包括环形挡件的电极制造技术

一种包括环形挡件的电极，包括配置用于防止夹层从电极分离的结构和/或配置用于在电极上创建具有较小浓度夹入材料的区域的结构。该电极包括支持丝，在支持丝上布置了夹层。支持丝可选地具有纳米级尺寸。

【技术实现步骤摘要】
分案申请说明本申请是于2010年10月22日提交的、申请号为201010519800.6、名称为“包括环形挡件的电极”的中国专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2009年10月22日提交的、名称为“ElectrodesIncludingCollarStop”的美国临时专利申请No.61/254,090的权益和优先权；并且本申请是于2009年2月25日提交的、名称为“HighCapacityElectrodes”的美国专利申请No.12/392,525的部分继续申请，该美国专利No.12/392,525要求于2008年2月25日提交的美国临时专利申请61/067,018和于2008年6月2日提交的美国临时专利申请61/130,679的优先权和权益。在此通过引用而并入所有上述临时和非临时专利申请。
本专利技术属于电极

技术实现思路
本专利技术的各种实施方式包括一种电极，该电极包括：衬底；耦合至衬底的支持丝(filament)；包括供体受体材料的夹层，该供体受体材料配置用于接收电化学反应的反应物(例如，离子、电子、电荷供体和/或电荷受体)，供体受体材料沿支持丝的长度方向布置；以及接近于衬底的夹层区域，并且相对于远离衬底的夹层区域，其包括较少量的供体受体材料。本专利技术的各种实施方式包括一种产生电极的方法，该方法包括：接收衬底；生长耦合至衬底的支持丝的第一区域；在支持丝的第一区域中远离衬底的末端生长环形挡件，该环形挡件配置用于减小到达第一区域的供体受体材料的量；从环形挡件生长支持丝的第二区域，环形挡件的第二区域具有比环形挡件小的直径；以及将供体受体材料应用至支持丝，以使得在支持丝的第二区域中相对于在支持丝的第一区域中淀积较大厚度的供体受体材料。本专利技术的各种实施方式包括一种电池，该电池包括第一电极以及第二电极，第二电极包括：衬底；耦合至该衬底的支持丝；配置用于接收电化学反应的反应物的夹层，该夹层布置在支持丝上；以及用于创建接近于衬底的夹层区域的、相对于远离衬底的夹层区域包括较少量的供体受体材料的装置。附图说明图1示出了根据本专利技术各种实施方式的支持帽电极设计。图2示出了根据本专利技术各种实施方式的支持环电极设计。图3示出了根据本专利技术各种实施方式的环形挡件电极设计。图4示出了根据本专利技术各种实施方式的支持帽和支持环电极设计。图5示出了根据本专利技术各种实施方式的支持帽和环形挡件电极设计。图6示出了根据本专利技术各种实施方式的支持环和环形挡件电极设计。图7A、图7B和图7C示出了根据本专利技术各种实施方式的包括夹入材料的电极。图8示出了根据本专利技术各种实施方式的创建电极延伸的方法。图9示出了根据本专利技术各种实施方式的所测量电荷容量与夹入材料厚度的关系。图10示出了根据本专利技术各种实施方式的电池循环寿命与夹入材料厚度的关系。图11示出了根据本专利技术各种实施方式的一种电池。图12A和图12B示出了根据本专利技术各种实施方式的在铜衬底上生长的碳纳米纤维。图13A和图13B示出了根据本专利技术各种实施方式的涂覆有夹入材料的、在铜衬底上生长的碳纳米纤维。图14示出了根据本专利技术各种实施方式的用于收集针对图9和图10的数据的无夹层750的电极的截面图。具体实施方式图1示出了包括支持丝110的电极。支持丝110包括支持帽150。支持帽150可选地是支持丝110的延伸，并且具有大于支持丝直径112大约1％、2.5％、10％、25％、40％或者高达60％的支持帽宽度157。支持丝高度114包括支持帽高度155。在一些实施方式中，支持帽高度155至少是250纳米、500纳米、2000纳米或者5000纳米。在其他实施方式中，支持帽高度155至少是丝高度114的百分之1、5、20、30或者50。支持帽宽度157至少可以是起始点分隔距离126的百分之1、5、15、40或者75。起始点是种子层122上开始生长支持丝的位置。支持帽150(如图1所示)的横截面形状可以是矩形、三角形、方形、圆形或者菱形。其他形状也是可能的。支持帽150可以配置用于防止夹层750(图7)滑出支持丝110的未连接端。支持丝110可以是碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)或者纳米线(NW)，或者其他纳米级结构。包括CNT的材料通常是碳，并且可以包括其他材料，诸如在CNT的生长期间在给料气体中输入的金属、半导体和绝缘体。另外，CNT可以是单壁或者多壁的。包括CNF的材料通常是碳，并且可以包括其他材料，诸如在CNF的生长期间在给料气体中输入的金属、半导体和绝缘体。CNT通常描述为具有至少2nm、5nm、10nm、30nm或者50nm的直径。CNF通常描述为具有至少30nm、50nm、150nm、250nm、500nm或者750nm的直径。纳米线(NW)可以包括金属(诸如金、铜或者锡)或者半导体(诸如硅、锗、Inp、GaN、GaP、ZnO)或者氧化物，诸如MnO2、铟锡氧化物、ZnO、SnO2、Fe2O3、In2O3或者Ga2O3。其他材料也是可能的。图2示出了一个包括支持丝110的电极，该支持丝110包括支持环210。支持环210可选地是支持丝110的延伸，其具有大于支持丝直径112至少1％、2.5％、10％、25％、40％或者60％的直径。在一些实施方式中，支持环高度214至少是100、250、500、2000或者5000纳米，可能更大，并且可以小至50纳米，可能更小。在一些实施方式中，支持环高度214至少是支持丝高度114的百分之1、5、15、40或者75。支持环宽度212可以至少是起始点分隔距离126的1％、5％、15％、40％或者75％。支持环210的形状可以是矩形、方形、圆形、三角形、环形、菱形、弯曲的等。其他形状也是可能的。支持环基本距离216可选地至少是支持丝高度114的一半。环基本距离216是支持丝高度114的10％、30％或者75％是可能的。基本距离216可以从起始点120延伸至少500、1000、2500、5000或者12500纳米。附加地，基本距离216在丝延伸尖端152的若干微米内结束是可能的。图3示出了一个包括支持丝110的电极，该支持丝110包括环形挡件310。环形挡件310是由大于支持丝110的其他区域直径的直径表征的支持丝110的一个区域。在一些实施方式中，环形挡件310的直径至少大于在支持丝110的一个或多个其他区域中的支持丝110直径(例如，支持丝直径112)的百分之1、2.5、10、25、40或者60。控制环形挡件310的直径和环形挡件间隔312来创建主干350。该主干350将造成供体受体材料(DAM)减少的区域。DAM减少区域是其中相对于支持丝的其他区域存在减少量的夹入材料但未必是完全没有夹入材料的区域。例如，在各种实施方式中，DAM区域可以包括相对于支持丝110的其他区域小于百分之75、50、25、10或者5(支持丝110的每单位面积的重量)的夹入材料。(出于描述的目的，夹入材料定义为供应或者接受电荷以完成电极的外部电路的材料。夹入材料配置用于与周围的电解液交换电荷载流子、电荷供体和/或电荷接收体。夹入材料可选地能渗透这些物质)。环形挡件间隔312可以接近于0，或者至少是起始点126之间的距离的百分之10、50、75或者9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，包括：衬底；耦合至所述衬底的支持丝；夹层，包括配置用于接收电化学反应的反应物的供体受体材料，所述供体受体材料沿所述支持丝的长度布置；以及相对于所述支撑丝的第二区域，所述支撑丝的第一区域每单位面积包括按重量计算的少于75％的所述供体受体材料。

【技术特征摘要】
2009.10.22 US 61/254,090;2010.10.13 US 12/904,1131.一种电极，包括：衬底；耦合至所述衬底的支持丝；夹层，包括配置用于接收电化学反应的反应物的供体受体材料，所述供体受体材料沿所述支持丝的长度布置；以及相对于所述支撑丝的第二区域，所述支撑丝的第一区域每单位面积包括按重量计算的少于75％的所述供体受体材料。2.根据权利要求1所述的电极，其中所述支持丝包括金纳米线。3.根据权利要求1所述的电极，其中所述支持丝包括锡纳米线。4.根据权利要求1所述的电极，其中所述支持丝包括金属纳米线。5.根据权利要求1所述的电极，其中所述支持丝包括硅纳米纤维。6.根据权利要求1所述的电极，其中所述支持丝包括碳纳米纤维。7.根据权利要求1所述的电极，其中相对于所述支撑丝的第二区域，所述支撑丝的第一区域每单位面积包括按重量计算的少于50％的所述供体受体材料。8.根据权利要求1所述的电极，其中所述供体受体材料包括硅并且包括被配置成增加所述供体受体材料的导电性的掺杂剂。9.根据权利要求8所述的电极，其中所述掺杂剂包括金属。10.根据权利要求8所述的电极，其中所述掺杂剂包括锂。11.根据权利要求1-9或10所述的电极，其中所述供体受体材料包括硅。12.根据权利要求1-9或10所述的电极，其中所述供体受体材料包括使用反应物理气相沉积而沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德·安东尼·罗杰斯基，
申请(专利权)人：罗纳德·安东尼·罗杰斯基，
类型：发明
国别省市：美国;US