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CN102208652A - 一种锂空气电池空气电极及其制备方法 - Google Patents

一种锂空气电池空气电极及其制备方法 Download PDF

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CN102208652A
CN102208652A CN2010102668480A CN201010266848A CN102208652A CN 102208652 A CN102208652 A CN 102208652A CN 2010102668480 A CN2010102668480 A CN 2010102668480A CN 201010266848 A CN201010266848 A CN 201010266848A CN 102208652 A CN102208652 A CN 102208652A
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catalyst
air electrode
lithium
air
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温兆银
崔言明
刘宇
吴相伟
张敬超
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Shanghai Institute of Ceramics of CAS
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Priority to US13/979,803 priority patent/US9705165B2/en
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Abstract

本发明提供一种锂空气电池空气电极，所述空气电极包括：集流体，原位复合负载于所述集流体上的催化剂。本发明还提供锂空气电池空气电极的制备方法及其含有所述空气电极的锂空气电池。本发明的空气电极可大幅度提高锂空气电池性能。

Description

一种锂空气电池空气电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一类可用于锂空气电池的空气电极的设计及其制备技术，属于化学电源领域。
背景技术
无论便携式电子产品还是电动汽车的发展，都迫切需要一种比现存的几种电池体系更轻薄，能量密度更高的储能电池来支持。目前用的锂离子电池，由于其结构的限制，比容量较低，进一步研究的空间有限。因此，必须寻找新的电池体系作为代替品。其中锂空气电池就是一种强有力的候选者，其正极活性物质氧气，无需贮存在电池中，而由环境中的空气提供，理论能量密度可达到13200Wh/kg，是迄今为止电池中最高的，逐渐成为国内外研究的热点。
但是，锂空气电池的实际容量受空气电极的微结构所制约，一般空气电极主要由催化剂、催化剂载体与粘结剂三部分组成。不溶的放电产物(氧化锂或过氧化锂)会沉积在空气电极微结构的孔隙中(主要是载体材料)，阻塞空气电极，隔离了电解质与氧气的接触，导致放电终止，影响其实际容量。另外催化剂的催化活性会决定电池的充放电循环性能。研究空气电极微结构对锂空气电池的应用推广非常有意义。
目前，针对以上两点，对锂空气电池空气电极的研究也主要分为两个大方向：设计具有新型结构空气电极与制备高活性催化剂。设计新型的结构使电池在放电时可容纳的不溶放电产物量达到极大，或减少空气电池中非活性物质的含量，从而使单位质量空气电极获得最大的容量，即最大的比容量。一般可以通过制备高孔隙率的碳材料作为载体来提高电池的比容量，例如夏永姚等(材料化学“Chemistry of Materials”19(2007)2095-2101)提出以有序介孔碳CMK-3作为催化剂载体，但获得的比容量值有限。空气电极中的催化剂，虽然在充放电过程中并不参与电池反应，但是在电池中起着举足轻重的作用，不仅决定锂空气电池充放电电压与充放电效率，还会影响电池的可逆性。一般可以通过制备对析氧反应和氧还原反应都具有较高催化活性的催化剂，或者设计可使催化剂高度分散的技术来提高锂空气电池的循环性能。Yi-Chun Lu(美国化学会期刊“Journal of American Chemical Society”2010，ARTICLE IN PRESS)等提出以Pt或者Au以及两者的合金作为催化剂，虽然一定程度上降低了锂空气电池的充电电压，但是由于催化剂的成本较高，难以应用于实用化的锂空气电池生产中。因此设计一种合适的空气电极成为开发高性能锂空气电池的关键和热点。
综上所述，本领域缺乏一种可以使得锂空气电池的性能大幅度提高的锂空气电极，本领域迫切需要开发这种可使得锂空气电池的性能大幅度提高的锂空气电极。
发明内容
本发明的第一目的在于获得一种可以使得锂空气电池的性能大幅度提高的锂空气电极。
本发明的第二目的在于获得一种可以使得锂空气电池的性能大幅度提高的锂空气电极的制备方法。
本发明的第三目的在于获得一种性能大幅度提高的锂空气电池。
在本发明的第一方面，提供了一种锂空气电池空气电极，所述空气电极包括：
-集流体，
-原位复合负载于所述集流体上的催化剂。
在一优选例中，催化剂均匀分布于载体的表面，催化剂为纤维状、管状、棒状或针状，优选为纤维状。催化剂与集流体两者共同形成多孔结构。
在本发明的一个具体实施方式中，所述锂空气电池空气电极，包括集流体和原位复合负载于所述集流体上的催化剂，不包括粘结剂。
更优选地，所述锂空气电池空气电极由集流体和原位复合负载于所述集流体上的催化剂组成。
在本发明的一个具体实施方式中，所述集流体的孔隙率≥90％，ppi(pore/inch孔数/英时)＝100～300，孔径10～500μm。
优选地，所述ppi值为100-140。
优选地，所述集流体具有三维网状结构。
在本发明的一个具体实施方式中，所述集流体选自电子导电性5～64(MS/m)、氧化性化还原电位-0.250～-1(V)的多孔集流体，以金属材料导电率测试仪与标准电极电势方法测定；
更优选地，选自以下集流体：
(I)多孔金属集流体，优选泡沫金属Ni集流体、泡沫Ti集流体、泡沫Au集流体或泡沫Pt集流体；或是
(II)多孔非金属集流体，优选泡沫C集流体或多孔Si集流体。
在本发明的一个具体实施方式中，所述催化剂选自析氧电位范围3.1V-4.5V与氧还原反应电位范围2.5V-3.1V的催化剂，以循环伏安法测定。
所述催化剂选自以下一组或多组电化学催化活性的物质：
(I)金属单质，优选Pt、Au、Ag、Au、Co、Zn、V、Cr、Pd、Rh、Cd、Nb、Mo、Ir、Os、Ru、Ni或其组合；或上述金属单质形成的合金；
(II)单一金属氧化物，具体例如Co3O4、MnO2、Mn2O3、CoO、ZnO、V2O5、MoO、Cr2O3、Fe3O4、Fe2O3、FeO、CuO、NiO或其组合；
(III)金属复合氧化物，具体例如尖晶石型、烧绿石型、钙钛矿型或其组合。
优选地，催化剂为Co3O4。
在本发明的一个具体实施方式中，所述催化剂负载量为1-10mg/1cm2集流体。
在本发明的一个具体实施方式中，所述催化剂的体积当量直径为100nm-1000nm。
本发明的第二方面提供一种锂空气电池空气电极的制备方法，其包括：
(a)提供集流体；
(b)将催化剂通过原位复合负载于所述集流体上。
在一优选例中，包括如下方法：
(a1)将多孔的集流体进行表面预处理；
(b1)将(a)处理的集流体与制备催化剂的前驱物混合，在设定的条件下使催化剂在集流体上原位沉积或生长，得到复合空气电极；
更优选地，包括如下步骤：
(a2)将多孔的集流体进行表面清洁预处理；
(b2)将(a)处理的集流体与催化剂的前驱物混合，经过一定的处理方式
使催化剂在集流体上沉积或生长，得到复合材料的前驱体；
(c2)将(b)得到的复合物前驱体在一定温度下成相，然后经过真空干燥等后续处理过程。
在本发明的一个具体实施方式中，采用溶剂热法、模板法、电泳沉积法、电镀沉积法或静电喷雾沉积法进行原位复合。
优选地，所述溶剂热法包括：水热法，有机溶剂热法。
所述模板法包括：氧化铝模板法，表面活性剂软模板法等。
所述电泳沉积法包括：等速电泳沉积法，等电聚焦电泳沉积法等。
所述电镀法包括：恒电位电镀法，循环伏安电镀法，恒电流电镀法。
本发明的第三方面提供含有本发明所述的锂空气电池空气电极的锂空气电池。
附图说明
图1为实施例1得到的催化剂Co3O4在集流体Ni网上沉积的扫描电镜照片。
图2为对比例1以及实施例2中所得的复合材料电极的首次充放电曲线。
图3为对比例1、对比例2以及实施例1中所得的复合材料电极充放电比容量随循环次数的变化情况。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，意外地获得了使得锂空气电池的性能大幅度提高的锂空气电极。在此基础上完成了本发明。
本发明的技术构思如下：
本发明人探索锂空气电池实际比容量受到空气电极限制的根本原因，提出一种新颖的空气电极结构。仅由催化剂与集流体组成空气电极，不使用其他非活性物质。本发明的方案是利用各种技术将各种形貌的高性能电化学催化氧气反应的催化剂直接均匀沉积到集流体上作为锂空气电池的正极，而不需要使用任何载体与粘结剂，在保证催化剂含量的前提下，将空气电极中非活性物质含量降到最低。包含了所有空气电极的质量，该复合结构的空气电极在0.1mA/cm2下首次放电比容量达到1000mAh/g以上，经过多次循环后可逆容量达到1800mAh/g，在0.02mA/cm2下更是获得了高达3218mAh/g的比容量；相同催化剂下，该新型催化剂集流体复合结构空气电极明显降低了锂空气电池充电时的平台电压。材料制备采用的各种技术，操作简单，适合大规模生产。
本发明中，所述“原位复合”是指在载体表面原位反应生成并同时负载催化剂。所述原位复合的结构使得集流体与催化剂形成一体化设计的电极。优选地，所述催化剂均匀分布于载体的表面，催化剂可以是纤维状，也可扩展到管状、棒状或针状等等，催化剂与集流体两者共同形成多孔结构。
本发明中，所述“三维网状结构”是指孔道结构均匀分布于三维空间。
本发明中，所述“锂空气电池”是指金属Li做负极，空气中的氧气做正极，与有机电解液组成的锂空气电池。所述有机电解液没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。所述有机电解液对于本领域技术人员是已知的。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
以下对本发明的各个方面进行详述，如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到：
集流体
本发明的集流体可以采用市售的集流体，包括但不限于：长沙力元新材料股份有限公司的连续化带状泡沫镍、菏泽天宇科技开发有限责任公司的连续泡沫镍；所述集流体也可以通过文献公开的方法进行自行制备，例如牛文娟等，泡沫钛及其合金制备方法的研究进展，《冶金工业》，或“能源期刊Journal ofPower Sources”195(2010)7438-7444。
优选地，集流体选由具有三维网状结构的集流体。
在一个具体实施方式中，所述集流体的孔隙率≥90％，ppi(pore/inch孔数/英时)＝100～300，孔径10～500μm。所述的测定标准为泡沫材料GB国家标准(例如泡沫镍国家标准)。
在一优选例中，孔隙率、ppi(pore/inch孔数/英时)。孔径的测定标准为泡沫材料GB国家标准(例如泡沫镍国家标准)。优选地，ppi为100-140。
在一优选例中，所述集流体选自电子导电性5～64(MS/m单位)、氧化性化还原电位位-0.250～-1V的多孔集流体，以金属材料导电率测试仪与标准电极电势方法测定。
具体地，选自以下集流体：
(I)多孔金属集流体，优选泡沫金属Ni集流体、泡沫Ti集流体、泡沫Au集流体或泡沫Pt集流体；或是
(II)多孔非金属集流体，优选泡沫C集流体或多孔Si集流体。
催化剂
本发明的催化剂可采用常用的锂电池催化剂，这些锂电池催化剂可以通过市售得到。
具体地，选自析氧电位范围3.1V-4.5V与氧还原反应电位范围2.5V-3.1V均具有的催化活性的催化剂，以循环伏安方法测定。
本发明的对析氧与氧还原反应均具有较好的催化活性的催化剂。优选地，所述催化剂选自以下一组或多组电化学催化活性的物质：
(I)金属单质，优选Pt、Au、Ag、Au、Co、Zn、V、Cr、Pd、Rh、Cd、Nb、Mo、Ir、Os、Ru、Ni或其组合；或上述金属单质形成的合金；
(II)单一金属氧化物，具体例如Co3O4、MnO2、Mn2O3、CoO、ZnO、V2O5、MoO、Cr2O3、Fe3O4、Fe2O3、FeO、CuO、NiO或其组合；
(III)金属复合氧化物，具体例如尖晶石型、烧绿石型、钙钛矿型或其组合。
优选地，催化剂为Co3O4。
催化剂的负载量根据电池设计需要而定。通常，所述催化剂负载量为1-10mg/1cm2集流体。(也即单位面积集流体上负载的催化剂质量)
在一优选例中，催化剂均匀分布于载体的表面，催化剂可以是纤维状，也可扩展到管状、棒状或针状等，催化剂与集流体两者共同形成多孔结构。在一优选例中，所述催化剂的体积当量直径为100nm-1000nm。所述体积当量直径是指将不规则的形状假设为规则时所具有相同的体积时的直径。
在一优选例中，所述锂空气电池空气电极，包括集流体，原位复合负载于所述集流体上的催化剂，不包括粘结剂。更优选地，所述锂空气电池空气电极由集流体和原位复合负载于所述集流体上的催化剂组成。
本发明人发现，通过将催化剂原位复合负载在所述集流体上，可以提高电池的循环效率，例如明显降低了锂空气电池充电时的平台电压，提高放电时的平台电压。
锂空气电池空气电极及其制备方法
本发明的锂空气电池空气电极，所述空气电极包括：
-集流体，
-原位复合负载于所述集流体上的催化剂。
本发明并提供锂空气电池空气电极的制备方法，其包括：
提供集流体；
将催化剂通过原位复合负载于所述集流体上。
在一优选例中，包括如下方法：
(a)将多孔的集流体进行表面预处理；
(b)将(a)处理的集流体与制备催化剂的前驱物(也即具有催化剂组分的可溶盐)混合，通过相应的原位复合法使催化剂在集流体上原位沉积或生长，得到复合空气电极；
更优选地，包括如下步骤：
(a)将多孔的集流体进行表面清洁预处理；
(b)将(a)处理的集流体与催化剂的前驱物(具有催化剂组分的可溶盐)混合，经过相应的原位复合使催化剂在集流体上沉积或生长，得到复合材料的前驱体；
(c)将(b)得到的复合物前驱体成相，然后经过真空干燥等后续处理过程。
所述催化剂的前驱物对于本领域的技术人员是已知的，例如具备催化剂离子的可溶性盐，包括硝酸盐，碳酸盐，磷酸盐等。
所述原位复合法对于本领域技术人员是已知的，只要使得催化剂在集流体上原位复合负载即可。(例如，在Wang等，材料化学“chemistry of materials”21(2008)5112-5118所记载的。)
具体例如，采用溶剂热法、模板法、电泳沉积法、电镀沉积法或静电喷雾沉积法进行原位复合。
优选地，所述溶剂热法包括：水热，有机溶剂热等。
所述模板法包括：氧化铝模板法，表面活性剂软模板法等。
所述电泳沉积法包括：等速电泳沉积法，等电聚焦电泳沉积法等。
所述电镀法包括：恒电位电镀法，循环伏安电镀法，恒电流电镀法。
锂空气电池
本发明还提供一种含有本发明所述的锂空气电池空气电极的锂空气电池。
所述锂空气电池可以含有其他可允许的组分，例如负极，电解质等。这些组分没有具体要求，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
所述锂空气电池的其余成分是已知的。例如Abraham等，电化学协会期刊“Journal of The Electrochemical Society”143(1996)1-5与Road等，电化学协会期刊“Journal of The Electrochemical Society”149(2002)A1190-A1195所记载的。
本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
为进一步阐述本发明的内容、实质特点和显著进步，兹列举以下对比例和实施例详细说明如下，但不仅仅限于实施例。
对比例1
将催化剂Co3O4与乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)按19∶11∶15的质量比在N-甲基吡咯烷酮(NMP)介质中制成浆料，涂布于Ni网上并进行干燥，由此制成电极膜作为正极。以金属锂箔为负极，美国Celgard公司聚丙烯膜为隔膜，1MLiPF6/PC为电解液，在2-4.5V的电压范围内，0.1mA/cm2的电流密度下进行充放电实验，活性物质为除泡沫Ni网外的所有空气电极质量。所得的实验结果如表1所示。
对比例2
将催化剂Co3O4与聚偏氟乙烯(PVDF)按19∶15的质量比，按照对比例1的方法制备电极。电池组装及测试条件同对比例1。所得的实验结果如表1所示。
对比例3
将催化剂电解二氧化锰(EMD)与乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)按19∶11∶15的质量比，以对比例1的方法制备电极。电池组装及测试条件同对比例1。所得的实验结果如表1所示。
实施例1
①Co(NO3)2(10mmol)，NH4NO3(5mmol)，H2O(35m1)，NH3H2O(5m1)，磁力搅拌10min，转入加盖表面皿，90℃下预处理2h。②泡沫Ni丙酮脱脂，在6.0M的HCl中浸泡15min，用蒸馏水洗涤，然后在0.1mmol/L的NiCl2水溶液中浸泡4h，用蒸馏水洗涤。将②处理好的Ni加到①表面皿中，90℃处理12h，用水洗涤，60℃下干燥2h，300℃下成相2h。即得到Co3O4@泡沫Ni网的复合结构电极。电池组装及测试条件均同比较例1。测量结果见表1。得到的催化剂的负载量见表1，催化剂形貌为纤维状，尺寸为1000nm，Ni网参数为ppi(pore/inch孔数/英时)＝140，孔径400μm，从表1中的数据可以看出，相比对比例1与对比例2，复合结构空气电极的放电性能有了很大提高，比容量明显增大，同一催化剂，该复合结构电极的所需充电平台电压明显较对比例有所降低。
实施例2
与实施例1相同条件下得到的Co3O4@泡沫Ni网的复合结构电极，电池组装同比较例1，在2-4.5V的电压范围内，0.02mA/cm2的电流密度下进行充放电实验。所得的实验结果如表1所示。从表1中的数据可以看出，在较低电流密度下更是获得了极高的比容量。
实施例3
①Mn(CH3COO)2(25mmol)，Na2SO4(25mmol)，H2O(50ml)磁力搅拌10min。转入三电极电解池；②泡沫Ni丙酮脱脂，在6.0M的HCl中浸泡15min，用蒸馏水洗涤，然后在0.1mmol/L的NiCl2水溶液中浸泡4h，用蒸馏水洗涤。将②处理好的Ni加到①电解池中作为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，大面积Pt片作为对电极，恒电位0.6V(vs SCE)电解15min，即得到纳米针状电解MnO2@泡沫Ni网的新型复合结构空气电极。电池组装、测试条件均同对比例1。测试结果见表1。得到的催化剂的负载量见表1，催化剂形貌为纳米针状，直径尺寸为50-100nm。从表1中的数据可以看出，相比对比例3，新型复合结构空气电极的放电性能有了很大提高，比容量明显增大，同一催化剂，该复合结构电极的充电平台电压明显较对比例有所降低。
实施例4
实施例3相同的电解液与泡沫Ni网处理方式，相同的三电极系统，循环伏安0.6～0.3V(vs SCE)250mV s-1电解30s；然后恒电位0.6V(vs SCE)电解1.5min。如此循环直至15min，即可得到多孔状的电解MnO2@泡沫Ni网的新型复合结构空气电极。电池组装、测试条件均同对比例1。测试结果见表1。从表1中的数据可以看出，相比对比例3，新型复合结构空气电极的放电性能有了很大提高，比容量明显增大，同一催化剂，该复合结构电极的充电平台电压明显较对比例有所降低。
实施例5
实施例3相同的电解液与泡沫Ni网的处理方式，相同的三电极系统，循环伏安0.6与0.3V(vs SCE)250mV s-1电解15min，即可得到纳米棒状的电解MnO2@泡沫Ni网的新型复合结构空气电极。电池组装、测试条件均同对比例1。测试结果见表1。实施例5得到的催化剂的负载量见表1，催化剂形貌为纳米棒状，直径尺寸为200nm。从表1中的数据可以看出，相比对比例3，新型复合结构空气电极的放电性能有了很大提高，比容量明显增大，同一催化剂，该复合结构电极的充电平台电压明显较对比例有所降低。
实施例6
实施例3相同的电解液与泡沫Ni网的处理方式，相同的三电极系统，循环伏安0.4与0.1V(vs SCE)500mV s-1电解15min，即可得到纳米管状的电解MnO2@泡沫Ni网的新型复合结构空气电极。电池组装、测试条件均同对比例1。测试结果见表1。得到的催化剂的负载量见表1，催化剂形貌为纳米管状，外径尺寸为200nm，内径尺寸为150nm。从表1中的数据可以看出，相比对比例3，新型复合结构空气电极的放电性能有了很大提高，比容量明显增大，同一催化剂，该复合结构电极的所需充电平台电压明显较对比例有所降低。
实施例7
①0.3wt％NH4F与2vol％去离子水的乙二醇溶液磁力搅拌10min。转入三电极电解池；②泡沫Ti网在丙酮以及乙醇中超声清洗，在N2气氛中干燥。将②处理好的Ni加到①电解池中作为阳极，大面积Pt片作为阴极，恒电位60V阳极氧化30min，去离子水洗涤，400℃下成相3h。得到TiO2@Ti网；③将得到的TiO2@泡沫Ti网加入到0.002M的Pb(CH3COO)2·3H2O 80ml的去离子水溶液，于N2气氛中280℃下水热处理6h，然后去离子水清洗，真空干燥得到即得到钙钛矿结构的直径为100nm的纳米线PbTiO3@Ni网的复合结构电极。Ti网ppi(pore/inch孔数/英时)＝200，孔径50μm
实施例8
60mM Pd(NH3)4Cl2，40mM NH4Cl磁力搅拌10min(pH＝7)转入三电极系统；①多孔Si网抛光，在丙酮以及乙醇中超声清洗，在N2气氛中干燥。②通过银导电胶将氧化铝模板(AAO)溅射了Au膜的一侧与多孔Si连接连接起来做为工作电极。氧化铝模板(AAO)另一侧用5wt％HgCl2刻蚀。然后在5wt％磷酸溶液中处理20min以除掉AAO的阻隔；将将②处理好的AAO加到①电解池中作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，大面积Pt片作为对电极，恒电位-1V(vsSCE)电解120min，然后用5wt％NaOH溶液处理除掉AAO模板。然后去离子水清洗真空干燥得到即得到钙钛矿结构的直径为100nm的纳米线Pb@Si网的复合结构电极。Si网ppi(pore/inch孔数/英时)＝150，孔径300μm。
性能实施例
实施例以及对比例的性能测定如下：
表1
Figure BDA0000025402940000131
讨论：
从表1中所列的数据可以看出，所制备的新型复合结构空气电极，均具有较高的放电比容量，较使用载体时低的充电平台电压，较对比例中的空气电极材料性能均有了很大的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种锂空气电池空气电极，其特征在于，所述空气电极包括：
-集流体，
-原位复合负载于所述集流体上的催化剂。
2.如权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述空气电极不含粘结剂。
3.如权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述集流体的孔隙率≥90％，ppi(pore/inch孔数/英时)＝100～300，孔径10～500μm，以GB国家标准测定。
4.如权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述集流体选自电子导电性为5～64MS/m、氧化性化还原电位为-0.250～-1V的多孔集流体，以金属材料导电率测试仪与标准电极电势方法测定；
更优选地，选自以下集流体：
(I)多孔金属集流体，优选泡沫金属Ni集流体、泡沫Ti集流体、泡沫Au集流体或泡沫Pt集流体；或是
(II)多孔非金属集流体，优选泡沫C集流体或多孔Si集流体。
5.如权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述催化剂选自析氧电位范围3.1V-4.5V与氧还原反应电位范围2.5V-3.1V的催化剂，以循环伏安方法测定。
6.如权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述催化剂负载量为1-10mg(催化剂)/1cm2(集流体)。
7.如权利要求1所述的空气电极，其特征在于，所述催化剂的体积当量直径为100nm-1000nm。
8.一种锂空气电池空气电极的制备方法，其特征在于，包括：
(a)提供集流体；
(b)将催化剂通过原位复合负载于所述集流体上。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，采用溶剂热法、模板法、电泳沉积法、电镀沉积法或静电喷雾沉积法进行原位复合。
10.一种含有如权利要求1所述的锂空气电池空气电极的锂空气电池。
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