CN109671954B - 多层金属空气电池阴极及其制备方法 - Google Patents

多层金属空气电池阴极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属空气电池技术领域，具体而言，涉及一种多层金属空气电池阴极及其制备方法。该电池阴极包括集流体。集流体具有第一表面和相对的第二表面。第一表面设置有导热层和第一疏水层。第二表面设置有第二疏水层、导电层以及催化层。通过在集流体一侧的第一表面设置导热层能够提高整个多层金属空气电池阴极的散热性能，及时地将金属空气电池在高功率密度下工作时产生的大量热量散发，降低电池温度，减少副反应的发生，有利于延长金属空气电池寿命。通过在集流体另一侧的第二表面设置导电层，改善了阴极氧还原电子转移过程化学反应动力学，降低了过电位和电极电阻，从而能够提高整个金属空气电池的电化学性能。

Description

多层金属空气电池阴极及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属空气电池技术领域，具体而言，涉及一种多层金属空气电池阴极及其制备方法。
背景技术
金属空气电池原材料来源丰富、性能稳定且能量密度高，其主要由金属阳极、空气阴极和电解质等组成。其中，空气阴极作为核心组成部分，其活性在一定程度上直接决定了整体电池的性能。
常见的空气阴极结构主要包括集流体、扩散层和催化层。其中，集流体用于收集电流；扩散层为反应气体到达三相界面提供运输通道，同时兼顾防止电解液逆向泄流；催化层与电解质直接接触，对电池氧还原电化学反应有着重要作用。
空气阴极反应物氧气扩散至催化层与电解液接触面后形成的气-固-液三相界面是氧还原电化学反应的场所，因此气体扩散、吸脱附及扩散的过程直接决定了空气阴极性能。
目前常见的空气阴极导电性并不理想，基于其的金属空气电池放电性能会受到缓慢的氧还原化学反应动力学的限制。尤其在高倍率放电情况下，阴极氧还原电子转移过程交换电流密度小、过电位高且电极电阻大，成为了制约电池性能的重要因素。另外，金属空气电池在高功率密度下工作时会产生大量热量，这会导致电池温度升高和副反应加剧，进而影响电池寿命。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种多层金属空气电池阴极及其制备方法，提高金属空气电池的电化学性能。
第一方面，本发明实施例提供了一种多层金属空气电池阴极，包括：集流体、导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层；导热层设置在集流体的第一表面，第一疏水层设置在导热层；或者导热层和第一疏水层均设置在第一表面；第二疏水层设置在集流体的第二表面，导电层设置在第二疏水层，催化层设置在导电层；或者第二疏水层和导电层均设置在第二表面，催化层设置在第二疏水层和导电层；其中，导热层由第一混合材料制成，第一混合材料包括导电材料、粘结剂以及石墨烯，石墨烯的质量百分比为导电材料质量的1％-5％；导电层由第二混合材料制成，第二混合材料包括导电材料、粘结剂以及石墨烯，石墨烯的质量百分比为导电材料质量的1％-3％。
通过在集流体一侧的第一表面设置导热层能够提高整个多层金属空气电池阴极的散热性能，及时地将金属空气电池在高功率密度下工作时产生的大量热量散发，降低电池温度，减少副反应的发生，有利于延长金属空气电池寿命。通过在集流体另一侧的第二表面设置导电层，改善了阴极氧还原电子转移过程化学反应动力学，降低了过电位和电极电阻，从而能够提高整个金属空气电池的电化学性能。
在本发明的一些具体实施例中，导热层中石墨烯的质量百分比为导电材料质量的2％-4％。
通过将导热层中石墨烯的质量百分比设置为2％-4％，能够进一步地保证多层金属空气电池阴极具有良好的散热性能，且成本较低。
在本发明的一些具体实施例中，导电层中石墨烯质量百分比为导电材料质量的1％-2％。通过将导电层中石墨烯的质量百分比设置为1％-2％，能够进一步地保证多层金属空气电池阴极具有良好的导电性能，且成本较低。
石墨烯具有优异的热传导性能和导电性能，能够提高空气电池阴极的电化学性能和散热性能。
在本发明的一些具体实施例中，导电材料为多孔碳材料。
进一步可选地，多孔碳材料选自活性炭、介孔碳或者导电炭黑中的至少一种。
在本发明的一些具体实施例中，粘结剂选聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯中的至少一种。
粘结剂能够使得各层原料颗粒之间的粘结更加地牢固，从而保证整个多层金属空气电池阴极结构稳定性。
在本发明的一些具体实施例中，第一疏水层和第二疏水层均由第三混合材料制成，第三混合材料包括导电材料和粘结剂。所述粘结剂选自羧甲基纤维素、聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯中的至少一种。
在本发明的一些具体实施例中，催化层由第四混合材料制成，第四混合材料包括导电材料、粘结剂以及催化剂；其中，催化剂选自锰氧化物、钙钛矿型催化剂、尖晶石型催化剂或者银基贵金属催化剂中的至少一种。
通过设置催化层，能够提高整个多层金属空气电池阴极的反应速率。
在本发明的一些具体实施例中，催化剂选自锰氧化物、钙钛矿型催化剂、尖晶石型催化剂或者银基贵金属催化剂中的至少一种。
通过设置催化层，能够加快多层金属空气电池阴极的化学反应速率，从而有助于提高缓解金属空气电池放电时缓慢的氧还原化学反应动力学的限制，从而提高电化学性能。集流体用于将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出。
进一步可选地，集流体选自镍网、铜网、泡沫镍、泡沫铜或不锈钢网中的至少一种。
第二方面，本发明实施例提供了一种多层金属空气电池阴极的制备方法，包括以下步骤：将第一表面涂覆有导热层和第一疏水层，第二表面涂覆有第二疏水层、导电层以及催化层的集流体，在1-10MPa压力条件下机械模具压合后于300-500℃煅烧。
通过压合煅烧后能够获得具有多层结构的金属空气电池阴极。这种多层结构的金属空气电池阴极具有良好的散热效果和导电性能，从而当将该金属空气电池阴极应用于金属空气电池时，能够有效地提高金属空气电池稳定性和电化学性能。
进一步可选地，煅烧时间为1-2小时。
在本发明的一些具体实施例中，涂覆导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层后分别对导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层进行烘烤。
烘烤能够保证导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层与集流体连接的稳定性。
在本发明的一些具体实施例中，烘烤是采用微波辐射的方式进行烘烤。
采用微波辐射的方式进行烘烤，不仅能够快速地对导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层进行烘干，而且能够保证各个层均匀涂覆成膜时的性能不受损失，从而保证整个多层金属空气电池阴极具有优异的散热效果和导电性能。
进一步可选地，烘烤温度为30℃-60℃。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了采用本发明实施例提供的多层金属空气电池阴极组装铝空气电池放电曲线；
图2示出了采用本发明实施例提供的多层金属空气电池阴极的铝空气电池工作温度图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面对本发明实施例的多层金属空气电池阴极及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种多层金属空气电池阴极，包括：集流体、导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层。
进一步地，导热层设置在集流体的第一表面，第一疏水层设置在导热层。
在其他可选的实施方式中，导热层和第一疏水层均设置在第一表面。换句话说，第一表面分为两个区域，一部分设置导热层，另一部分设置第一疏水层。需要说明的是，当导热层和第一疏水层均设置在第一表面时，根据集流体的具体的面积以及实际需要，选择导热层和第一疏水层设置的面积。
进一步地，第二疏水层设置在集流体的第二表面，导电层设置在第二疏水层，催化层设置在导电层。
在其他可选的实施方式中，第二疏水层和导电层均设置在第二表面，催化层设置在第二疏水层和导电层。换句话说，第二表面分为两个区域，一部分设置导热层，另一部分设置第一疏水层。然后再在导热层和第一疏水层上设置催化层。需要说明的是，当第二疏水层和导电层均设置在第二表面时，也是根据集流体的具体的面积以及实际需要，选择导第二疏水层和导电层设置的面积。
通过在集流体一侧的第一表面设置导热层能够提高整个多层金属空气电池阴极的散热性能，及时地将金属空气电池在高功率密度下工作时产生的大量热量散发，降低电池温度，减少副反应的发生，有利于延长金属空气电池寿命。通过在集流体另一侧的第二表面设置导电层，提高了阴极氧还原电子转移过程交换的电流密度，降低了过电位和电极电阻，从而能够提高整个金属空气电池的电化学性能。
进一步地，导热层由第一混合材料制成，第一混合材料包括导电材料、粘结剂以及石墨烯，石墨烯的质量百分比为导电材料质量的1％-5％。
石墨烯具有优异的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时，导热系数也可达600W/mK。
通过在导热层中引入石墨烯，能够有效地增大多层金属空气电池阴极的散热性能。
发明人在长期的研究中发现，当在导热层中加入质量百分比为1％-5％的石墨烯时，能够有效地提高多层金属空气电池阴极的散热性能，并且不会带来其他的副反应。
进一步可选地，上述的导热层中石墨烯的质量百分比为导电材料质量的2％-4％。通过将导热层中石墨烯的质量百分比设置为2％-4％，能够进一步地保证多层金属空气电池阴极具有良好的散热性能，且成本较低。
石墨烯具有非常优异的导热性，从而能够有效地提高多层金属空气电池阴极的散热性能。
进一步地，导电材料为多孔碳材料。进一步可选地，多孔碳材料选自活性炭、介孔碳或者导电炭黑中的至少一种。
需要说明的是，在本发明其他可选的实施方式中，上述的多孔碳材料还可以选择本领域其他常见的多孔碳材料。
进一步地，粘结剂选自聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯中的至少一种。
粘结剂能够使得导热层原料颗粒之间的粘结更加地牢固，从而保证整个多层金属空气电池阴极结构稳定性。
进一步地，导电层由第二混合材料制成，第二混合材料包括导电材料、粘结剂以及石墨烯，石墨烯的质量百分比为导电材料质量的1％-3％。
石墨烯具有优异的导电性能。在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V﹒s)，这一数值超过了硅材料的10倍。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来的原子而发生散射。电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运行速度。
通过在导电层中引入石墨烯，能够有效地提高阴极氧还原电子转移过程交换的电流密度，降低过电位和电极电阻，从而提高整个金属空气电池的电化学性能。
发明人在长期的研究中发现，当在导电层中加入质量百分比为1％-3％的石墨烯时，能够有效地提高阴极氧还原电子转移过程交换的电流密度，降低过电位和电极电阻，并且不会带来其他的副反应。
进一步可选地，上述的导电层中石墨烯的质量百分比为1％-2％。通过将导电层中石墨烯的质量百分比设置为1％-2％，能够进一步地保证多层金属空气电池阴极具有良好的导电性能，且成本较低。
进一步地，导电层中的导电材料也可以选择前述的多孔碳材料。导电层中粘结剂也可以选择前述的粘接材料。通过设置粘结剂能够使得导电层原料颗粒之间的粘结更加地牢固，进一步保证整个多层金属空气电池阴极结构稳定性。
进一步地，第一疏水层和第二疏水层均由第三混合材料制成，第三混合材料包括导电材料和粘结剂。第一疏水层和第二疏水层的设置进一步提高了整个多层金属空气电池阴极的疏水的作用，并且能够有效地防止电解液外出。
需要说明的是，第一疏水层和第二疏水层中的导电材料也可以选择前述的多孔碳材料。具体而言，多孔碳材料选自活性炭、介孔碳或者导电炭黑中的至少一种。这种多孔碳材料具有较好的透气、疏水的作用，在第一疏水层和第二疏水层采用多孔碳材料，使得整个金属空气电池阴极具有良好的疏水性。
第一疏水层和第二疏水层中的粘结剂可以选择羧甲基纤维素、聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯中的至少一种。粘结剂能够使得第三混合材料颗粒之间的粘结更加地牢固。
进一步地，催化层由第四混合材料制成，第四混合材料包括导电材料、粘结剂以及催化剂。
通过设置催化层，能够加快多层金属空气电池阴极的化学反应速率，从而有助于提高缓解金属空气电池放电时缓慢的氧还原化学反应动力学的限制，从而提高电化学性能。
需要说明的是，催化层中的导电材料也可以选择前述的多孔碳材料。粘结剂选自聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯中的至少一种，用于增强催化层中的原料颗粒之间的粘接效果。
进一步地，催化剂选自锰氧化物、钙钛矿型催化剂、尖晶石型催化剂或者银基贵金属催化剂中的至少一种。
在本发明其他可选的实施方式中，上述的催化剂也可以选择本领域其他可适用的催化剂材料。
进一步地，集流体选自镍网、铜网、泡沫镍、泡沫铜或不锈钢网中的至少一种。
集流体用于将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出。
在本发明其他可选的实施方式中，集流体还可以选择本领域其他常见的集流体材料。
本发明的一些实施方式还提供一种多层金属空气电池阴极的制备方法，该方法包括以下步骤：
将第一表面涂覆有导热层和第一疏水层，第二表面涂覆有第二疏水层、导电层以及催化层的集流体，在1-10MPa压力条件下机械模具压合后于300-500℃煅烧1-2小时。
通过压合煅烧后能够获得具有多层结构的金属空气电池阴极。这种多层结构的金属空气电池阴极具有良好的散热效果和导电性能，从而当将该金属空气电池阴极应用于金属空气电池时，能够有效地提高金属空气电池稳定性和电化学性能。
进一步可选地，将第一表面涂覆有导热层和第一疏水层，第二表面涂覆有第二疏水层、导电层以及催化层的集流体，在3-8MPa压力条件下压合后于350-450℃煅烧1.2-1.8小时。
进一步可选地，采用机械模具将上述的集流体和导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层压合呈具有多层结构的金属空气电池阴极。
进一步地，涂覆导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层后分别对导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层进行烘烤。
进一步可选地，烘烤是采用微波辐射的方式进行烘烤，烘烤温度30℃-60℃。
采用微波辐射的方式进行烘烤，不仅能够快速地对导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层进行烘干，而且能够保证各个层均匀涂覆成膜的性能不受损失，从而保证整个多层金属空气电池阴极具有优异的散热效果和导电性能。
进一步可选地，涂覆导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层是采用刮刀或涂膜器依次涂覆。
在本发明其他可选的实施方式中，也可以选择采用本领域其他可选的涂覆方式进行涂覆。
需要说明的是，导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层在集流体的第一表面或第二表面涂覆时，可以选择将导热层涂覆在集流体的第一表面，然后第一疏水层涂覆在导热层的表面；或者将导热层和第一疏水层均涂覆在第一表面。同样地，在集流体另一侧，可以选择将第二疏水层涂覆在集流体的第二表面，导电层涂覆在第二疏水层的表面，然后将催化层涂覆在导电层的表面；或者将第二疏水层和导电层均涂覆在第二表面，然后将催化层涂覆在第二疏水层和导电层的表面。
下面以将导热层涂覆在集流体的第一表面，然后第一疏水层涂覆在导热层的表面；将第二疏水层涂覆在集流体的第二表面，导电层涂覆在第二疏水层的表面，然后将催化层涂覆在导电层的表面，这种涂覆方式为例，详细说明导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层是如何制备的。其他的涂覆方式中，各层的制备步骤也是相同的，只是，具体的设置位置的改变。
导热层的制备：
将前述的导电材料和石墨烯置于溶剂中搅拌分散，混合均匀后加入10％-50％的前述的粘结剂乳液，持续搅拌3h-8h，得到导热层浆料，再均匀覆膜于集流体的第一表面，然后在20-120℃，干燥1h-5h，最终制得导热层。
导电层的制备：
于溶剂中加入导电材料和石墨烯，搅拌分散均匀后加入粘结剂乳液，持续搅拌得到导电层浆料，在第二疏水层表面均匀覆膜后干燥形成导电层。搅拌时间为3h-8h，干燥温度为20-120℃，干燥时间为1h-5h。
催化层的制备：
将导电材料与催化剂在溶剂中均匀混合，经搅拌分散后加入粘结剂乳液，持续搅拌后得到催化层浆料，再于导电层表面均匀覆膜干燥后即为催化层。所述导电材料与催化剂摩尔比为1：1-10：1，搅拌时间为1h-5h，所述干燥温度为20-120℃，干燥时间为1h-5h。
第一疏水层和第二疏水层的制备：
将导电材料置于溶剂中混合搅拌，分散均匀后向其中加入10％-50％的粘结剂乳液，持续搅拌，最终得到第一疏水层浆料和第二疏水层浆料，再将第二疏水层浆料均匀涂覆在集流体的第二表面，干燥处理得到第二疏水层。将第一疏水层浆料均匀涂覆在导热层上，干燥处理得到第一疏水层。搅拌时间均为1h-5h，干燥温度均为20-120℃，干燥时间均为1h-5h。
需要说明的是，制备导热层、第一疏水层、第二疏水层、导电层以及催化层时溶剂均可以选择乙醇、异丙醇或丁醇中的一种或多种。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实施例提供的一种多层金属空气电池阴极，是这样制备的：
第一疏水层浆料和第二疏水层浆料的制备：称取一定量导电炭黑分散于适量乙醇溶剂中搅拌均匀后，加入聚四氟乙烯乳液，持续搅拌1h得到第一疏水层浆料和第二疏水层浆料，其中聚四氟乙烯乳液的质量分数为导电炭黑质量的10％-50％。
导热层浆料和导电层浆料的制备：称取一定量导电炭黑和石墨烯分散于适量乙醇溶剂中搅拌均匀后，加入聚四氟乙烯乳液持续搅拌3h得到导热层浆料和导电层浆料，其中，聚四氟乙烯乳液的质量分数为导电炭黑质量的10％-50％；石墨烯的质量分数均为导电炭黑质量的1％。
催化层浆料的制备：按摩尔比10：1称取导电炭黑和二氧化锰催化剂在乙醇溶剂中搅拌均匀后，向分散液中加入聚四氟乙烯乳液后搅拌1h得到催化层浆料。其中，聚四氟乙烯乳液的质量分数为导电炭黑质量的10％-50％。
在泡沫镍或泡沫铜制成的集流体的第一表面采用涂膜器均匀涂覆导热层浆料，烘烤干燥后，在导热层上均匀涂覆第一疏水层浆料并烘烤干燥。在第二表面均匀涂覆第二疏水层浆料，烘烤干燥后，在第二疏水层均匀涂覆导电层浆料，烘烤干燥后在导电层上均匀涂覆催化层浆料并烘烤干燥。
干燥温度均为20℃，干燥时间5h。干燥完成后，进行压合，压力为1MPa。机械模具压合完成后在300℃煅烧3h制得多层金属空气电池阴极。
实施例2
本实施例提供的一种多层金属空气电池阴极，其与实施例1的制备步骤基本相同，所不同的是，本实施例中，制备导热层浆料和导电层浆料时，石墨烯的质量分数分别为导电炭黑质量的5％和3％。并且，制备第一疏水层浆料和第二疏水层浆料时的搅拌时间为5h，导热层浆料搅拌时间为8h，导电层浆料搅拌时间为8h，催化层浆料导电炭黑与催化剂摩尔比为1：1，搅拌5h；在120℃干燥1h，压力为10MPa，在500℃煅烧1h得到阴极。
实施例3
本实施例提供的一种多层金属空气电池阴极，其与实施例1的制备步骤基本相同，所不同的是，本实施例中，制备导热层浆料和导电层浆料时，石墨烯的质量分数均为导电炭黑质量的3％。并且，制备第一疏水层浆料和第二疏水层浆料时的搅拌时间为1h，导热层浆料搅拌时间为3h，导电层浆料搅拌时间为5h，催化层浆料按导电炭黑与催化剂摩尔比为5：1，搅拌时间为1h；干燥温度和时间为60℃和3h，压力为5MPa，煅烧过程为400℃和2h。
实施例4
本实施例提供的一种多层金属空气电池阴极，其与实施例1的制备步骤基本相同，所不同的是，本实施例中，制备导热层浆料和导电层浆料时，石墨烯的质量分数分别为导电炭黑总质量的3％和1％。并且，制备第一疏水层浆料和第二疏水层浆料时的搅拌时间为2h，导热层浆料搅拌时间为5h，导电层浆料搅拌时间为5h，催化层浆料导电炭黑与催化剂摩尔比为8：1，搅拌时间为2h；在60℃干燥5h，压合压力为3MPa，再经300℃煅烧1h得到多层阴极。
实施例5
本实施例提供的一种多层金属空气电池阴极，其与实施例1的制备步骤基本相同，所不同的是，本实施例中，制备导热层浆料和导电层浆料时，石墨烯的质量分数分别为导电炭黑质量的2％和1％。
实施例6
本实施例提供的一种多层金属空气电池阴极，其与实施例1的制备步骤基本相同，所不同的是，本实施例中，制备导热层浆料和导电层浆料时，石墨烯的质量分数分别为导电炭黑质量的4％和2％。
对比例
一种普通空气阴极，其制备步骤与实施例1的基本步骤基本相同，所不同之处在于，该空气阴极不包含导热层或导电层。
试验例
将实施例1-6制得的多层金属空气电池阴极以及对比例提供的普通空气阴极分别进行适当裁切，以高纯铝板为阳极组装成电池，在4mol/L的KOH溶液中进行电化学性能测试。
试验结果见说明书附图1和附图2。
从附图1和附图2可以看出，实施例1-6提供的多层金属空气电池阴极在1.0V电压下，电流密度可达250-260mA/cm2，功率密度最高可达270mW/cm2，远远超过了对比例提供的普通空气阴极。由此说明，本发明实施例提供的多层金属空气电池阴极有效地提高了反应中电子转移速率，从而提高了整个金属空气电池的电化学性能。进一步地，从电池工作温度变化情况可以看出，实施例1-6提供的多层金属空气电池阴极热量散失远远超过对比例提供的普通空气阴极。由此说明，本发明实施例提供的多层金属空气电池阴极具有良好的散热性能，有效地提高了整个金属空气电池的稳定性，延长了使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多层金属空气电池阴极，其特征在于，包括：
集流体，所述集流体具有第一表面和相对的第二表面；所述第一表面依次设置有导热层和第一疏水层；所述第二表面依次设置有第二疏水层、导电层以及催化层；
其中，所述导热层由第一混合材料制成，所述第一混合材料包括导电材料、粘结剂以及石墨烯，所述石墨烯的质量百分比为所述导电材料质量的2%-4%；
所述导电层由第二混合材料制成，所述第二混合材料包括所述导电材料、所述粘结剂以及所述石墨烯，所述石墨烯的质量百分比为所述导电材料质量的1%-2%；所述导电材料为多孔碳材料；所述催化层由第四混合材料制成，所述第四混合材料包括所述导电材料、所述粘结剂以及催化剂；
其中，所述催化剂选自锰氧化物、钙钛矿型催化剂、尖晶石型催化剂或者银基贵金属催化剂中的至少一种。
2.如权利要求1所述的多层金属空气电池阴极，其特征在于，
所述粘结剂选自聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯中的至少一种。
3.如权利要求1所述的多层金属空气电池阴极，其特征在于，
所述第一疏水层和所述第二疏水层均由第三混合材料制成，所述第三混合材料包括所述导电材料和所述粘结剂，其中，所述粘结剂选自羧甲基纤维素、聚四氟乙烯或者聚偏氟乙烯中的至少一种。
4.如权利要求1-3任一项所述的多层金属空气电池阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述第一表面依次涂覆有所述导热层和所述第一疏水层，所述第二表面依次涂覆有所述第二疏水层、所述导电层以及所述催化层的所述集流体，在1-10MPa压力条件下，机械模具压合后于300-500℃煅烧。
5.如权利要求4所述的多层金属空气电池阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
涂覆所述导热层、所述第一疏水层、所述第二疏水层、所述导电层以及所述催化层后分别对所述导热层、所述第一疏水层、所述第二疏水层、所述导电层以及所述催化层进行烘烤。
6.如权利要求5所述的多层金属空气电池阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
烘烤是采用微波辐射的方式进行烘烤。
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