图；
图4A是示出根据实施方式的电化学电池的结构的示意图；
图4B是示出根据实施方式的电化学电池的结构的示意图；
图4C是示出根据实施方式的电化学电池的结构的示意图；
图5是示出根据实施方式的电化学电池模块的结构的示意图；
图6A至图6F是示出根据本公开的实施方式的制备电化学电池的方法的示意图；
图7A至图7E是示出根据本公开的实施方式的制备阳极组件的方法的示意图；
图8A是示出不包括折叠部分的电化学电池的结构的示意图；
图8B是示出不包括折叠部分的电化学电池的结构的示意图；
图9A是示出电化学电池的结构的示意图；
图9B是示出电化学电池的结构的示意图；
图10是示例1和比较例1的锂-空气电池的电压(伏特，V)与放电容量(毫安时)的关系的图形；以及
图11是示例2的锂-空气电池模块的电压(伏特，V)与放电容量(毫安时)的关系的图形。
具体实施方式
现在将详细参照电化学电池、电化学电池模块以及制备电化学电池的方法的示范性实施方式，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。在这点上，本示范性实施方式可以具有不同的形式并且不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，以下通过参照附图仅描述了示范性实施方式以解释各个方面。当在这里使用时，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任意和所有组合。“或”表示“和/或”。诸如“...中的至少一个”的表述，当在一列元件之后时，修饰整列元件，而不修饰该列表的单个元件。
将理解，当称一个元件在另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上，或者居间元件可以存在于两者之间。相反，当一元件被称为直接在另一个元件上时，没有居间元件存在。
将理解，虽然这里可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区别开。因此，以下讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而没有背离这里的教导。
这里所用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，并不意在进行限制。如这里所用的，除非该内容另外地明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，包括“至少一个”。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”，当在本说明书中使用时，指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或增加。
为便于描述这里可以使用空间关系术语诸如“在…之下”、“在...下面”、“下”、“在…之上”、“上”等来描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。将理解，空间关系术语是用来涵盖除了附图所示的取向之外器件在使用或操作中的不同取向的。例如，如果附图中的器件翻转过来，被描述为“在”其他元件或特征“之下”或“下面”的元件将会在其他元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“在...下面”能够涵盖之上和之下两种取向。器件可以另外地取向(旋转90度或在其他的取向)，这里所用的空间关系描述符被相应地解释。
如这里使用的“约”或“大致”是包括所述的值的，并表示在由本领域普通技术人员所确定的对于特定值的可接受的偏差范围内，考虑到所述的测量以及与特定量的测量相关的误差(也就是，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在一个或多个标准偏差内，或在所述值的±30％、±20％、±10％或±5％内。
除非另行地限定，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属的领域中的普通技术人员所通常理解的相同的含义。还将理解的，术语(诸如在通常使用的字典中所定义的那些)应当被解释为具有与它们在相关领域的背景和本公开中的含义一致的含义，而不应被解释为理想化或过度形式化的意义，除非这里明确如此限定。
这里参照截面图描述了示范性实施方式，这些图是理想化的实施方式的示意图。因此，由例如制造技术和/或公差引起的图示形状的偏差是可预期的。因此，这里描述的实施方式不应被解释为限于这里示出的区域的特定形状，而是将包括由例如制造引起的形状偏差。例如，被示出或描述为平坦的区域可以通常具有粗糙和/或非线性的特征。此外，示出的锐角可以被倒圆。因而，附图中示出的区域在本质上是示意性的，它们的形状不旨在示出区域的精确形状，并且不旨在限制本权利要求书的范围。
在当前可获得的金属-空气电池中，仅金属-空气电池的一个表面被外部地连接用于电极反应，例如与电池的外部流体连通，使得空气可以传输到电池的阴极以及从电池的阴极传输出来，并且相反的表面对于电极反应是不可用的。因此，大量多个金属-空气电池会具有受限制的空气到其的供应并因此具有有限的放电容量。此外，由于金属-空气电池的金属阳极被导电支撑物支撑，所以金属-空气电池的能量密度会被导电支撑物的体积和重量限制。
根据本公开的方面，一种电化学电池包括：阳极组件，具有彼此相反的表面；以及阴极，具有至少一个折叠部分以及与阳极组件的彼此相反的表面的离子连续性，其中阳极组件包括阳极和设置在阳极与阴极之间的活性金属离子导电膜并具有至少一个折叠部分。
如这里使用的，术语“离子连续性”表示，在相关的电场和/或浓度梯度下，活性金属离子在阴极与阳极组件之间和/或在阳极和活性金属离子导电膜之间是可运输的。例如，活性金属离子在阴极和阳极组件的活性金属离子导电膜之间是可运输的。例如，活性金属离子在阳极和活性金属离子导电膜之间是可运输的。
如这里使用的，术语“物理连续性”或“接触”表示由活性金属离子导电膜施加的机械力可传送或可传递到阳极。它还表示由阳极施加的机械力可传送或可传递到活性金属离子导电膜。
如这里使用的，术语“活性金属”指的是可获得的作为电极活性物质的金属。
在一些实施方式中，在电化学电池中，由于存在阴极的一个或多个折叠部分，活性金属离子经由阳极组件的多个表面是可传输的，因此该电化学电池可以具有改善的容量密度，与不具有折叠部分的电化学电池(其中由于没有阴极的折叠部分，活性金属离子仅经由阳极组件的单个表面是可传送的)相比。
参照图1A，在根据实施方式的电化学电池600中，阴极500设置在阳极组件300的两个相反的表面上，例如围绕两个相反的表面，即第一表面和与第一表面相反的第二相反表面。
由于阴极500设置在阳极组件300的相反表面上或围绕阳极组件300的相反表面并具有与阳极组件300的相反表面的离子连续性，所以活性金属离子可以在阴极500和阳极组件300之间传输。在电化学电池600中，阴极500可以具有至少一个折叠部分501并可以设置在阳极组件300的表面205和邻近于表面205的表面206上，例如围绕阳极组件300的表面205和邻近于表面205的表面206。阳极组件300可以包括分别具有相反的第一表面205和第二表面207的活性金属离子导电膜200，其对应于阳极组件300的相反的第一和第二表面。
阴极500可以具有在分别与活性金属离子导电膜200的第一和第二折叠部分201和202的折叠方向相同的方向上折叠的第一和第二折叠部分501和502，活性金属离子导电膜200构成阳极组件300的一部分。
在电化学电池600中，阴极500可以分别具有相反的第一端部509和第二端部510，其可以分别设置在阳极组件300的相反的第一表面205和第二表面207上。换句话说，阴极500可以设置在阳极组件300的第一表面205、其邻近第一表面205的第三表面206以及其与第一表面205相反的第二表面207上，例如围绕它们，相反的第一表面端部509和第二表面端部510分别在阳极组件300的相反的第一表面205和第二表面207上。阴极500例如可以以像U一样的形式设置在阳极组件300上，例如围绕阳极组件300。其形式具有任何适合的形状，并可以是线性的或弯曲的，可以是例如“C”形、“M”形或“W”形。
参照图1B，在根据另一个实施方式的电化学电池600中，阴极500可以具有都在阳极组件300的第一表面205上的相反的第一端部509和第二端部510。换句话说，阴极500可以围绕阳极组件300的第一表面205、其邻近于第一表面205的第三表面206和第四表面208以及其与第一表面205相反的第二表面207，相反的第一端部509和第二端部510设置在阳极组件300的第一表面205上。阴极500的相反的第一端部509和第二端部510可以在阳极组件300的相同的第一表面205上，并可以彼此接触或彼此分离。
在图1A和1B的电化学电池600中，阳极组件300的阳极100可以具有相反的第一表面105和第二表面107，活性金属离子导电膜200可以具有与阳极100的相反的第一表面105和第二表面107的离子连续性。
阳极100可以具有二维结构。例如，阳极100可以为片状而没有折叠部分。阳极100的二维结构可以是任何适合的结构，具有限定阳极100的面积且比阳极100的厚度大得多的长度和宽度。阳极100的厚度与限定阳极100的面积的长度和宽度之一的比可以为约1:10或更大，约1:100或更大，或约1:1000或更大，并可以为例如1:1至1:2000或1:10至1:1000。
参照图2A，在根据实施方式的阳极组件300中，活性金属离子导电膜200可以设置在阳极100的相反的第一表面105和第二表面107上，例如围绕阳极100的相反的第一表面105和第二表面107。
由于活性金属离子导电膜200可以接触并围绕阳极100的相反的第一表面105和第二表面107，所以活性金属离子导电膜200可以具有与阳极100的相反的第一表面105和第二表面107的离子连续性。阳极组件300的活性金属离子导电膜200可以具有折叠部分201并围绕阳极100的第一表面105和其邻近阳极100的第一表面105的第三表面106。
在图2A的阳极组件300中，活性金属离子导电膜200的相反的第一端部209和第二端部210可以分别在阳极100的相反的第一表面105和第二表面107上。换句话说，活性金属离子导电膜200可以设置在阳极100的第一表面105、其邻近表面105的第三表面106以及其与阳极100的第一表面105相反的第二表面107上，例如围绕它们，相反的第一端部209和第二端部2100分别设置在阳极100的相反的第一表面105和第二表面107上。活性金属离子导电膜200可以以像U一样的形式设置在阳极100上，例如围绕阳极100，并可以为例如“C”形、“M”形或“W”形。
参照图2B，在根据另一个实施方式的阳极组件300中，活性金属离子导电膜200的相反的第一端部209和第二端部210可以都在阳极100的第一表面105上。换句话说，活性金属离子导电膜200可以部分地围绕阳极100的表面105、其邻近第一表面105的第三表面106和第四表面108以及其与第一表面105相反的第二表面107，相反的第一端部209和第二端部210设置在阳极100的相反的第一表面105上。活性金属离子导电膜200的在阳极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可以彼此接触或彼此分离。
参照图3A，在根据另一个实施方式的阳极组件300中，阳极组件300的活性金属离子导电膜200可以形成基本上不能透过的并具有内部区域的壳体400，该内部区域分别通过活性金属离子导电膜200的第一、第二和第三边缘部分200a、200b和200c而与外部区域例如外部空气气密地密封，并使阳极100与阴极500隔离。尽管阳极100在壳体400中被隔离，但是活性金属离子进出壳体400的传输是可以的。
不能透过的壳体400可以包括活性金属离子导电膜200与阳极100之间的空间120。空间120可以足够大用于容纳阳极100的伴随电化学电池的充电和放电的体积变化。此外，即使没有空间120，壳体400也可以容纳阳极100的伴随电化学电池的充电和放电的体积变化。
不能透过的壳体400可以阻挡除了活性金属离子之外的外部液体和/或气体成分诸如湿气和氧的从外部环境的流动以抑制这样的外部成分和阳极100的活性金属之间的副反应，因此可以改善包括不能透过的壳体400的电化学电池的寿命。当挥发性成分存在于不能透过的并围绕阳极100的壳体400中时，壳体400可以防止挥发性成分的挥发和由此的损失。由于不能透过的壳体400仅通过活性金属离子导电膜200形成，所以阳极组件300可以具有简单的结构。
参照图4A，在根据实施方式的电化学电池600中，阴极500可以围绕基本上不能透过的壳体400的彼此相反的表面。
参照图3B和3C，根据另一个实施方式的阳极组件300还可以包括与活性金属离子导电膜200形成界面以围绕阳极100的密封结构110。密封结构110可以形成基本上不能透过的壳体400并包括与外部区域气密地密封的内部区域，同时使阳极100与阴极500隔离。
尽管阳极100在包括密封结构110的壳体400中被隔离，但是活性金属离子进出壳体400的传输是可以的。
包括密封结构110的不能透过的壳体400可以包括空间120。此外，图3C的壳体400可以容纳阳极100的伴随电化学电池的充电和放电的体积变化，而没有空间120。
参照图4B，在根据另一个实施方式的电化学电池600中，阴极500可以围绕基本上不能透过的壳体400的彼此相反的表面。
密封结构110可以对于外部液体和/或气体成分诸如湿气和氧是基本上不能透过的。密封结构110可以包括单一的材料，提供适合的化学稳定性、柔性和基本上的不渗透性。或者，多个材料的组合可以用于提供密封结构110。
密封结构110可以包括具有适合的化学稳定性、柔性以及阻挡气体和湿气的能力的任何适合的聚合物。
例如，具有阻挡气体和湿气的能力的聚合物可以是硅酮、聚乙烯乙烯醇(EVOH)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏二氟乙烯(PVDF)，但是不限于此。具有阻挡气体和湿气的能力的聚合物可以是具有适合的气体和湿气阻挡性能并可用于现有技术的密封结构的任何适合的聚合物。
例如，用于密封结构110的具有阻挡气体和湿气的能力的聚合物可以是与包括多个通孔的有机膜中使用的相同的聚合物，该聚合物将在下面结合复合膜来描述。
密封结构110可以通过施加包括具有阻挡气体和湿气的能力的聚合物的密封剂在阳极100的表面上和/或接触阳极100的活性金属离子导电膜200之间的空间而形成。
密封结构110可以是多层层叠的复合密封结构以具有改善的阻挡特性。例如，该多层层叠复合的密封结构可以包括基本上不能透过的中间阻挡层、耐化学性的顶层和耐化学性的底层。
中间阻挡层可以包括金属箔。金属箔的金属可以是铝、锡、铜、不锈钢等，但是不限于此。金属箔的金属可以是可用来提供基本上不能透过的金属箔的任何适合的金属。金属箔可以具有约1微米(μm)至约500μm的厚度，其厚度可以取决于用途而改变。例如，金属箔可以具有约10μm至约90μm的厚度。金属箔可以包括例如铝或铜。在一些实施方式中，除了金属箔之外，多层层叠的复合的密封结构可以包括从玻璃、聚合物和陶瓷中选择的至少一种的薄层。例如，多层层叠的复合密封结构可以具有包括第一聚合物层、金属箔层和第二聚合物层的三层结构。多层层叠的复合密封结构可以具有约10μm至约500μm的厚度。
用于顶层和底层的材料可以包括聚合物诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚异丁烯(PB)，但是不限于此。例如，可以使用提供适合的耐化学性并可以形成与金属箔的稳定的层叠复合层的任何适合的聚合物。
多层层叠的复合密封结构可以通过使用密封剂而结合到活性金属离子导电膜200。例如，密封剂可以是具有阻挡湿气和气体的能力的聚合物以及粘着剂诸如硅酮，如上所述。
参照图3A，活性金属离子导电膜200可以顺应于阳极100的厚度变化同时保持与阳极100的物理连续性。因此，活性金属离子导电膜200可以容易地容纳阳极100的伴随锂-空气电池的充电和放电的体积变化并由此保持与阳极100的物理连续性。
参照图3B和3C，密封结构110可以顺应于阳极100的厚度变化同时保持与阳极100的物理连续性。因此，密封结构110可以容纳阳极100的在电化学电池的充电和放电期间的体积变化并因此保持与阳极100的物理连续性。
因此，可包括密封结构110或者不包括密封结构110的不能透过的壳体400可以保持与阳极100的物理连续性同时容纳阳极100的在电化学电池的充电和放电期间的体积变化。阳极组件300的活性金属离子导电膜200可以是活性金属离子导电固体膜。活性金属离子导电固体膜200可以是基本上不能透过的，具有活性金属离子导电特性，并与包括氧或湿气的外部环境或阴极环境是化学上相容的。
活性金属离子导电膜200可以具有约10μm或更大的厚度。例如，活性金属离子导电膜200可以具有约10μm至约20μm、约20μm至约60μm、约60μm至约100μm、约100μm至约200μm、约200μm至约600μm、约600μm至约1000μm、约1mm至约6mm、约6mm至约10mm、约10mm至约60mm、约60mm至约100mm或约100mm至约600mm的厚度。
阳极组件300的活性金属离子导电膜200可以是气体和湿气阻挡膜。由于气体诸如氧和湿气可以由活性金属离子导电膜200阻挡，所以被围绕在不能透过的并包括活性金属离子导电膜200的壳体400中的阳极100可以被保护而不会由于氧或湿气而恶化。
阳极组件300的活性金属离子导电膜200可以是包括至少两种成分的复合膜。
复合膜可以具有约10μm或更大的厚度。例如，复合膜可以具有约10μm至约100μm的厚度，在一些实施方式中，可以具有约100μm至约600μm的厚度。
例如，活性金属离子导电膜200可以是包括具有多个微孔的有机膜和形成在有机层的多个微孔中的离子导电聚合物电解质的复合膜。
包括多个微孔的有机膜可以是其中多个微孔被随机形成的多孔有机膜。包括多个微孔的有机膜可以是基于柔性聚合物的隔板。
例如，多孔有机膜可以是聚合物无纺织物诸如基于聚丙烯的无纺织物、基于聚酰亚胺的无纺织物、或基于聚苯硫醚的无纺织物、或者基于烯烃的树脂诸如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚氯乙烯的多孔膜，但是不限于此。可以使用可用于现有技术中的多孔有机层的任何适合的材料。例如，多孔有机层可以包括与用于具有多个通孔的有机层的聚合物相同的聚合物，如下面进一步公开的。
离子导电聚合物电解质可以设置在多孔有机层的微孔中。例如，包括多个微孔的有机层可以用离子导电聚合物电解质浸渍。
离子导电聚合物电解质可以渗透到通过有机膜中多个随机形成的微孔的互连而形成的流动路径中从而暴露到有机层的相反的表面，因此提供活性金属离子的迁移路径。
离子导电聚合物电解质可以包括聚合物，例如从聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚砜中选择的至少一种。然而，用于离子导电聚合物电解质的聚合物不限于此。可以使用可用于现有技术中的离子导电聚合物电解质的任何适合的聚合物。
离子导电聚合物电解质可以包括用锂盐掺杂的聚氧化乙烯(PEO)。锂盐的非限制性示例包括从LiN(SO2CF2CF3)2、LiTFSi、LiFSi、LiBF4、LiPF6、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO3CF3)2、LiC4F9SO3和LiAlCl4中选择的至少一种。
例如，活性金属离子导电膜200可以是包括具有多个通孔的有机膜和设置在有机层的多个通孔中的离子导电的无机颗粒。术语“通孔”指的是形成为穿过有机层的相反的表面的孔。
通孔中的离子导电的无机颗粒在有机层的两个相反表面处被暴露，因此提供活性金属离子的迁移路径。
活性金属离子导电膜200可以包括离子导电域和非离子导电域。离子导电域和非离子导电域可以设置在膜厚度方向(例如，Y轴方向)上以彼此接触，因此形成双连续结构。离子导电域可以包括离子导电的无机颗粒，而非离子导电域可以包括聚合物。离子导电的无机颗粒可以具有单个颗粒状态而没有晶界。包括在有机层的彼此相反的表面处暴露的离子导电的无机颗粒的活性金属离子导电膜200可以是具有离子导电性以及改善的柔性和改善的机械强度的复合膜，因此可以是如期望地可加工的。
具有多个微孔或者具有多个通孔的有机膜可以包括具有阻挡气体和湿气的能力的聚合物。
由于活性金属离子导电膜200的有机膜阻挡气体和湿气，所以活性金属离子导电膜200可以保护活性金属阳极100。因此，活性金属离子导电膜200可以用作保护膜。
例如，具有能够阻挡气体和湿气的能力的聚合物可以是从以下选择的至少一种：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、氟化环醚、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)、聚甲醛二甲基丙烯酸酯(polymethylene oxide dimethacrylate)、聚(C1-C6烷基二醇二丙烯酸酯)、聚(C1-C6烷基二醇二甲基丙烯酸酯)、聚二乙烯基苯、聚醚、聚碳酸酯、聚酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚羧酸、聚磺酸、聚砜、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚(对-亚苯基)、聚乙炔、聚(对-亚苯基-亚乙烯基)、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚(2,5-乙烯亚乙烯基)、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(乙烯醇缩丁醛-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、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶、磺化苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺、环氧树脂、丙烯酸树脂(acryl resin)、以及从乙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化双酚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烷基酯中选择的至少一种丙烯酸酯单体产生的聚合物。然而，具有阻挡气体和湿气的能力的聚合物的示例不限于此，并可以包括提供气体和湿气阻挡特性的任何适合的聚合物。
离子导电的无机颗粒可以是从玻璃质的或非晶金属离子导体、陶瓷活性金属离子导体和玻璃陶瓷活性金属离子导体中选择的至少一种。离子导电的无机颗粒也可以阻挡气体和湿气。
例如，离子导电的无机颗粒可以包括从以下选择的至少一种：BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb(ZraTi1-a)O3其中0≤a≤1、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)(其中0≤x<1并且0≤y<1)例如Pb(ZraTi1-a)O3其中0≤a≤1、Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、HfO2、SrTiO3、SnO2、CeO2、Na2O、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiO2、SiC、磷酸锂(Li3PO4)、磷酸钛锂(LixTiy(PO4)3，其中0<x<2并且0<y<3)、磷酸钛铝锂(LixAlyTiz(PO4)3，其中0<x<2、0<y<1并且0<z<3)、Li1+x+y(Al,Ga)x(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12(其中0≤x≤1并且0≤y≤1)例如Li1+x+y(AlbGa1-b)x(TicGe1-c)2-xSiyP3-yO12其中0≤x≤1、0≤y≤1、0≤b≤1并且0≤c≤1、钛酸镧锂(LixLayTiO3，其中0<x<2并且0<y<3)、锂锗硫代磷酸盐(lithium germanium thiophosphate)、LixGeyPzSw其中0<x<4、0<y<1、0<z<1并且0<w<5、基于锂氮化物的玻璃LixNy其中0<x<4并且0<y<2、基于SiS2的玻璃LixSiySz其中0<x<3、0<y<2并且0<z<4、基于P2S5的玻璃LixPySz其中0<x<3、0<y<3并且0<z<7、Li2O、LiF、LiOH、Li2CO3、LiAlO2、基于Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2的陶瓷、以及基于石榴石的陶瓷例如Li3+xLa3M2O12其中M是Te、Nb或Zr。然而，离子导电的无机颗粒的示例不限于此，并可以包括现有技术可用的任何适合的离子导电的无机颗粒。
在实施方式中，离子导电的无机颗粒没有晶界，如以上进一步描述的。因此，包括离子导电的无机颗粒的复合膜可以具有活性金属离子的低电阻导电路径。这可以促进活性金属离子的导电性和迁移并因此显著地改善活性金属离子的导电性和锂离子的传输速度。复合膜可以具有改善的柔性和改善的机械强度，与仅包括无机材料的膜相比。复合膜可以是可折叠的。
离子导电的无机颗粒处于单个颗粒状态而没有晶界的事实可以使用扫描电子显微术(SEM)鉴别。
例如，离子导电的无机颗粒可以具有约10μm至约300μm的平均粒径，并且在一些实施方式中，约90μm至约125μm。当离子导电的无机颗粒的平均粒径在这些范围内时，可以容易地例如通过抛光将活性金属离子导电膜200形成为包括具有单个颗粒状态而没有晶界的离子导电的无机颗粒的复合膜。
离子导电的无机颗粒可以具有均一的颗粒尺寸，并可以在复合膜中保持颗粒尺寸均一。例如，离子导电的无机颗粒可以具有约110μm至约130μm的D50、约180μm至约200μm的D90以及约60μm至约80μm的D10。术语“D50”、“D10”和“D90”指的是分别在颗粒尺寸的累积分布曲线中的50体积％、10体积％和90体积％的颗粒直径。
阳极组件300的活性金属离子导电膜200可以具有单层结构或多层结构。
当活性金属离子导电膜200是具有单层结构的复合膜时，复合膜可以包括具有多个微孔的隔板和填充即形成在隔板的微孔中的离子导电聚合物电解质，或者可以包括具有多个通孔的有机膜和在有机层的通孔中的离子导电的无机颗粒。这些复合膜可以以比陶瓷膜低的成本制备。具有较大面积、薄膜设计和更少的重量的电化学电池也可以使用这样的复合膜通过方便的制造工艺制造。具有改善的寿命的电化学电池可以使用这样的复合膜制造。例如，具有单层结构的复合膜可以具有约1μm至约50μm、约50μm至约100μm、或约100μm至约300μm的厚度。
参照图3D和3E，在根据另一个实施方式的阳极组件300中，当活性金属离子导电膜200包括具有多层结构的复合膜时，活性金属离子导电膜200可以具有其中具有阻挡气体和湿气的能力的复合层212和聚合物电解质膜211堆叠在彼此上的多层结构。在作为活性金属的阳极100与复合层212之间进一步包括与阳极环境和复合层212化学上相容的聚合物电解质膜211可以改善活性金属阳极100和复合层212的稳定性。复合层212可以基本上用作用于阳极100的保护膜。
设置在复合层212与阳极100之间的聚合物电解质膜211可以具有约1μm或更大的厚度。例如，聚合物电解质膜211可以具有约1μm至约50μm、约50μm至约100μm或约100μm至约300μm的厚度。聚合物电解质膜211可以是包括可获得用于离子导电聚合物电解质的聚合物电解质的膜，如上所述。例如，聚合物电解质膜211可以包括用锂盐掺杂的聚氧化乙烯。被掺杂的锂盐的示例可以与以上结合离子导电聚合物电解质列出的相同。
尽管没有在图3D和3E中示出，但是多孔膜可以进一步设置在复合层212与聚合物电解质膜211之间，或在聚合物电解质膜211与活性金属阳极100之间。
多孔膜可以是包括微孔并具有适合的机械和耐热特性的任何适合的膜。多孔膜的示例是包括基于烯烃的聚合物、玻璃纤维或聚乙烯的具有适合的耐化学性和疏水特性的片或无纺的织物。基于烯烃的聚合物的示例包括从聚乙烯和聚丙烯中选择的至少一种。例如，多孔膜可以是混合的多层，诸如2层的聚乙烯/聚丙烯隔板、3层的聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯隔板或3层的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔板。
例如，多孔膜可以包括聚乙烯膜或聚丙烯膜。多孔膜可以具有约0.01μm至约10μm的孔直径以及约10μm或更大的厚度。例如，多孔膜可以具有约10μm至约100μm的厚度，在一些实施方式中，可以具有约100μm至约300μm的厚度。例如，多孔膜可以具有约10μm至约50μm的厚度。
多孔膜可以包括包含锂盐和有机溶剂的电解质溶液。包括电解质溶液的多孔膜可以用作电解质膜。多孔膜也可以用作隔板。
锂盐的量可以调整为约0.01molar(M)至约5M，例如约0.2M至约2M。当锂盐的量在这些范围内时，复合膜可以具有适合的导电性。
锂盐可以溶于有机溶剂中以用作锂离子的来源。例如，锂盐可以是从LiPF6、LiTFSi、LiFSi、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2F)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中3≤x≤20，3≤y≤20)、LiF、LiBr、LiCl、LiOH、LiI和LiB(C2O4)2(双乙二酸硼酸锂；LiBOB)中选择的至少一种。
多孔膜中的电解质溶液还可以包括金属盐，例如从AlCl3、MgCl2、NaCl、KCl、NaBr、KBr和CaCl2中选择的至少一种，除了如上所述的锂盐之外。
例如，电解质溶液的有机溶剂可以是非质子溶剂。
非质子溶剂的非限制性示例包括从基于碳酸盐的溶剂、基于酯的溶剂、基于醚的溶剂、基于酮的溶剂和基于胺的溶剂中选择的至少一种。
可利用的基于碳酸盐的溶剂的示例包括从碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(ethyl methyl carbonate，EMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸亚乙酯(ethylene carbonate，EC)、碳酸亚丙基酯(PC)和碳酸丁烯酯(BC)中选择的至少一种。
可利用的基于酯的溶剂的示例包括从乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯(n-propyl acetate)、乙酸叔丁酯(t-butyl acetate)、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、癸内酯(decanolide)、戊内酯、甲瓦龙酸内酯(mevalonolactone)和己内酯中选择的至少一种。
可利用的基于醚的溶剂的示例包括从二丁醚、四乙醇二甲醚、二甘醇二甲醚、乙二醇二甲醚、2-甲基四氢呋喃(2-methyl tetrahydrofuran)以及四氢呋喃中选择的至少一种。基于酮的溶剂的示例包括环己酮。
可利用的基于胺的溶剂的示例是三乙胺和三苯胺。可利用的基于磷化氢的溶剂的示例包括三乙基膦。非质子溶剂的示例不限于以上列出的溶剂。可以使用现有技术可获得的任何适合的非质子溶剂。
非质子溶剂的示例包括：腈诸如化学式R-CN的腈(其中R是线性的、分支的或环的C2-C30碳氢化合物基团，其可以包括双键、芳香环或醚键)；和胺诸如二甲基甲酰胺；二氧戊环诸如1,3-二氧戊环；以及环丁砜。
以上列出的非质子溶剂可以单独地使用或以其至少一个组合地使用。在后者中，至少一个非质子溶剂的比例可以取决于电化学电池的期望性能而被适当地调整。
在一些实施方式中，多孔膜可以包括离子液体。可利用的离子液体的示例是包括如下的化合物：线性的或分支取代的铵、咪唑(imidazolium)、吡咯烷(pyrrolidinium)、吡啶(pyridinium)或哌啶(piperidinium)的阳离子；以及阴离子诸如PF6 -、BF4 -、CF3SO3 -、(CF3SO2)2N-、(C2F5SO2)2N-、(C2F5SO2)2N-或(CN)2N-。
尽管没有在图1A和1B中示出，但是固体电解质膜还可以被公开在阴极500与活性金属离子导电膜200之间。额外的固体电解质膜可以是聚合物电解质膜或无机电解质膜。额外的固体电解质膜可以具有约10μm或更大的厚度。例如，额外的固体电解质膜可以具有约10μm至约100μm的厚度，在在一些实施方式中，约100μm至约300μm。与阴极500与活性金属离子导电膜200之间的外部环境化学地相容的固体电解质膜的进一步包括可以改善阴极500和活性金属离子导电膜200的稳定性。
尽管没有在图1A和1B中示出，但是多孔膜和/或电解质溶液还可以被进一步设置在阴极500与活性金属离子导电膜200之间。多孔膜和电解质溶液可以分别与以上结合图3D和3E的阳极组件300的实施方式描述的多孔膜和电解质溶液相同，被设置在复合层212和聚合物电解质膜211之间或在聚合物电解质膜211和活性金属阳极100之间。
参照图4C，根据实施方式的电化学电池600还可以包括设置在阴极500的表面上的气体扩散层550。空气可以通过扩散到气体扩散层550中而供应到电化学电池600中。气体扩散层550可以具有导电性。具有导电性的气体扩散层550可以用作阴极集流器。用于气体扩散层550的材料可以是多孔含碳材料、多孔金属等，并且不限于此。可以使用在现有技术中的可获得用于导电的气体扩散层的任何适合的材料。例如，多孔含碳材料可以是碳纤维无纺织物。导电的含碳气体扩散层可以具有比金属低的密度，因此可以进一步改善电化学电池的能量密度。
参照图4C，电化学电池600还可以包括设置为接触气体扩散层550和/或阴极500的阴极集流器552。阴极集流器552的位置没有被具体地限制，并可以取决于电化学电池600的形状而选择。
矩阵或网格形式的多孔结构可以用作阴极集流器552以促进氧扩散。由例如不锈钢、镍或铝制成的多孔金属板也可以被用作阴极集流器552。用于阴极集流器552的材料没有被具体地限制，可以使用现有技术可获得的用于集流器的任何适合的材料。阴极集流器552可以涂有抗氧化金属或合金膜以防止氧化。
参照图4C，电化学电池600还可以包括设置为接触阳极100的阳极集流器112。阳极集流器112的位置没有被具体地限制，并可以在不发生与阴极集流器552的短路的范围内取决于电化学电池600的形状来选择。
由例如不锈钢、镍或铝制成的多孔金属板可以被用作阳极集流器112。用于阳极集流器112的材料没有被具体地限制，可以使用现有技术可获得的用于集流器的任何适合的材料。
在一些实施方式中，根据以上描述实施方式中的任一个的电化学电池600可以是金属-空气电池。
在金属-空气电池中，利用氧作为阴极活性材料的阴极500可以包括导电材料。导电材料可以是多孔的。因此，阴极活性材料可以是具有多孔性和导电性的任何材料，例如多孔的含碳材料。例如，多孔的含碳材料可以是从碳黑、石墨、石墨烯、活性碳和碳纤维中选择的至少一种。
阴极活性材料可以包括金属性的导电材料诸如金属纤维或金属网格。阴极活性材料可以包括金属粉末，例如从铜、银、镍和铝中选择的至少一种，可以为任何适合的形式，诸如为粉末的形式。阴极活性材料可以包括有机导电材料诸如聚苯撑衍生物。以上列出的导电材料可以单独地使用或以其组合来使用。
用于促进氧的氧化/还原的催化剂可以被添加到金属-空气电池的阴极500。催化剂的非限制性示例包括：基于贵金属的催化剂，诸如铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、钌(Ru)、铑(Rh)和锇(Os)；基于氧化物的催化剂，诸如氧化锰、氧化铁、氧化钴和氧化镍；或基于有机金属的催化剂，诸如酞菁钴。可以使用现有技术可利用的用于氧的氧化和还原的任何适合的催化剂。
催化剂可以被支撑在支撑物上。支撑物的非限制性示例包括氧化物、沸石、粘土矿物和碳。氧化物可以包括铝氧化物、硅石、锆氧化物和二氧化钛中的至少一种氧化物。氧化物可以是包括从铈(Ce)、镨(Pr)、钐(Sm)、铕(Eu)、铽(Tb)、铥(Tm)、镱(Yb)、锑(Sb)、铋(Bi)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、铌(Nb)、钼(Mo)和钨(W)构成的组中选择的至少一种金属的氧化物。碳的非限制性示例包括：碳黑，诸如Ketjen黑、乙炔黑、槽黑和灯黑；石墨，诸如天然石墨、人造石墨和膨胀石墨；活性碳；以及碳纤维。可以使用现有技术中的可利用作为支撑物的任何适合的材料。
金属-空气电池的阴极500还可以包括粘合剂。粘合剂可以包括热塑性树脂或可热固化树脂。粘合剂的非限制性示例包括从聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶、四氟乙烯-全氟代烷基乙烯基醚共聚物(tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer)、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、偏二氟乙烯-五氟丙烯共聚物(fluorovinylidene-pentafluoro propylene copolymer)、丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物以及乙烯-丙烯酸共聚物中选择的至少一种。可以使用现有技术中可获得的任何适合的粘合剂。
金属-空气电池的阴极500还可以包括离子导电聚合物电解质。离子导电聚合物电解质可以具有其中从聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚砜(polysulfone)中选择的至少一种聚合物用锂掺杂的结构。例如，离子导电聚合物电解质可以是用锂盐掺杂的聚氧化乙烯。被掺杂的锂盐可以与以上描述的离子导电聚合物电解质中使用的相同。
金属-空气电池的阴极500可以被如下地制造。例如，用于氧的氧化/还原的催化剂、导电材料和粘合剂可以混合在一起，然后适当的溶剂可以添加到其以制备阴极浆料。阴极浆料可以涂覆在阴极集流器的表面上并被干燥，随后可选地进行挤压成型以改善阴极500的密度，从而制造阴极500。可选地，金属-空气电池的阴极500可以包括锂氧化物。可选地，阴极500可以不包括用于氧的氧化/还原的催化剂。
金属-空气电池的阳极100可以包括碱金属(例如锂、钠或钾)、碱土金属(例如钙、镁或钡)和/或过渡金属(例如锌)或其合金。
例如，金属-空气电池的阳极100可以包括从锂和锂合金中选择的至少一种。活性金属阳极100可以是从锂和包括锂作为主要成分的锂合金中选择的一种。
锂金属薄膜也可以被按照原样使用作为金属-空气电池的阳极100。当锂金属薄膜用作阳极100时，可以降低阳极集流器的体积和重量，电化学电池可以具有改善的能量密度。在一些实施方式中，作为阳极100的锂金属薄膜可以设置在也可用作阳极集流器的导电基板上。作为阳极100的锂金属薄膜可以形成为与阳极集流器成一体。阳极集流器可以包括从不锈钢、铜、镍、铁和钛中选择的至少一种，但是不限于此。可以使用具有适合的导电性并在现有技术可获得的任何适合的金属基底。
金属锂和另外的阳极活性材料的合金可以被用作金属-空气电池的阳极100。额外的阳极活性材料可以是与锂可成合金的金属。可与锂成合金的金属的非限制性示例是从Si、Sn、Al、Ge、Pb、Bi、Sb、Si-Y'合金(其中Y'可以是碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、过渡金属和稀土元素，除了Si之外)和Sn-Y”合金(其中Y”可以是从碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、过渡金属和稀土元素中选择的至少一种，除了Sn之外)中选择的至少一种。例如，元素Y”可以是从镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)、钪(Sc)、钇(Y)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、鑪(Rf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钅杜(dubnium，Db)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(w)、钅喜(seaborgium，Sg)、锝(Tc)、铼(Re)、钅波(Bh)、铁(Fe)、铅(Pb)、钌(Ru)、锇(Os)、钅黑(hassium，Hs)、铑(Rh)、铱(Ir)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)、镉(Cd)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、锡(Sn)、铟(In)、锗(Ge)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)以及钋(Po)中选择的至少一种。例如，金属锂和另外的阳极活性材料的合金可以包括从锂铝合金、锂硅合金、锂锡合金、锂银合金和锂铅合金中选择的至少一种。
金属-空气电池的阳极100可以具有约10μm或更大的厚度。阳极100可以具有约10μm至约20μm、约20μm至约60μm、约60μm至约100μm、约100μm至约200μm、约200μm至约600μm、约600μm至约1000μm、约1mm至约6mm、约6mm至约10mm、约10mm至约60mm、约60mm至约100mm、或约100mm至约600mm的厚度。
在一些实施方式中，电化学电池600可以是锂二次电池。锂二次电池可以为例如锂硫二次电池或锂离子二次电池。
锂硫二次电池可以使用元素硫(S8)、包含元素硫的化合物或其混合物作为用于阴极500的阴极活性材料，其中包含元素硫的化合物可以是从Li2Sn(其中n≥1)、Li2Sn(其中n≥1)溶于阴极电解液的溶液、有机硫化合物和碳硫聚合物((C2Sx)n，其中x＝2.5至50，n≥2)中选择的至少一种。
锂硫二次电池可以使用允许锂离子的可逆的嵌入/脱嵌的含碳材料作为用于阳极100的阳极活性材料。
含碳材料可以包括现有技术中可用于锂硫二次电池的任何适合的含碳的阳极活性材料。含碳材料的示例包括从结晶碳和无定形碳中选择的至少一种。可通过与锂离子的可逆反应而可逆地形成包含锂的化合物的材料的非限制性示例是锡氧化物(SnO2)、硝酸钛和硅(Si)。例如，可得到的用于锂硫二次电池的阳极活性材料可以是锂合金。锂合金可以是与从Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al和Sn中选择的金属的锂合金。
锂离子二次电池可以使用允许锂离子的可逆的嵌入和脱嵌的化合物作为用于阴极500的阴极活性材料。锂离子二次电池的阴极活性材料可以是从锂钴氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂铁磷氧化物和锂锰氧化物中选择的至少一种，但是不限于此。可以使用现有技术中可获得的任何适合的阴极活性材料。
阴极活性材料可以包括从以下中选择的至少一种：锂钴氧化物(LiCoO2)；锂镍氧化物(LiNiO2)；锂锰氧化物诸如Li1+xMn2-xO4(其中x在0至0.33的范围内)、LiMnO3、LiMn2O3或LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；锂铁氧化物(LiFe3O4)；锂钒氧化物(LiV3O8)；铜钒氧化物(Cu2V2O7)；钒氧化物(V2O5)；锂镍氧化物(LiNi1-XMxO2)(其中M为Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，x在0.01至0.3的范围内)；锂锰氧化物诸如LiMn2-xMxO2(其中M为Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，x在0.01至0.1的范围内)或Li2Mn3MO8(其中M为Fe、Co、Ni、Cu或Zn)；锂部分地用碱土金属离子取代的锂锰氧化物(LiMn2O4)；二硫化物化合物；和铁钼氧化物(Fe2(MoO4)3)。
锂离子二次电池可以使用从Si、SiOx(其中0<x<2，例如，x＝0.5至1.5)、Sn、SnO2、包含硅的金属合金和其混合物中选择的材料作为用于阳极100的阳极活性材料。能形成包含硅的金属合金的金属可以是从Al、Sn、Ag、Fe、Bi、Mg、Zn、In、Ge、Pb和Ti中选择的至少一种。
阳极活性材料的示例包括可与锂成合金的金属/非金属、其合金或其氧化物。可与锂成合金的金属/非金属的示例是Si、Sn、Al、Ge、Pb、Bi、Sb、Si-Y'合金(其中Y'可以是碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、过渡金属、稀土元素、或这些元素的组合，除了Si之外)和Sn-Y”合金(其中Y”可以是碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、过渡金属、稀土元素、或这些元素的组合，除了Sn之外)、以及MnOx(其中0<x≤2)。例如，元素Y'可以是从镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)、钪(Sc)、钇(Y)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、鑪(Rf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钅杜(Db)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钅喜(Sg)、锝(Tc)、铼(Re)、钅波(Bh)、铁(Fe)、铅(Pb)、钌(Ru)、锇(Os)、钅黑(Hs)、铑(Rh)、铱(Ir)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)、镉(Cd)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、锡(Sn)、铟(In)、锗(Ge)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)以及钋(Po)中选择的至少一种。与锂可成合金的金属/非金属的氧化物的非限制性示例是锂钛氧化物、钒氧化物和锂钒氧化物、SnO2以及SiOx(其中0<x<2)。
例如，阳极活性材料可以包括从元素周期表的13族元素、14族元素和15族元素选择的至少一种元素。例如，阳极活性材料可以包括从Si、Ge和Sn中选择的至少一种元素。
阳极活性材料可以是含碳材料与从如以上列出的硅、硅氧化物和包含硅的金属合金中选择的至少一种的混合物或复合物。
在一些实施方式中，阳极活性材料可以具有颗粒形式，或者可以是具有纳米尺寸的纳米结构。例如，阳极活性材料可以具有各种形式中的任一种，例如纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米管或纳米带。
在一些实施方式中，锂离子二次电池可以包括设置在阴极500和阳极100之间的隔板和电解质溶液。锂离子二次电池中的隔板和电解质溶液的示例可以与以上结合图3D和3E的阳极组件300的实施方式描述的多孔膜和电解质溶液的那些相同，设置在复合层212和聚合物电解质膜211之间或在聚合物电解质膜211和作为活性金属的阳极100之间。
参照图1A，根据实施方式的电化学电池600可以包括：阳极组件300，具有相反的第一表面205和第二表面207；和阴极500，围绕阳极组件300并具有至少一个折叠部分，诸如分别在与阳极组件300的折叠方向相同的方向上被折叠的第一和第二端部501和502以及分别设置在阳极组件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，其中阳极组件300可以包括：阳极100，分别具有相反的第一表面105和第二表面107；和活性金属离子导电膜200，设置在阳极100和阴极500之间以围绕阳极100并具有至少第一和第二折叠部分201和202以及分别设置在阳极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。
参照图5，根据实施方式的电化学电池模块700可以包括：如上所述的堆叠在彼此上的多个电化学电池600；以及至少一个气体扩散层550，设置在堆叠在彼此上的多个电化学电池600的每个的相反表面之间。
由于设置在堆叠在彼此上的多个电化学电池的相邻的电化学电池600之间的至少一个气体扩散层550的存在，可以实现对多个电化学电池的同时的空气供给，因此改善电化学电池模块700的能量效率。随着堆叠在彼此上的电化学电池的数目增大，用于每个电化学电池的气体扩散层的数目可以平均朝向1收敛，因此所得的电化学电池模块可以具有改善的能量密度。
当具有导电性的气体扩散层550设置在堆叠在彼此上的电化学电池600的每相邻的两个之间时，电化学电池600的阴极500可以经由具有导电性的气体扩散层550而电连接。因此，仅一个阴极集流器可以足够电连接阴极500，使得电化学电池模块可以具有简化的结构。
参照图6A至6E，根据实施方式，一种制备电化学电池600的方法可以包括：提供阴极500；在阴极500的表面上设置例如提供活性金属离子导电膜200；在活性金属离子导电膜200的表面的至少一部分上设置例如提供阳极100；以及折叠阴极500和活性金属离子导电膜200以及可选地阳极100至少一次，以使阳极100的表面上的两个分离的点100a和100b接触(参照图6C)或使阳极100的表面100c和活性金属离子导电膜200的没有被阳极100覆盖的表面区域220a接触(参照图6D)。在实施方式中，阳极100可以设置在活性金属离子导电膜200的整个表面上。在另一个实施方式中，阳极100设置在活性金属离子导电膜200的表面的一部分上。此外，在实施方式中，所述折叠包括折叠阴极和活性金属离子导电膜以形成活性金属离子导电膜与阳极的表面上的第一点、阳极的表面上的第二点和活性金属离子导电膜的没有设置在阳极上的表面区域中的至少一个之间的第一接触和第二接触以制备该电化学电池。
参照图6A、6B、6C、6E和6F，根据实施方式的电化学电池600可以通过如下制造：提供阴极500；在阴极500的表面上提供活性金属离子导电膜200；在活性金属离子导电膜200的整个表面上提供阳极100；以及折叠阴极500、活性金属离子导电膜200和阳极100至少一次以使阳极100的表面上的两个分离的点100a和100b接触。图6E示出图6C和6F中示出的步骤之间的中间步骤。
参照图6A、6B、6D和6F，根据实施方式的电化学电池600可以通过如下制造：提供阴极500；在阴极500的表面上提供活性金属离子导电膜200；在活性金属离子导电膜200的表面的区域上提供阳极100；以及折叠阴极500和活性金属离子导电膜200至少一次以使阳极100的表面100c和活性金属离子导电膜200的没有被阳极100覆盖的表面区域220a接触。在根据实施方式的制备电化学电池600的方法中，阴极500和活性金属离子导电膜200的折叠位置、折叠次数、折叠方向等可以取决于将被形成的电化学电池600的形状而被适当地选择。
在根据实施方式的制备电化学电池600的方法中，阳极100可以在没有支撑物的情况下提供。阳极100可以提供在活性金属离子导电膜200上而不被支撑物诸如载体支撑。
由于由去除支撑物带来的减小的体积和重量，提供阳极100而不用支撑物可以改善电化学电池600的能量密度。
例如，当锂金属用作阳极100时，锂金属可以利用刮刀涂覆在活性金属离子导电膜200上作为薄膜，或者作为阳极100的锂金属薄膜可以形成在活性金属离子导电膜200上。
在一些实施方式中，如图4A所示的制备电化学电池600的方法还可以包括通过热挤压而气密地密封被折叠以在其中包围阳极100的活性金属离子导电膜200的边缘部分200a、200b和200c。所述气密地密封可以导致包括与外部区域被气密地密封的内部区域的基本上不可渗透的壳体400，同时使阳极100与阴极500隔离。
在一些实施方式中，如图4B所示的制备电化学电池600的方法还可以包括通过将密封结构设置到折叠的活性金属离子导电膜的边缘部分之间的界面而气密地密封被折叠以在其中包围阳极100的活性金属离子导电膜200的边缘部分。密封结构110可以利用密封剂和/或具有聚合物/金属/聚合物结构的多层层叠(例如，铝层叠)而形成。通过密封结构110的气密密封可以导致包括与外部区域气密地密封的内部区域的基本上不可渗透的壳体400，同时使阳极100与阴极500隔离。
在图4A或4B的电化学电池600中，阳极100在壳体400中隔离，同时活性金属离子进出壳体400的运输是可以的。
图7A至7E示出根据实施方式的制造阳极组件的方法。参照图7A至7E，一种制造阳极组件的方法可以包括：提供活性金属离子导电膜200；在活性金属离子导电膜200的表面的至少一区域上提供阳极100；以及折叠活性金属离子导电膜200至少一次以使阳极100的表面上的两个分离的点100a和100b接触(参照图7B)或使阳极100的表面100c和活性金属离子导电膜200的没有被阳极100覆盖的表面区域220a接触(参照图7C)。根据实施方式的制造阳极组件的具体方法可以与上面描述的制造电化学电池600的方法相同。
在根据实施方式的制备阳极组件300的方法中，活性金属离子导电膜200的折叠位置、折叠次数、折叠方向等可以取决于目标阳极组件300的形状而被适当地选择。
根据上述实施方式的电化学电池可被利用作为锂一次电池或者锂二次电池。电化学电池可以具有各种形状的任一种，在一些实施方式中，可以具有像硬币、纽扣、片、叠层、圆柱、平面或喇叭一样的形状。电化学电池可以可应用作为电动车辆的大的电池。
如这里所用的，术语“空气”不限于大气，为方便起见，可以指的是包括氧的气体的组合、或者纯氧气体。“空气”的这种宽的定义也应用于其他的术语，包括“空气电池”和“空气电极”。
现在将参照以下的示例更详细地公开实施方式。然而，这些示例仅是说明的目的，而不应限制本公开的范围。
示例
锂-空气电池的制造
比较例1：常规锂-空气电池的制造
阴极的制造
16.32克(g)的聚氧化乙烯(PEO，Mw＝600000，可从Aldrich获得，182028)溶于150毫升(mL)的乙腈中以获得PEO溶液。然后，LiTFSi被添加到PEO溶液以达到[EO]与[Li]的摩尔比为18:1并搅拌。所得的溶液被浇注在特氟龙(Teflon)盘上，在干燥室中在室温下干燥2天，然后在约80℃在真空中进一步干燥整夜以除去乙腈溶剂，从而获得阴极电解质膜。
碳黑(可从美国的Orion Engineered Chemicals获得)在约120℃在真空中被干燥约24小时。
碳黑、作为粘合剂的聚四氟乙烯(PTFE)和阴极电解质膜以预定的重量比称重、被机械地揉搓在一起、然后被辊挤压以形成具有约30μm的厚度的阴极，随后在大约60℃的烘箱中干燥并切割成具有约6cm2的面积的矩形阴极(2cm×3cm)。阴极中的碳黑与凝胶电解质的重量比为约1:5，粘合剂的量为约30wt％。
电解质膜的制造
多孔隔板()通过与用于形成阴极电解质膜的相同溶液浸渍，在干燥室中在室温下干燥两天，然后在大约60℃在真空中进一步干燥整夜以除去乙腈溶剂，从而获得固体电解质膜。固体电解质膜具有约70μm至约90μm的厚度。
锂-空气电池的制造
电解质膜(2cm×3cm的尺寸)设置在阴极的表面上，然后具有约30μm的厚度的锂金属(2cm×3cm的尺寸)设置在电解质膜的表面上，从而获得如图8A所示的阴极/电解质膜/阳极的结构，包括阴极和具有与阴极相同的面积并分别设置在电解质膜的相反的表面上的锂金属。
作为阴极集流器的Ni网格设置在阴极上，作为气体扩散层的碳纸(可从SGL获得，35-DA)设置在阴极集流器上，从而制造如图8A和8B所示的锂-空气电池。最后，端板分别设置在气体扩散层和阳极(锂金属)上。在锂-空气电池中，锂金属(阳极)的仅一个表面接触电解质膜。
参照图8A和8B，作为常规电化学电池的所制造的锂-空气电池600具有包括以下的结构：作为锂金属的阳极100；活性金属离子导电膜200，设置在阳极100上；阴极500，设置在活性金属离子导电膜200上；以及气体扩散层550，设置在阴极500上，其中端板570a和570b分别设置在电化学电池600例如锂-空气电池的上表面和下表面上。阴极集流器552设置在气体扩散层550上，阳极集流器112设置在阳极100上。空气可以通过气体扩散层550的侧面供应。
示例1：锂-空气电池的制造
阴极的制造
具有约6cm2的面积的阴极(2cm×3cm的尺寸)以与比较例1中相同的方法制造。
电解质膜的制造
具有约7.48cm2的面积的电解质膜(2.2cm×3.4cm的尺寸)以与比较例1中相同的方法制造。
锂-空气电池的制造
电解质膜设置在阴极的表面上，然后具有约30μm的厚度的锂金属(2cm×3cm的尺寸)设置在电解质膜的表面的中间。
随后，锂金属/电解质膜/阴极的所得的叠层被朝向锂金属的表面折叠从而接触锂金属的表面上的两个分离的点，从而制造具有如图6F所示的结构的锂-空气电池。在折叠之前，如图3A所示的阳极集流器112连接到锂金属。
锂金属的面积由于折叠而减小了二分之一到3cm2(1cm×3cm)。锂金属的上下表面被具有比锂金属大的尺寸的电解质膜围绕并完全地密封。
作为阴极集流器的Ni网格设置在阴极的彼此相反的表面中的至少一个上，作为气体扩散层的碳纸(可从SGL获得，35-DA)设置在阴极集流器和/或阴极上，从而制造如图9A和9B所示的锂-空气电池。最后，端板分别设置在气体扩散层上。
参照图9A和9B，根据本公开实施方式的作为电化学电池600的所制造的锂-空气电池600具有包括以下的结构：作为锂金属的阳极100；活性金属离子导电膜200，围绕阳极100；阴极500，围绕活性金属离子导电膜200；以及气体扩散层550a和550b，分别设置在阴极500的彼此相反的表面上，其中阳极100被活性金属离子导电膜200(参照图9A)或密封结构110(参照图9B)气密地密封，端板570a和570b分别设置在电化学电池600例如锂-空气电池的上表面和下表面上。阴极集流器552设置在气体扩散层550a和550b上，阳极集流器112设置在阳极100上。空气可以通过气体扩散层550a和550b的侧面551供应。
示例2：锂-空气电池模块的制造
锂-空气电池模块以与示例1相同的方式制造，除了示例1的三个锂-空气电池堆叠在彼此上之外。包括堆叠在彼此上的三个锂-空气电池的锂-空气电池模块具有如图5所示的结构。
评价示例1：充电-放电特性的评价
示例1和比较例1的锂-空气电池以及示例2的锂-空气电池模块在1atm氧气氛中在约60℃以约0.24mA/cm2的恒定电流放电到约1.7V的电压(相对于Li)，随后进行放电容量测量。结果在表1和图10和11中示出。
表1
示例 放电容量[mAh]
示例1 8.9
示例2 30.7
比较例1 6.9
参照表1，示例1的锂-空气电池被发现具有比比较例1的锂-空气电池高大约25％的放电容量。
示例1的锂-空气电池中的这样的放电容量改善归功于，示例1的锂-空气电池的阳极面积减小到比较例1的二分之一导致空气通过气体扩散层的侧面的减小的流动路径，因此导致示例1的锂-空气电池中的增大的氧浓度。
示例2的包括三个锂-空气电池的叠层的锂-空气电池模块被发现具有较高的放电容量，为示例1的锂-空气电池的约三倍或更大。
如上所述，根据本公开的一个或多个实施方式，电化学电池可以包括具有两个相反的表面的阳极，活性金属离子导电膜和阴极可以设置在该两个相反的表面上，因此可以具有改善的放电容量和改善的能量密度。
应当理解，这里描述的示范性实施方式应当仅以描述性的含义理解，而不是为了限制的目的。对每个示范性实施方式内的特征或方面的描述应该通常被认为可用于其他的示范性实施方式中的其他类似的特征或方面。
虽然已经参照附图描述了一个或多个示范性实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的许多变化而没有背离由权利要求书限定的精神和范围。
本申请要求于2015年4月28日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0060087的优先权和权益以及由其带来的所有权益，其内容通过引用整体结合于此。

Claims (36)

1.一种电化学电池，包括：
阳极组件，具有彼此相反的表面；以及
阴极，具有至少一个折叠部分并具有与所述阳极组件的所述彼此相反的表面的离子连续性，
其中所述阳极组件包括
阳极，和
活性金属离子导电膜，设置在所述阳极与所述阴极之间，其中所述活性金属离子导电膜具有至少一个折叠部分。
2.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述阴极围绕所述阳极组件的所述彼此相反的表面。
3.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述阴极的所述至少一个折叠部分在与所述活性金属离子导电膜的所述至少一个折叠部分的折叠方向相同的方向上被折叠。
4.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述阴极的相反的端部分别设置在所述阳极组件的所述彼此相反的表面上。
5.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述阴极围绕所述阳极组件的所述彼此相反的表面，并且
其中所述阴极的所述相反的端部被分别设置在所述阳极组件的所述彼此相反的表面上。
6.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述阴极的相反的端部都设置在所述阳极组件的所述彼此相反的表面中的一个上。
7.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述阳极具有彼此相反的表面，并且
其中所述活性金属离子导电膜具有与所述阳极的所述彼此相反的表面的离子连续性。
8.如权利要求7所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜围绕所述阳极的所述彼此相反的表面。
9.如权利要求7所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜的相反的端部分别设置在所述阳极的所述彼此相反的表面上。
10.如权利要求7所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜围绕所述阳极的所述彼此相反的表面，并且
其中所述活性金属离子导电膜的相反的端部分别设置在所阳极的所述彼此相反的表面上。
11.如权利要求7所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜的相反的端部都设置在所述阳极的所述彼此相反的表面中的一个上。
12.如权利要求7所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜形成壳体，所述壳体对于液体和气体是基本上不能透过的并限定与外部区域气密地密封的内部区域，并且
其中所述活性金属离子导电膜使所述阳极与所述阴极隔离。
13.如权利要求7所述的电化学电池，还包括与所述活性金属离子导电膜形成界面以将所述阳极包围在其中的密封件，其中所述密封件形成对于液体和气体是基本上不能透过的并具有与外部区域气密地密封的内部区域的壳体，并且
其中所述活性金属离子导电膜使所述阳极与所述阴极隔离。
14.如权利要求13所述的电化学电池，其中所述密封件顺应于所述阳极的厚度变化，并保持与所述阳极的物理接触。
15.如权利要求13所述的电化学电池，其中所述密封件包括具有阻挡气体和湿气的能力的聚合物。
16.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜是活性金属离子导电固体膜。
17.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜是气体和湿气阻挡膜。
18.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜是复合膜。
19.如权利要求18所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜包括：
有机膜，具有多个微孔，和
离子导电聚合物电解质，设置在所述有机膜的所述多个微孔中。
20.如权利要求19所述的电化学电池，其中所述离子导电聚合物电解质包括从聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚砜中选择的至少一种。
21.如权利要求19所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜包括：
有机膜，具有多个通孔，和
离子导电的无机颗粒，设置在所述有机膜的所述多个通孔中。
22.如权利要求19所述的电化学电池，其中所述有机膜包括具有阻挡气体和湿气的能力的聚合物。
23.如权利要求15所述的电化学电池，其中具有阻挡气体和湿气的能力的所述聚合物是从以下中选择的至少一种：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、氟化环醚、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(polymethyleneoxide diacrylate)、聚甲醛二甲基丙烯酸酯(polymethylene oxidedimethacrylate)、聚(C1-C6烷基二醇二丙烯酸酯)、聚(C1-C6烷基二醇二甲基丙烯酸酯)、聚二乙烯基苯、聚醚、聚碳酸酯、聚酯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚羧酸、聚磺酸、聚砜、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚(对-亚苯基)、聚乙炔、聚(对-亚苯基-亚乙烯基)、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚(2,5-乙烯亚乙烯基)、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(乙烯醇缩丁醛-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、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶、磺化苯乙烯-乙烯-丁烯三嵌段共聚物、聚乙烯醇、聚酰胺、环氧树脂、丙烯酸树脂(acryl resin)、以及从乙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化双酚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烷基酯中选择的至少一种丙烯酸酯单体的聚合产物。
24.如权利要求21所述的电化学电池，其中所述离子导电的无机颗粒包括从玻璃质的金属离子导体、非晶金属离子导体、陶瓷活性金属离子导体和玻璃陶瓷活性金属离子导体中选择的至少一种。
25.如权利要求21的所述电化学电池，其中所述离子导电的无机颗粒包括从以下中选择的至少一种：BaTiO3、Pb(ZraTi1-3)O3其中0≤a≤1、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3其中0≤x<1并且0≤y<1、Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3、HfO2、SrTiO3、SnO2、CeO2、Na2O、MgO、NiO、CaO、BaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiO2、SiC、磷酸锂Li3PO4、磷酸钛锂LixTiy(PO4)3其中0<x<2并且0<y<3、磷酸钛锂铝LixAlyTiz(PO4)3其中0<x<2、0<y<1并且0<z<3、Li1+x+y(AlbGa1-b)x(TicGe1-c)2-xSiyP3-yO12其中0≤x≤1、0≤y≤1、0≤b≤1并且0≤c≤1、钛酸镧锂LixLayTiO3其中0<x<2并且0<y<3、锂锗硫代磷酸盐LixGeyPzSw其中0<x<4、0<y<1、0<z<1并且0<w<5、氮化锂玻璃LixNy其中0<x<4并且0<y<2、SiS2玻璃、LixSiySz其中0<x<3、0<y<2并且0<z<4、P2S5玻璃、LixPySz其中0<x<3、0<y<3并且0<z<7、Li2O、LiF、LiOH、Li2CO3、LiAlO2、Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2陶瓷以及Li3+xLa3M2O12其中M包括从Te、Nb和Zr中选择的至少一种。
26.如权利要求12所述的电化学电池，其中所述活性金属离子导电膜具有多层结构。
27.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述阳极包括从锂、锂合金和可与锂成合金的金属中选择的至少一种。
28.如权利要求1所述的电化学电池，还包括设置在所述阴极的表面上的气体扩散层。
29.如权利要求28所述的电化学电池，其中所述气体扩散层具有离子导电性。
30.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述电化学电池是金属-空气电池或锂二次电池。
31.一种电化学电池，包括：
阳极组件，具有相反的第一表面和第二表面；和
阴极，围绕所述阳极组件并具有
在与所述阳极组件的折叠方向相同的方向上折叠的至少一个折叠部分，和
相反的第一端部和第二端部，分别设置在所述阳极组件的相反的第一表面和第二表面上，
其中所述阳极组件包括
阳极，具有相反的第一表面和第二表面；和
活性金属离子导电膜，设置在所述阳极和所述阴极之间、围绕所述阳极并具有至少一个折叠部分以及分别设置在所述阳极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。
32.一种电化学电池模块，包括：
多个根据权利要求1所述的电化学电池，堆叠在彼此上；和
至少一个气体扩散层，设置在每个所述电化学电池的相邻表面之间。
33.一种制备电化学电池的方法，该方法包括：
提供阴极；
将活性金属离子导电膜设置在所述阴极的表面上；
将阳极设置在所述活性金属离子导电膜的表面上；以及
折叠所述阴极和所述活性金属离子导电膜以在所述活性金属离子导电膜与所述阳极的表面上的第一点、所述阳极的表面上的第二点和所述活性金属离子导电膜的没有设置在所述阳极上的表面区域中的至少一个之间形成第一接触和第二接触，以制备所述电化学电池。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述阳极在没有支撑物的情况下提供。
35.如权利要求33所述的方法，还包括气密地密封被折叠的活性金属离子导电膜的边缘部分以围绕所述阳极，其中所述气密地密封包括热压所述活性金属离子导电膜。
36.如权利要求33所述的方法，还包括在所述折叠的活性金属离子导电膜的边缘部分之间设置密封件以气密地密封所述折叠的活性金属离子导电膜的边缘部分，从而将所述阳极包围在其中。
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