[发明专利]交指型电极结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及交指型电极结构(interdigitated electrodestructure)。 

背景技术

诸如蓄电池、燃料电池、电互连线等的许多设备都可以受益于不同材料的紧密相间的交指型条(tightly spaced interd igitatedstrip)。术语“条”用在这里的意思是，线状或其他形状的材料，其仅包含该材料。它不与相邻的其他材料的条混合。 

当试图制造紧密相间的交指型条时，出现了一些问题。在一个方法中，使用压缩的流动聚焦(flow focusing)产生浆形功能性材料的优良特征。这一方法的实例可以在2010年8月3日颁布的美国专利No.7,765,949以及在2010年9月21日颁布的美国专利No.7,799,371中找到。这些专利中采取的方法涉及将材料组合成“共层(co-laminar)”流，其中两个不同材料的三个层流被带到一起以形成一个流，但是这两个材料不混合在一起。这一方法满足了其中特征以毫米标度间距按照数十微米的数量级排列的应用。例如，一个太阳能电池可以具有156mm的宽度和大约80个栅线，每个栅线大约50微米宽，且相邻栅线之间间隔将近2mm。 

相比而言，在用于能量存储设备的电极设计中需要的交指型结构可能要求以微米标度交叉的微米标度特征。例如，一个通常的阴极结构可以包括5微米宽和100微米高的交叉结构。一个电极结构可以是300mm宽且有不同材料的60,000个交叉指。从分立的喷嘴或从多材料的缝容器中分配这些材料将是不切实际的。 

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种电极结构，包括：一个层，具 有至少两个交指型材料，第一材料是导电材料，第二材料是离子性传导材料(ionically conductive material)，所述材料都以流体形式共面地位于一个膜上，所述交指型材料中的至少一个形成一个具有大于1的纵横比的特征。 

在一个实施方案中，所述离子性传导材料包括电解质。 

在一个实施方案中，所述离子性传导材料包括位于多孔材料中的电解质。 

在一个实施方案中，所述导电材料是阴极材料或阳极材料之一。 

在一个实施方案中，所述结构还包括与所述第一材料和所述第二材料指状交叉的第三材料。 

在一个实施方案中，所述第二材料从一个第一侧仅部分地延伸穿越该结构的宽度。 

在一个实施方案中，所述结构还包括与所述第一材料和所述第二材料指状交叉的第三材料，并且所述第三材料从一个与所述第一侧相对的第二侧仅部分地延伸穿越该结构的宽度。 

在一个实施方案中，所述第三材料是第二导电材料。 

根据本发明的又一方面，提供一种形成电极结构的方法，包括：在第一方向上将导电材料流和第二材料流合并成一个第一组合流；在第二方向上分割所述第一组合流，以产生至少两个分离流，每个分离流包括所述导电材料流和所述第二材料流；将所述两个分离流合并成一个第二组合流；根据需求重复进行流的合并和分割，以产生一个最终组合流；以及将所述最终组合流作为流体形式的一个交指型结构沉积在一个衬底上，以使得所述材料中的至少一个在该结构中形成一个具有大于1的纵横比的特征。 

在一个实施方案中，所述方法还包括：从所述交指型结构中去除所述第二材料，留下空隙；以及用电解质填充所述空隙，从所述交指型结构形成蓄电池的一个电极。 

在一个实施方案中，所述第二材料是多孔的，所述方法还包括用电解质填充该多孔材料。 

在一个实施方案中，合并导电材料流和第二材料流包括：合并所述导电材料流、所述第二材料流以及第三导电材料流。 

在一个实施方案中，合并流包括：将所述导电材料流与所述第二材料流合并，以使得所述导电材料流远大于所述第二材料流。 

附图说明

图1示出了两个材料的流体流形成一个交指型单流的框图。 

图2示出了流体路径的一个实施方案的等比例视图。 

图3示出了流体共挤设备的一个实施方案的分解视图。 

图4示出了共挤设备和衬底的一个实施方案。 

图5示出了具有交指型结构的金属空气电池的一个实施方案。 

图6-10示出了交指型共挤的一些实施方案。 

图11示出了组合通道的一个实施方案。 

具体实施方式