專利名稱：包括環(huán)形擋件的電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電極技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各種實(shí)施方式包括一種電極，該電極包括襯底；耦合至襯底的支持絲 (filament)；包括供體受體材料的夾層，該供體受體材料配置用于接收電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng) 物(例如，離子、電子、電荷供體和/或電荷受體)，供體受體材料沿支持絲的長(zhǎng)度方向布置； 以及接近于襯底的夾層區(qū)域，并且相對(duì)于遠(yuǎn)離襯底的夾層區(qū)域，其包括較少量的供體受體 材料。本發(fā)明的各種實(shí)施方式包括一種產(chǎn)生電極的方法，該方法包括接收襯底；生長(zhǎng) 耦合至襯底的支持絲的第一區(qū)域；在支持絲的第一區(qū)域中遠(yuǎn)離襯底的末端生長(zhǎng)環(huán)形擋件， 該環(huán)形擋件配置用于減小到達(dá)第一區(qū)域的供體受體材料的量；從環(huán)形擋件生長(zhǎng)支持絲的第 二區(qū)域，環(huán)形擋件的第二區(qū)域具有比環(huán)形擋件小的直徑；以及將供體受體材料應(yīng)用至支持 絲，以使得在支持絲的第二區(qū)域中相對(duì)于在支持絲的第一區(qū)域中淀積較大厚度的供體受體 材料。本發(fā)明的各種實(shí)施方式包括一種電池，該電池包括第一電極以及第二電極，第二 電極包括襯底；耦合至該襯底的支持絲；配置用于接收電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物的夾層，該夾 層布置在支持絲上；以及用于創(chuàng)建接近于襯底的夾層區(qū)域的、相對(duì)于遠(yuǎn)離襯底的夾層區(qū)域 包括較少量的供體受體材料的裝置。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的支持帽電極設(shè)計(jì)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的支持環(huán)電極設(shè)計(jì)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的環(huán)形擋件電極設(shè)計(jì)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的支持帽和支持環(huán)電極設(shè)計(jì)。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的支持帽和環(huán)形擋件電極設(shè)計(jì)。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的支持環(huán)和環(huán)形擋件電極設(shè)計(jì)。圖7A、圖7B和圖7C示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的包括夾入材料的電極。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的創(chuàng)建電極延伸的方法。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的所測(cè)量電荷容量與夾入材料厚度的關(guān)系。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的電池循環(huán)壽命與夾入材料厚度的關(guān)系。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的一種電池。圖12A和圖12B示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的在銅襯底上生長(zhǎng)的碳納米纖維。圖13A和圖1 示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的涂覆有夾入材料的、在銅襯底 上生長(zhǎng)的碳納米纖維。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方式的用于收集針對(duì)圖9和圖10的數(shù)據(jù)的無(wú)夾 層750的電極的截面圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了包括支持絲110的電極。支持絲110包括支持帽150。支持帽150可 選地是支持絲110的延伸，并且具有大于支持絲直徑112大約1%、2. 5%、10%、25%、40% 或者高達(dá)60%的支持帽寬度157。支持絲高度114包括支持帽高度155。在一些實(shí)施方式 中，支持帽高度巧5至少是250納米、500納米、2000納米或者5000納米。在其他實(shí)施方式 中，支持帽高度巧5至少是絲高度114的百分之1、5、20、30或者50。支持帽寬度157至少 可以是起始點(diǎn)分隔距離126的百分之1、5、15、40或者75。起始點(diǎn)是種子層122上開(kāi)始生長(zhǎng) 支持絲的位置。支持帽150(如圖1所示)的橫截面形狀可以是矩形、三角形、方形、圓形或 者菱形。其他形狀也是可能的。支持帽150可以配置用于防止夾層750(圖7)滑出支持絲 110的未連接端。支持絲110可以是碳納米管(CNT)、碳納米纖維(CNF)或者納米線(NW)，或者其他 納米級(jí)結(jié)構(gòu)。包括CNT的材料通常是碳，并且可以包括其他材料，諸如在CNT的生長(zhǎng)期間在 給料氣體中輸入的金屬、半導(dǎo)體和絕緣體。另外，CNT可以是單壁或者多壁的。包括CNF的 材料通常是碳，并且可以包括其他材料，諸如在CNF的生長(zhǎng)期間在給料氣體中輸入的金屬、 半導(dǎo)體和絕緣體。CNT通常描述為具有至少2nm、5nm、10nm、30nm或者50nm的直徑。CNF通 常描述為具有至少3011111、5011111、15011111、25011111、50011111或者 75011111的直徑。納米線(NW)可以 包括金屬(諸如金、銅或者錫)或者半導(dǎo)體(諸如硅、鍺、Inp、GaN、GaP、ZnO)或者氧化物， 諸如MnO2、銦錫氧化物、ZnO, SnO2, Fe203> In2O3或者Ga203。其他材料也是可能的。圖2示出了一個(gè)包括支持絲110的電極，該支持絲110包括支持環(huán)210。支持環(huán) 210可選地是支持絲110的延伸，其具有大于支持絲直徑112至少1%、2. 5%、10%、25%、 40%或者60%的直徑。在一些實(shí)施方式中，支持環(huán)高度214至少是100、250、500、2000或 者5000納米，可能更大，并且可以小至50納米，可能更小。在一些實(shí)施方式中，支持環(huán)高度 214至少是支持絲高度114的百分之1、5、15、40或者75。支持環(huán)寬度212可以至少是起始 點(diǎn)分隔距離126的1^^5%.15^^40%或者75%。支持環(huán)210的形狀可以是矩形、方形、圓 形、三角形、環(huán)形、菱形、彎曲的等。其他形狀也是可能的。支持環(huán)基本距離216可選地至少 是支持絲高度114的一半。環(huán)基本距離216是支持絲高度114的10%、30%或者75%是可 能的。基本距離216可以從起始點(diǎn)120延伸至少500、1000、2500、5000或者12500納米。附 加地，基本距離216在絲延伸尖端152的若干微米內(nèi)結(jié)束是可能的。
圖3示出了一個(gè)包括支持絲110的電極，該支持絲110包括環(huán)形擋件310。環(huán)形 擋件310是由大于支持絲110的其他區(qū)域直徑的直徑表征的支持絲110的一個(gè)區(qū)域。在一 些實(shí)施方式中，環(huán)形擋件310的直徑至少大于在支持絲110的一個(gè)或多個(gè)其他區(qū)域中的支 持絲110直徑(例如，支持絲直徑11 的百分之1、2.5、10、25、40或者60。控制環(huán)形擋件 310的直徑和環(huán)形擋件間隔312來(lái)創(chuàng)建主干350。該主干350將造成供體受體材料(DAM)減 少的區(qū)域。DAM減少區(qū)域是其中相對(duì)于支持絲的其他區(qū)域存在減少量的夾入材料但未必是 完全沒(méi)有夾入材料的區(qū)域。例如，在各種實(shí)施方式中，DAM區(qū)域可以包括相對(duì)于支持絲110 的其他區(qū)域小于百分之75、50、25、10或者5(支持絲110的每單位面積的重量)的夾入材 料。(出于描述的目的，夾入材料定義為供應(yīng)或者接受電荷以完成電極的外部電路的材料。 夾入材料配置用于與周圍的電解液交換電荷載流子、電荷供體和/或電荷接收體。夾入材 料可選地能滲透這些物質(zhì))。環(huán)形擋件間隔312可以接近于0，或者至少是起始點(diǎn)1 之間 的距離的百分之10、50、75或者95。環(huán)形擋件310可以沿支持絲110的長(zhǎng)度上的任意位置 生長(zhǎng)，例如，在一些實(shí)施方式中，環(huán)形擋件310可以布置在起始點(diǎn)120的10000、5000、2000、 1000、750、250、100、25 或者 5 納米內(nèi)。創(chuàng)建環(huán)形擋件310的方法通常類似于創(chuàng)建支持環(huán)210或者支持帽150的方法?？?制支持環(huán)210、支持帽150和/或環(huán)形擋件310的直徑的方法可以包括改變給料氣體、襯底 或者反應(yīng)室(或者三個(gè)的組合)的溫度，或者改變各種給料氣體的流速。例如，在支持絲 110的生長(zhǎng)期間改變給料氣體的組成也可以控制這些直徑。控制支持絲110、環(huán)形擋件310、 支持環(huán)210和/或支持帽150的直徑的另一方法是施加靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)電場(chǎng)，施加靜態(tài)或者 動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)，或者施加電場(chǎng)和磁場(chǎng)的組合。控制這些直徑的其他方法對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 將是易見(jiàn)的。環(huán)形擋件310、支持環(huán)210和支持帽150可選地與支持絲110是相同的材料，但是 取決于所實(shí)現(xiàn)的具體工藝，可以使用其他材料及其比率。例如，不同的給料氣體可以在不同 的處理時(shí)間使用，諸如利用乙炔、乙烯或者乙醇來(lái)代替甲烷(在CNT/CNF生長(zhǎng)的情況下)。 另外，不同的生產(chǎn)氣體可以在不同的時(shí)間使用。例如，氬可以利用諸如氨、氮或者氫之類的 生產(chǎn)氣體來(lái)代替。根據(jù)所期望的效果可以使用不同的氣體混合。CNT/CNF生長(zhǎng)領(lǐng)域內(nèi)的技 術(shù)人員可以理解，可以使用其他給料氣體和生產(chǎn)氣體。環(huán)形擋件厚度314通常將小于若干微米，但是可以是支持絲高度114的百分之1、 5、10、26、50或者75。在一些實(shí)施方式中，環(huán)形擋件厚度314小于支持絲高度114的百分之 40、20、5、2或者0.25。根據(jù)支持絲110的生長(zhǎng)速率，如圖3的平面所示的環(huán)形擋件310的 橫截面可以是橢圓形、菱形或者方形。其他橫截面形狀是可能的。支持帽150和支持環(huán)210 以及環(huán)形擋件310可選地具有這些形狀和尺寸。環(huán)形擋件直徑316由選擇用于創(chuàng)建環(huán)形擋件310的工藝方法來(lái)控制。例如，在環(huán) 形擋件310的生長(zhǎng)期間，可以改變反應(yīng)室的溫度以加速或者減慢創(chuàng)建支持絲110的反應(yīng)，由 此創(chuàng)建直徑大于支持絲110的其他區(qū)域的支持絲110的區(qū)域。例如，支持絲110可以包括 由具有相對(duì)較大直徑的環(huán)形擋件310隔開(kāi)的較窄直徑區(qū)域。備選地，支持絲可以包括在襯 底IM與環(huán)形擋件310之間的具有相對(duì)較大的直徑的區(qū)域(環(huán)形擋件310可以小于或者接 近于該區(qū)域的相同直徑)，以及遠(yuǎn)離襯底1 的具有較小直徑的區(qū)域。支持絲直徑112定義 為沿支持絲的最小直徑。6
環(huán)形擋件間隔312由起始點(diǎn)間隔126和環(huán)形擋件直徑316來(lái)控制。環(huán)形擋件310 的尺寸選擇為，使得相對(duì)于遠(yuǎn)離襯底124的支持絲110的區(qū)域，在環(huán)形擋件310與襯底IM 之間發(fā)生減小的DAM附加。單個(gè)支持絲110可以包括不止一個(gè)環(huán)形擋件310和/或不止一 個(gè)支持環(huán)210。在示出的實(shí)施方式中，主干350是將基本不具有DAM材料或者相對(duì)于支持絲110 在環(huán)形擋件310之上(遠(yuǎn)離襯底124)的部分具有減少量的DAM材料的區(qū)域。這將通過(guò)環(huán)形 擋件直徑316和環(huán)形擋件間隔312的適當(dāng)選擇來(lái)完成。例如，環(huán)形擋件間隔312和環(huán)形擋 件直徑316可以選擇為，使得特定環(huán)形擋件310剛剛接觸其最接近的相鄰環(huán)形擋件，以有效 地創(chuàng)建等于0的環(huán)形擋件間隔312。備選地，環(huán)形擋件間隔312可以大于0。環(huán)形擋件310 形成相對(duì)于支持絲110的其他部分減少了到達(dá)支持絲110在環(huán)形擋件310與襯底IM之間 的區(qū)域的DAM量的阻擋層。圖4示出了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，其中支持絲110具有支持帽150和支持環(huán) 210，但不具有環(huán)形擋件310。圖5示出了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，其中支持絲110具有支持帽150和環(huán)形擋件 310，但是不具有支持環(huán)210。圖6示出了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，其中支持絲110具有支持環(huán)210和環(huán)形擋件 310，但是不具有支持帽150。圖4-圖6示出了支持絲110上可以包括的支持帽150、支持 環(huán)210和環(huán)形擋件310的任意組合。這些組合可以包括這些元件中的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或者 更多個(gè)。單個(gè)支持絲110可以包括不止一個(gè)環(huán)形擋件310和/或不止一個(gè)支持環(huán)210。支 持環(huán)210和環(huán)形擋件310的位置可以在支持絲110的長(zhǎng)度上相對(duì)于圖中示出的位置向上或 者向下改變。環(huán)形擋件310和支持環(huán)210通常圍繞支持絲110的縱軸圓柱對(duì)稱。圖7A示出了包括DAM的夾層750、環(huán)形擋件310、支持帽150和支持環(huán)210。該圖 示圖形地表示了環(huán)形擋件310上的基本功能，例如，夾層750基本上在支持帽150與環(huán)形擋 件310之間的支持絲110上部上沉積/生長(zhǎng)，而不在(或者較少)在環(huán)形擋件310以下的 區(qū)域上淀積/生長(zhǎng)，由此創(chuàng)建了夾入材料相對(duì)較少或者基本沒(méi)有夾入材料的DAM減少區(qū)域 720。通過(guò)適當(dāng)選擇環(huán)形擋件直徑316以及環(huán)形擋件間隔312，創(chuàng)建了掩膜，使得最少的(或 者較少)夾入材料到達(dá)襯底124。DAM減少區(qū)域720是支持絲110上防止夾層750沉積的區(qū)域。通常，DAM減少區(qū)域 720鄰近種子層122。圖7A還示出了支持帽150和支持環(huán)210的使用。支持帽150和支持環(huán)210都由 大于支持絲110的其他部分的直徑112的直徑表征。在一些實(shí)施方式中，假設(shè)夾層750在 電極操作期間膨脹，則夾層將與支持絲110的直徑分開(kāi)。在一些實(shí)施方式中，只要支持環(huán)寬 度212和/或支持帽寬度157的直徑大于膨脹的夾入材料的內(nèi)徑，夾層750就將機(jī)械地約 束至支持絲110，由此確保夾入材料將不會(huì)與支持絲110分開(kāi)。環(huán)形擋件310和支持環(huán)210可選地大小和/或形狀相似。環(huán)形擋件310與支持環(huán) 210之間的一個(gè)差別在于支持環(huán)210布置在支持絲110的某個(gè)位置上(或者以其他方式配 置為)使得其支持夾層750附接到支持絲110上。例如，支持環(huán)210配置用于防止夾層750 滑出支持絲110的未連接端。相反，環(huán)形擋件310布置(或者以其他方式配置)在支持絲 110的某個(gè)位置，使得其在環(huán)形擋件310與襯底IM之間的支持絲110區(qū)域中產(chǎn)生相對(duì)于支持絲110的其他部分具有減少的夾層750的區(qū)域。在較小的程度上，支持環(huán)210還可以產(chǎn) 生略微減少的夾層750的區(qū)域。自由夾入材料710是在夾層750的沉積/生長(zhǎng)期間不被環(huán)形擋件310阻止的材 料。用于夾層750的沉積/生長(zhǎng)的材料源通常視作來(lái)自支持絲110之上(頁(yè)面上方)，如圖 7A-圖7C所示。圖7C示出了支持絲110的備選實(shí)施方式。這些實(shí)施方式包括具有不止一個(gè)支持 環(huán)和錐形的支持絲的示例。圖7B和圖7C所示的支持絲110的各種不同示例通常不在相同 的電極上。一個(gè)電極通常包括一種類型的支持絲110、支持環(huán)210、支持帽150和環(huán)形擋件 310，因?yàn)樗械闹С纸z一起生成。在此所示的變體僅用于示例的目的。圖7A-圖7C所示 的夾層750的厚度也僅為了說(shuō)明的目的。在典型的實(shí)施方式中，夾層750顯著地比支持絲 110厚。隨著充電物質(zhì)被吸收和釋放，夾層750的厚度也將改變。還需要注意，在此描述的 夾層750厚度針對(duì)沒(méi)有充電物質(zhì)被夾層750吸收或者釋放的情況。圖8示出了用于制造具有夾層750的支持絲的方法。第一步驟801是接收襯底 124。襯底IM在陽(yáng)極的情況下可選地是銅，或者在陰極的情況下可選地是鋁。根據(jù)所期望 的應(yīng)用，襯底可以是其他材料。例如，可以將不銹鋼或者石墨用作襯底。根據(jù)所期望的應(yīng)用， 電池設(shè)計(jì)領(lǐng)域技術(shù)人員還可以指定其他材料。可選的第二步驟803是清理襯底。清理803襯底的目的在于為隨后工藝步驟中的 材料的后續(xù)沉積和生長(zhǎng)而準(zhǔn)備襯底。這意味著去除任何有機(jī)物、氧化物和存在于當(dāng)前集電 極上的其他污染物。清理襯底的方法的范圍可以包括物理的(例如使用研磨以去除已經(jīng)暴 露于污染物的材料薄層)、化學(xué)的(使用溶劑，諸如丙酮、異丙醇、TCE或者甲醇)和/或化 學(xué)刻蝕(檸檬酸浸泡/沖洗，在銅的情況下，其溶解了部分實(shí)際襯底)，或者物理和化學(xué)方法 的任意組合，從而為后續(xù)的工藝步驟準(zhǔn)備表面。第三步驟805是可選的種子層沉積。種子層沉積805是創(chuàng)建用于支持絲110生長(zhǎng) 的基層或者種子層122的工藝步驟。該工藝步驟可以通過(guò)氣相(物理或者化學(xué))沉積/生 長(zhǎng)、液相沉積/生長(zhǎng)或者固相沉積/生長(zhǎng)或其任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。物理氣相沉積技術(shù)(其中要沉積的材料以氣相從源輸送至襯底)可以包括熱蒸 發(fā)、電子束蒸發(fā)、DC濺射、DC磁控管濺射、RF濺射、脈沖激光沉積、陰極弧沉積等。使用反應(yīng) 物理汽相沉積和以下方法也是可能的，該方法通過(guò)在生長(zhǎng)工藝期間將“污染氣體”注入到室 中，從而隨著其生長(zhǎng)將其自身并入到層中。化學(xué)氣相沉積技術(shù)(其中化學(xué)前驅(qū)以氣相輸送到表面，并且隨后繼而在表面處經(jīng) 歷化學(xué)反應(yīng))可以包括低壓化學(xué)汽相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積、大氣壓化學(xué)汽相 沉積、金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積、熱線化學(xué)汽相沉積、甚高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積、 微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積等。創(chuàng)建種子層122的液相沉積技術(shù)可以包括鍍覆、電鍍或者化學(xué)溶液沉積等。固相 沉積技術(shù)可以包括聚焦離子束沉積。沉積的另一可能性是包含液體和懸浮適當(dāng)大小的粒子 的溶液，其噴灑在當(dāng)前集電極上，并且繼而襯底隨后“固化”，使得載流子溶液被去除，而粒 子被完整地留在襯底表面上。以上工藝步驟的任意組合可以用于創(chuàng)建適當(dāng)?shù)姆N子層122，以用于創(chuàng)建用于支持 絲110生長(zhǎng)的起始點(diǎn)。
工藝中的第四步驟815是創(chuàng)建起始點(diǎn)。該步驟取決于所選擇的用于創(chuàng)建種子層 122的方法。例如，起始點(diǎn)分隔距離1 可以由所選擇的用于種子層沉積805的厚度和材料 來(lái)確定。例如，3000埃鎳/300埃鉻的種子層將產(chǎn)生每平方厘米特定數(shù)目的起始點(diǎn)。如果鎳 的厚度減少至2000埃，則每平方厘米的起始點(diǎn)數(shù)目將與3000埃厚度的鎳不同。如果選擇 另一材料，諸如鐵來(lái)代替鎳，則所產(chǎn)生的每平方厘米的起始點(diǎn)也將不同。步驟815可選地是 步驟805的一部分。固相沉積技術(shù)可以允許控制每平方厘米的起始點(diǎn)。這可以是聚焦離子束沉積，其 中起始點(diǎn)/cm2直接由聚焦離子束沉積其材料的位置來(lái)控制；或者可以是納米粒子懸浮，其 中起始點(diǎn)/cm2由給定懸浮體積中包含的納米粒子的數(shù)目來(lái)控制。起始點(diǎn)的數(shù)目還可以由 聚焦離子束沉積點(diǎn)的大小或者溶液中納米粒子的大小等來(lái)控制。通常在其中制造電極的反應(yīng)物到達(dá)與適合的給料氣體流的適合反應(yīng)溫度，并且給 料氣體開(kāi)始催化種子層122時(shí)，創(chuàng)建起始點(diǎn)。由此已經(jīng)創(chuàng)建了起始點(diǎn)，并且開(kāi)始支持絲110 生長(zhǎng)。第五步驟820是生長(zhǎng)支持絲110。生長(zhǎng)支持絲110存在眾多可用的生長(zhǎng)工藝。例 如，化學(xué)汽相沉積、熱化學(xué)汽相沉積、汽相-液體-固體生長(zhǎng)(CVD的一種類型)和等離子體 增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積是通過(guò)其可以實(shí)現(xiàn)碳納米管(CNT)、碳納米纖維(CNF)和納米線(NW)生 長(zhǎng)的工藝。絲生長(zhǎng)領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，存在其他可用的生長(zhǎng)方法?？梢杂糜谏L(zhǎng)CNT/CNF的給料氣體的示例是一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。 使用其他碳?xì)浠衔锘蛘邿o(wú)機(jī)化合物用于生長(zhǎng)工藝也是可能的。感興趣的是等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(CVD)方法，由于支持絲110的生長(zhǎng)與等 離子體的電場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)，所以允許產(chǎn)生垂直對(duì)準(zhǔn)的支持絲110。在特定工藝條件下，熱CVD也可 以產(chǎn)生垂直對(duì)準(zhǔn)的支持絲110。另外，水輔助CVD使得具有非常高的縱橫比的垂直對(duì)準(zhǔn)支持 絲(長(zhǎng)度/直徑大約等于1，000，000)成為可能，允許產(chǎn)生非常高的支持絲。還示出，適當(dāng)改變的細(xì)菌和病毒已經(jīng)生長(zhǎng)為納米線結(jié)構(gòu)。此類技術(shù)可以用于創(chuàng)建 支持絲110。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇材料，一次可以一起使用若干技術(shù)。例如，在施加電場(chǎng)的情況下， 細(xì)菌/病毒可以用于生長(zhǎng)CNT/CNF/NW，用以產(chǎn)生垂直對(duì)準(zhǔn)的支持絲。支持絲110生長(zhǎng)的另 一方法是在VLS生長(zhǎng)期間施加電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)，以控制生長(zhǎng)CNT/CNF/NW的軌跡，這控制支 持絲110的三維形狀。另一技術(shù)是利用在PECVD模式中操作的反應(yīng)物來(lái)開(kāi)始CNT/CNF/NW 支持絲110的生長(zhǎng)；在指定時(shí)間之后，反應(yīng)物可以轉(zhuǎn)換到熱CVD模式；并且繼而再次在指定 時(shí)間之后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)換回PECVD模式。CNT/CNF/NW生長(zhǎng)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，存在其他 可能的組合允許支持絲110的適當(dāng)生長(zhǎng)控制。支持絲110的高度114通常由生長(zhǎng)工藝的持續(xù)時(shí)間確定。反應(yīng)物的溫度、所使用 的給料氣體以及所施加的電場(chǎng)和磁場(chǎng)(或者其不存在)的組合和強(qiáng)度可以影響絲生長(zhǎng)的速度和量。如果納米粒子懸浮方法被選擇用于創(chuàng)建種子層122，則支持絲110的直徑112通常 由種子層122的厚度或者包含在懸浮中的納米粒子的大小來(lái)確定，或者如果聚焦離子束沉 積被選擇用于創(chuàng)建種子層122，則由離子束的大小來(lái)確定支持絲110的直徑112。反應(yīng)物的 溫度、所使用的給料氣體以及所施加的電場(chǎng)和磁場(chǎng)(或者其不存在)的組合和強(qiáng)度也可以影響支持絲110的直徑。在支持絲110的生長(zhǎng)步驟820期間，可能實(shí)現(xiàn)子步驟820a，其中生長(zhǎng)環(huán)形擋件 310。這可以通過(guò)改變反應(yīng)物的溫度、所使用的給料氣體及其相對(duì)組成和流動(dòng)速率、以及所 施加的電場(chǎng)和磁場(chǎng)(或者其不存在)的方向和強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。改變的持續(xù)時(shí)間隱式確定環(huán)形 擋件厚度314和環(huán)形擋件直徑316。環(huán)形擋件間隔由上述參數(shù)改變到就緒狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間 (以及改變自身的持續(xù)時(shí)間)來(lái)控制，以及通過(guò)起始點(diǎn)間隔距離1 來(lái)控制。子步驟820a 可以被重復(fù)。在支持絲110的生長(zhǎng)步驟820期間，可能實(shí)現(xiàn)子步驟820b，其中生長(zhǎng)支持環(huán)210 ； 如果步驟820b發(fā)生，則這將在步驟820a之后發(fā)生。子步驟820b通過(guò)改變反應(yīng)物的溫度、 改變所使用的給料氣體及其相對(duì)組成、以及改變所施加的電場(chǎng)和磁場(chǎng)(或者其不存在)的 組合和強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。支持環(huán)210的直徑、厚度和高度較大程度上由上述參數(shù)的改變來(lái)控制。在支持絲110的生長(zhǎng)步驟820期間，可能實(shí)現(xiàn)子步驟820c，其中生長(zhǎng)支持帽150 ； 如果步驟820c發(fā)生，則這將在步驟820b之后發(fā)生。這可以通過(guò)改變反應(yīng)物的溫度，改變所 使用的給料氣體及其相對(duì)組成，以及改變所施加的電場(chǎng)和磁場(chǎng)(或者其不存在)的組合、方 向和強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。支持帽150的直徑、厚度和高度可選地由上述參數(shù)的改變來(lái)控制?？梢詫?shí)現(xiàn)三個(gè)步驟820a、820b和820c中的任意步驟，無(wú)論其他步驟820a、820b和 820c存在還是不存在。例如，可以執(zhí)行步驟820a而不執(zhí)行步驟820b或者步驟820c。備選 地，可以執(zhí)行步驟820a和820c，而不執(zhí)行步驟820b，或者可以決定執(zhí)行步驟820b，而不執(zhí)行 步驟820a或者820c。備選地，可以決定不實(shí)現(xiàn)子步驟820a、820b和820c中的任何步驟，由 此創(chuàng)建沿其長(zhǎng)度具有最小化直徑改變的支持絲110。第六步驟825是創(chuàng)建DAM減少區(qū)域720，注意，DAM減少區(qū)域720對(duì)應(yīng)于主干350。 (元件350與370之間的區(qū)別的原因在于DAM減少區(qū)域720在夾層750的沉積期間創(chuàng)建， 而主干350與支持絲110的形狀共同定義。當(dāng)添加夾層750時(shí)，主干350將成為DAM減少 區(qū)域720。具體地，主干350是支持絲110的一部分，而DAM減少區(qū)域720是指其中減少或 者不存在夾入材料750的區(qū)域)。DAM區(qū)域創(chuàng)建工藝步驟825可以通過(guò)若干方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，包 括但不限于使用環(huán)形擋件310。此類方法的示例包括在夾入材料的生長(zhǎng)和定向沉積(諸如 蒸發(fā)或者離子束沉積)期間，控制支持絲110的縱橫比。附加的方法包括底層處的電沉積 和無(wú)電沉積，以隔離主干350?？赡軋?zhí)行掩膜層的濺射/光刻蝕，以向夾層750生長(zhǎng)/沉積 打開(kāi)支持絲110，或者備選地，可以修改支持絲110的生長(zhǎng)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)有益的縱橫比(諸如 樹(shù)狀結(jié)構(gòu))。這可以通過(guò)改變生長(zhǎng)期間使用的給料和生產(chǎn)氣體的組成來(lái)進(jìn)行。另一可能的 方法是創(chuàng)建DAM減少區(qū)域720，以執(zhí)行夾入材料的沉積和定向回蝕(例如反應(yīng)離子刻蝕)， 以免除支持絲110被夾層750覆蓋。DAM減少區(qū)域729的創(chuàng)建取決于選擇用于CNT/CNF/NW 生長(zhǎng)的方法和結(jié)構(gòu)，以及被選擇用于夾層沉積的方法和結(jié)構(gòu)。例如，在已經(jīng)沉積夾層750之 后，例如經(jīng)由適合的定向刻蝕(諸如反應(yīng)離子刻蝕或者感應(yīng)耦合等離子體刻蝕)創(chuàng)建DAM 減少區(qū)域720可以是可能的。第八工藝步驟830是沉積/生長(zhǎng)夾層750。(注意，DAM是指在電池充電和放電期 間供應(yīng)或者接受離子的材料，其中夾層750包括DAM以及可以提供附著的其他層，或者可以 提供增加吸收的層，或者可以改善導(dǎo)電性的層。層的其他目的是可能的。這些附加層可以 在沉積的DAM之上或者之下)。
夾層750的生長(zhǎng)可以通過(guò)氣相(物理或者化學(xué))沉積/生長(zhǎng)、液相沉積/生長(zhǎng)或 者固相沉積/生長(zhǎng)或其任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。物理氣相沉積技術(shù)(其中要沉積的材料以氣相從源輸送至襯底)可以包括熱蒸 發(fā)、電子束蒸發(fā)、DC濺射、DC磁控管濺射、RF濺射、脈沖激光沉積、陰極弧沉積等。使用反應(yīng) 物理汽相沉積和以下方法也是可能的，該方法通過(guò)在生長(zhǎng)工藝期間將“污染氣體”注入到室 中，從而隨著其生長(zhǎng)將其自身并入到層中?；瘜W(xué)氣相沉積技術(shù)(其中化學(xué)前驅(qū)以氣相輸送到表面，并且隨后繼而在表面處經(jīng) 歷化學(xué)反應(yīng))可以包括低壓化學(xué)汽相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積、大氣壓化學(xué)汽相 沉積、金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積、熱線化學(xué)汽相沉積、甚高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積、 微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積等。注意，在任何沉積階段，可以同時(shí)沉積不止一種材料。例如，可以同時(shí)沉積/生長(zhǎng) 兩種(或者更多種)不同類型的金屬，諸如錫(Sn)和金(Au)；可以沉積/生長(zhǎng)兩種(或者 更多種)不同類型的半導(dǎo)體，諸如硅(Si)和鍺(Ge)；可以生長(zhǎng)/沉積兩種(或者更多種) 不同類型的氧化物，諸如磷酸鋰鐵(LiFePO4)和鋰鎳鈷錳氧化物(Li(NiCoMn)O2)tj另外，可 能對(duì)材料類型進(jìn)行混合，諸如金屬和半導(dǎo)體，或者半導(dǎo)體和氧化物，或者金屬和氧化物，或 者金屬、半導(dǎo)體和氧化物。示例包括硅(Si)和鋰(Li)共沉積，硅(Si)和LiO2(或者SiO2) 共沉積，以及硅(Si)、鋰(Li)和LiO2(或者SiO2)共沉積。也可以期望共沉積絕緣材料，諸 如二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(Si3N4)15另外，也可以期望共沉積碳(C)。夾層750可選地由液相工藝創(chuàng)建，液相工藝諸如無(wú)電沉積或者電鍍。通過(guò)利用包 含懸浮在粘合劑溶劑基質(zhì)中的夾入材料(諸如硅(Si)或者錫(Sn))來(lái)涂覆支持絲從而創(chuàng) 建夾層也是可能的。在適當(dāng)?shù)奶幚碇?，將溶劑?qū)逐出基質(zhì)之外，僅保留粘合劑和夾入材 料，由此創(chuàng)建了包括支持絲110和夾入材料的電極。該技術(shù)也可以應(yīng)用于陰極。夾層可以 包括氣凝膠。當(dāng)夾層750根據(jù)液體工藝生成時(shí)，DAM減少區(qū)域720可選地可以通過(guò)在主干 350中包括排斥該液體的材料而生成。例如，如果使用水，則疏水物質(zhì)可以包括在主干350 的區(qū)域中。這些物質(zhì)可以并入支持絲110或者涂覆在支持絲110的表面上。在一些實(shí)施方式中，夾層750的導(dǎo)電性由適當(dāng)?shù)剡x擇沉積和生長(zhǎng)技術(shù)來(lái)控制。例 如，在濺射的情況下，使用重?fù)诫sP+或者η+的硅相對(duì)于使用不摻雜硅將創(chuàng)建相對(duì)導(dǎo)電的 體硅夾層(例如，高摻雜硅是10，s ohm-cm，而純硅是10000’ s ohm-cm)。在使用硅烷的 CVD硅沉積的情況下，可選地可以使用添加磷化氫或者砷化氫來(lái)增加沉積/生長(zhǎng)的硅的導(dǎo) 電性。在各種實(shí)施方式中，摻雜劑包括硼(B)、鎵(( )、砷(As)、磷(P)、銻(Sb)、銦an)、鉈 (Th)和/或鉍(Bi)。其他摻雜劑是可能的。在一些實(shí)施方式中，通過(guò)在沉積/生長(zhǎng)硅時(shí)沉積金屬(諸如但不限于金(Au)、錫 (Sn)、銀(Ag)、鋰(Li)或者鋁(Al))，可以增加夾層750的導(dǎo)電性。在一些實(shí)施方式中，夾 層750的導(dǎo)電性經(jīng)由離子注入來(lái)控制。這些方法使用選擇用于夾層750的其他材料(諸如 鍺(Ge))也是可能的。在各種實(shí)施方式中，所產(chǎn)生的夾層750的電阻率小于lohm-cm，小于 lOohm-cm,小于500ohm_cm，小于2000ohm_cm，或者小于12000ohm_cm。在其他實(shí)施方式中， 電阻率大于12000ohm-cm。在一些實(shí)施方式中，步驟830包括對(duì)沉積的夾層750的后處理。該后處理可以改 變夾層750的晶體結(jié)構(gòu)。例如，在一些實(shí)施方式中，非晶硅被沉積為夾層750，而后續(xù)工藝步驟對(duì)非晶硅進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐嘶?，由此在夾層750上創(chuàng)建多晶硅的層和/或表面。產(chǎn)生的結(jié)構(gòu) 可以包括外表面上的多晶硅層以及在多晶硅層與支持絲110之間的非晶硅層。兩個(gè)硅層都 視為夾層750的一部分。該退火工藝可以通過(guò)使用高功率激光器或者某些其他快速高溫?zé)?源來(lái)實(shí)現(xiàn)。該沉積之后的后退火方法可選地可以應(yīng)用于陰極和/或陽(yáng)極材料。在一些實(shí)施方式中，沉積的夾層750是鈍化的。在硅的情況下，鈍化可以通過(guò)在本 文中的別處討論的退火來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)沉積大約小于5、10、40、100或者250納米的氧化 物、氮化物和/或碳化物層來(lái)實(shí)現(xiàn)。該氧化物、碳化物或者氮化物層被視作夾層750的一部 分，并且可以作為生長(zhǎng)支持絲步驟820的一部分來(lái)生成。氧化物或者氮化物可以通過(guò)熱處 理方法以及標(biāo)準(zhǔn)CVD和PECVD技術(shù)來(lái)生長(zhǎng)或者沉積。例如，表面鈍化可選地可以通過(guò)在夾 層750的表面上生長(zhǎng)碳化物來(lái)實(shí)現(xiàn)。該生長(zhǎng)可以通過(guò)執(zhí)行種子層沉積步驟805、創(chuàng)建起始點(diǎn) 步驟815以及生長(zhǎng)支持絲步驟820來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中碳化物、氧化物和/氮化物在步驟820中生 長(zhǎng)。在一些實(shí)施方式中，在夾層750上生長(zhǎng)的CNT/CNF/NW高度最大是幾微米，并且通常小于邪0歷。由于支持絲110、環(huán)形擋件310、支持環(huán)210和支持帽150的形狀，沿支持絲110的 長(zhǎng)度在不同位置處沉積不同量的夾入材料。用于創(chuàng)建夾層750的沉積/生長(zhǎng)方法可選地依 賴于用于起始和繼續(xù)生長(zhǎng)過(guò)程的表面反應(yīng)。如果減少了反應(yīng)物到支持絲110的表面的流 量，則夾層750的沉積/生長(zhǎng)速率將相應(yīng)減少。通過(guò)示例的方式，并且參考圖7A-圖7C，如果環(huán)形擋件間隔312是0，則基本上沒(méi) 有或者只有最少量的反應(yīng)物將到達(dá)支持絲110在環(huán)形擋件310之下的表面，這產(chǎn)生了 DAM 減少區(qū)域720，與支持絲110的其他部分相比，其具有相對(duì)很少的夾層750。保證沿支持絲110的長(zhǎng)度沉積/生長(zhǎng)不同量的夾層750的另一方式依賴于支持 絲高度114與起始點(diǎn)分隔126的較大縱橫比。該縱橫比的量級(jí)可以近似于5 UlO 1、 100 UlOOO UlOOOO 1或者高至1000000 1，可能更大。因?yàn)檩^大的縱橫比意味 著隨著反應(yīng)物向襯底IM移動(dòng)，支持絲的橫向表面具有難以察覺(jué)的較小立體角，沿支持絲 的生長(zhǎng)量相應(yīng)減少，由此產(chǎn)生了具有很少或者沒(méi)有夾層750的DAM減少區(qū)域720。以這種方 式產(chǎn)生DAM減少區(qū)域720不需要環(huán)形擋件310。在步驟840，可以完成電極制造。電極可選地包括在電池內(nèi)。圖9A和圖9b示出了使用在此描述的工藝創(chuàng)建的陽(yáng)極的測(cè)量容量，其中支持絲110 是碳納米纖維，而夾層750是硅。圖9A示出了隨夾層750的厚度增加的電極的容量。在圖 9B中，線910示出了僅石墨涂層的計(jì)算容量，而線920示出了使用非晶和多晶硅的混合物的 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。測(cè)量在半電池設(shè)置(half-cell setup)中進(jìn)行。圖9B示出了與純石墨基的陽(yáng) 極相比，電荷存儲(chǔ)容量具有的5到7倍的改進(jìn)。改進(jìn)的量取決于夾層750的厚度和材料類 型。圖10示出了與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電極相比較，使用利用在此描述的工藝創(chuàng)建的陽(yáng)極的電 池的循環(huán)壽命與夾層的溫度和厚度的關(guān)系。支持絲Iio是碳納米纖維，而夾層750是硅。測(cè) 量可以在全電池設(shè)置(full-cellsetup)中在兩個(gè)不同的溫度下進(jìn)行，并且以C/2速率執(zhí)行 循環(huán)。數(shù)據(jù)顯示，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，在提高溫度下具有顯著增強(qiáng)的循環(huán)壽命。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的電池1100。電池1100包括諸如此處圖 1-圖8所示的第一電極1110，以及第二電極1120。第二電極1120可以包括或者可以不包括圖1-圖8所示的特征。電池1100還包括導(dǎo)體(未示出)，其配置用于在配置為向負(fù)載提 供電功率的電路中耦合第一電極1110和第二電極1120。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解可以 如何配置這些導(dǎo)體。電池1100通常是可充電的電池。第一電極可以配置用于作為陽(yáng)極或 者陰極操作。圖12A是支持絲110的高度114是3. 5微米的電極的示圖。圖12B是支持絲110 的高度114是17. 5微米的電極的示圖。圖12A和圖12B中的這些支持絲不包括夾入材料。圖13A是支持絲110的高度114是3. 5微米并且0. 25微米的硅沉積為夾層750 的電極的示圖。數(shù)據(jù)指示，涂覆有0.25微米的夾層750(硅)的3. 5微米支持絲110具有 非常低的循環(huán)壽命(< 10次循環(huán))。圖1 是支持絲110的高度114是17. 5微米并且0. 25微米的硅沉積為夾層750 的電極的示圖。數(shù)據(jù)指示，涂覆有0.25微米夾層750(硅)的17. 5微米支持絲110具有非 常良好的循環(huán)壽命(>30次循環(huán)，<20%的容量衰減)。本發(fā)明的各種實(shí)施方式包括具有 高度114至少為17. 5微米(17. 5χ1(Γ6米)以及具有至少0. 1,0. 25,0. 35,0. 5或者0. 75微 米的夾層750的支持絲110。圖14是支持絲的高度114是10微米并且不存在夾層的電極的橫截面。該電極設(shè) 計(jì)(具有線性測(cè)量的0. 5微米、1. 5微米和4. 0微米的夾層材料沉積厚度)已經(jīng)進(jìn)行測(cè)試， 并且產(chǎn)生了圖9和圖10所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)。該結(jié)果指示，在提高的溫度處具有增強(qiáng)的容量和改 進(jìn)的循環(huán)壽命(在60攝氏度時(shí)，300次循環(huán)，40%容量衰減，C/2速率)。本發(fā)明的各種實(shí) 施方式包括具有至少10微米(10. Ox 10_6米)的高度114以及至少0. 1、0. 25、0. 35、0. 5或 者0. 75微米的夾層750的支持絲110。在此具體示出和/或描述了若干實(shí)施方式。然而，將理解，在不脫離所附權(quán)利要求 的精神和保護(hù)范圍的情況下，修改和變體由以上教導(dǎo)覆蓋，并且在所要保護(hù)的范圍內(nèi)。例 如，在此描述的電極可以在電池以外的設(shè)備中使用。在此描述的實(shí)施方式是本發(fā)明的示例。因?yàn)閰⒖际纠枋隽吮景l(fā)明的這些實(shí)施方 式，所以所描述的方法和/或特定結(jié)構(gòu)的各種修改和調(diào)整對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可以變得 易見(jiàn)。依賴本發(fā)明的教導(dǎo)并且在這些教導(dǎo)上推進(jìn)技術(shù)的所有此類修改、調(diào)整或者變體視為 在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，這些描述和附圖不應(yīng)當(dāng)解釋為限制方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明 決不僅限于所示的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種電極，包括襯底；耦合至所述襯底的支持絲；夾層，包括配置用于接收電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物的供體受體材料，所述供體受體材料沿 所述支持絲的長(zhǎng)度布置；以及接近于所述襯底的夾層區(qū)域，相對(duì)于遠(yuǎn)離所述襯底的夾層區(qū)域，其包括較少量的供體 受體材料。
2.如權(quán)利要求1所述的電極，其中所述支持絲包括碳納米管或者碳納米纖維，或者納 米線。
3.如權(quán)利要求1所述的電極，其中所述夾層包括硅、錫或者鍺。
4.如權(quán)利要求1所述的電極，還包括沿所述支持絲的長(zhǎng)度布置的環(huán)形擋件，所述環(huán)形 擋件配置用于生成包括較少量的所述供體受體材料的夾層區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的電極，其中按照支持絲每單位面積的重量，包含較少量的供體 受體的夾層區(qū)域中的夾入材料的量包括相對(duì)于遠(yuǎn)離所述襯底的區(qū)域而言至少小25%的供 體受體材料。
6.如權(quán)利要求4所述的電極，其中按照支持絲每單位面積的重量，包含較少量的供體 受體的夾層區(qū)域中的夾入材料的量包括相對(duì)于遠(yuǎn)離所述襯底區(qū)域而言至少小50%的供體 受體材料。
7.如權(quán)利要求1所述的電極，還包括支持環(huán)，其配置用于防止所述夾層與所述支持絲 分離。
8.如權(quán)利要求1所述的電極，還包括支持帽，其配置用于防止所述夾層與所述支持絲 分離。
9.如權(quán)利要求1所述的電極，其中所述夾層是P+或者η+摻雜的。
10.如權(quán)利要求1所述的電極，還包括布置在所述襯底與所述支持絲之間的種子層，所 述種子層配置用于將所述支持絲耦合至所述襯底。
11.如權(quán)利要求1所述的電極，其中所述電極包括環(huán)形擋件、支持環(huán)和支持帽中的不止 兩個(gè)。
12.如權(quán)利要求1所述的電極，還包括在所述夾層的表面上的碳化物層、氧化物層或者 氮化物層。
13.如權(quán)利要求1所述的電極，其中所述夾層包括選擇用于增加所述夾層的導(dǎo)電性的金屬。
14.如權(quán)利要求1所述的電極，其中所述夾層的表面是鈍化的。
15.一種產(chǎn)生電極的方法，所述方法包括接收襯底；生長(zhǎng)支持絲的第一區(qū)域，其耦合至所述襯底；在所述支持絲的第一區(qū)域的遠(yuǎn)離所述襯底的末端生長(zhǎng)環(huán)形擋件，所述環(huán)形擋件配置用 于減少到達(dá)所述第一區(qū)域的供體受體材料的量；從所述環(huán)形擋件生長(zhǎng)所述支持絲的第二區(qū)域，所述環(huán)形擋件的第二區(qū)域具有比所述環(huán) 形擋件小的直徑；以及對(duì)所述支持絲應(yīng)用供體受體材料，使得在所述支持絲的第二區(qū)域中沉積比所述支持絲 的第一區(qū)域更大厚度的供體受體材料。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中通過(guò)改變生長(zhǎng)條件使得所述支持絲的直徑增加來(lái) 生長(zhǎng)所述環(huán)形擋件。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述供體受體材料包括硅、錫或者鍺，并且所述支 持絲包括碳納米管、碳納米纖維和納米線。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括生長(zhǎng)支持帽，其配置用于防止所述供體受體材 料滑出所述支持絲的未連接端。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括生長(zhǎng)支持環(huán)，其配置用于防止所述供體受體材 料滑出所述支持絲的未連接端。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括對(duì)所述襯底應(yīng)用種子層，所述種子層配置用于 生長(zhǎng)支持絲。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括向所述供體受體材料的表面添加氧化物、碳化 物或者氮化物層。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括向所述供體受體材料添加η+或者ρ+摻雜的材料。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括向所述供體受體材料添加金屬。
24.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括在向所述支持絲應(yīng)用所述供體受體材料之后， 加熱所述供體受體材料，以便改變所述夾入材料的晶體結(jié)構(gòu)。
25.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括在向所述支持絲應(yīng)用所述供體受體材料之后， 鈍化所述夾入材料。
26.一種電池，包括 第一電極；以及 第二電極，包括 襯底，耦合至所述襯底的支持絲，夾層，配置用于接收電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物，所述夾層布置在所述支持絲上，以及 用于創(chuàng)建接近于所述襯底的、相對(duì)于遠(yuǎn)離所述襯底的夾層區(qū)域包括較少量的供體受體 材料的夾層區(qū)域的裝置。
27.如權(quán)利要求沈所述的電池，其中所述第二電極配置作為陽(yáng)極操作。
28.如權(quán)利要求沈所述的電池，還包括用于防止所述夾層滑出所述支持絲的裝置。
29.如權(quán)利要求沈所述的電池，還包括用于增加所述夾層的導(dǎo)電性的裝置。
全文摘要
一種包括環(huán)形擋件的電極，包括配置用于防止夾層從電極分離的結(jié)構(gòu)和/或配置用于在電極上創(chuàng)建具有較小濃度夾入材料的區(qū)域的結(jié)構(gòu)。該電極包括支持絲，在支持絲上布置了夾層。支持絲可選地具有納米級(jí)尺寸。
文檔編號(hào)H01M4/02GK102044659SQ201010519800
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者羅納德·安東尼·羅杰斯基 申請(qǐng)人:羅納德·安東尼·羅杰斯基