在此披露了用于测量沉积到电极表面并与电极表面接触的材料的等电点pH的一种装置，以及利用等电点pH来形成该材料上具有纳米厚度的多个自组装层的一种方法。因此使用获得的关于基底和涂层的等电点pH值的数据信息来形成上述层是有利的，否则涂层的生长将会受到自身限制。当涂层受到自身限制时，一旦表面电荷被中和，将不会再有驱动力促使固体电解质涂层增加厚度。由于只要任何裸露的电极材料暴露在溶液中，就会存在用于组装的局部驱动力，因此将会生产一种无气孔缺陷的均匀涂层。本发明专利技术的自组装步骤，当与电沉积组合时，可应用在增加用于固态电池的自组装层的涂层厚度的领域中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用表面电荷的涂层自组装 相关申请的交叉引用本申请要求2010年3月26号由Amy L. Prieto等人提交的、标题为“等电点测定装置及其在电池制造中的用途(IsoelectricDetermination Apparatus and Use In TheFabrication Of Batteries)”的美国临时专利申请号61/318，068的权益,在此特别通过引用其全部内容将其披露和传授的所有内容展现于此。
技术介绍
已经发现了二次锂离子电池在不要求高充放电率来改进性能的便携电子设备中的多种应用。然而考虑到可再充电锂电池在运输业中的用途，高速率就变得相当重要。具有不规则表面的电极材料导致了大的界面表面积和短的特征扩散长度，而期望这种电极材料来提供具有高功率密度的电池。生产这种用于锂离子电池电极(不论是正极和/或负极都具有电绝缘但传导离子的纳米级电解质隔膜材料)的均匀、无缺陷的表面涂层已经被证实是有难度的。 专利技术概述过去，由于确定等电点pH (即在此pH处无表面净电荷)较为困难，并没有广泛地使用静电力来对高表面积结构进行表面涂层自组装。本专利技术的多个实施方案通过提供一种用于测量材料的等电点pH的装置和方法来克服现有技术的缺点和局限，其中，这些材料可以沉积或另外附着在电极表面上并且和该电极表面电接触。本专利技术的实施方案的进一步目的是提供一种方法，该方法利用材料的等电点pH来形成一个具有纳米厚度的自组装层。本专利技术实施方案的另一个目的是提供一种用于增加自组装层厚度的方法。本专利技术的其它目的、优点和新颖特征将部分地在下述说明书中阐明，并且，对于本领域的技术人员来说根据阅读下文可以部分地清楚地了解或者可以通过本专利技术的实例而知悉。本专利技术的多个目的和优点在使用所附权利要求书中所特别指明的工具和组合可以实现并获得。为了实现前述以及其他目的，并且依照本专利技术的目的，在此所述的和概括叙述的用于确定材料等电点PH的装置包括一个适用于容纳具有所选pH的溶液的第一腔室，包括一个圆盘，该圆盘具有一条轴线、一个第一面、以及布置所述材料的一个相对的第二面；附接到该盘的第一面的一条轴；置于该盘的第二面附近和轴线附近的一个第一参考电极；以及附接在该第一腔室的壁上、位于该第一腔室中的一个孔处的一个空心管；通过该管与该第一腔室流体连通的一个第二腔室，该第二腔室包括一个第二参考电极；用于以一个选定速度旋转该轴的装置；以及用于测量第一参考电极和第二参考电极之间电位差的装置。在本专利技术的另一个方面并且根据本专利技术的目标和目的，此处用于确定材料等电点PH的这种方法，包括将材料附着到一个圆盘的一个面上，该圆盘具有一条旋转轴线并且被置于一个第一腔室中的具有选定PH值的溶液里；以一个选定速度旋转该盘；测量一个第一参考电极和一个第二参考电极间的电位差，这个第一参考电极位于该盘的轴线和材料两者附近，并且这个位于一个第二腔室中的第二参考电极通过一个管与所述第一腔室流体连通；调整该溶液的PH值使得该电位差近似等于该第一参考电极和第二参考电极之间的静息电位差；并且当电位差近似等于静息电位差时，测量溶液的PH值。在本专利技术的又另一个方面、并且根据本专利技术的目标和目的，此处用于将涂层材料沉积到基底上的这种方法，包括确定该基底的等电点pH ;确定该涂层材料的等电点pH ;制备一种涂层材料的溶液，它具有在基底等电点PH和涂层基底等电点pH之间的pH ；以及将基底在溶液中浸没足够的时间，使得该涂层材料自组装到该基底上。本专利技术的多个实施方案的益处和优点包括但不限于提供一种用于测量材料等电点pH的方法，通过该方法可以确定pH，原因是通过静电在基底上形成固态电解质涂层是有利的，因为一旦表面电荷被中和，将不会再有驱动力促使固体电解质涂层的厚度增加，这样涂层的增长就会受到自身限制，同时也是因为如果任何裸露的电极材料暴露在溶液中，那么就会存在一个用于组装的局部驱动力，进而产生一种均匀的无气孔缺陷的涂层。当本专利技术的自组装步骤与电沉积组合时可以用来增加涂层厚度。具有或不具有附加电沉积的自组装都允许阳极、电解液和阴极之间的紧密接触，例如为了成功地应用到固态电池中这种紧 密接触是必需的。 附图简要说明本专利技术附图和说明书结合并作为说明书一部分，示出了本专利技术的多个实施方案并且和说明书一同阐明本专利技术的原理。在附图中图I是本专利技术的一个实施方案中用于确定等电点pH的装置的一个示意图。图2是使用图I中的装置所测量到的、作为在ImM KCl溶液中Cu2Sb的pH的函数的一个电位差图表。图3是对于涂覆的和未涂覆的Cu2Sb,在比率为1:1:1的碳酸乙酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯溶液中的IM LiClO4中，作为Cu2Sb阳极和LiCoO2阴极充放电周期数的一个函数的容量保持作用的图表(以％计)。图4是用来增加沉积的涂层厚度的一个电泳装置的实例的示意图。图5是电流作为所施加的电位的函数的一个表，示出了 AlPO4沉积溶液中Cu2Sb的循环伏安图。图6示出了电镀的Cu2Sb的测量(survey) X射线光电子能谱(XPS),以及铜2p、磷2p和铝2p区的高分辨率谱。图7示出了自组装过程完成之后在一个所施加的正电压下生成的涂层的测量XPS谱，以及具有一个自组装后的AlPO4涂层的、电镀过的Cu2Sb的铜2p、磷2p和铝2p区的高分辨率谱。图8示出了自组装过程完成之后在一个所施加的负电压下生成的涂层的测量XPS谱，以及具有一个自组装后的AlPO4涂层的、电镀过的Cu2Sb的铜2p、磷2p和铝2p区的高分辨率光谱。 专利技术详细说明简言之，本专利技术的多个实施方案包括用于测量沉积、或者以其他方式附着到电极表面以及接触电极表面的材料的等电点PH的一种装置和方法。本专利技术的另一个实施方案是提供一种利用等电点PH来形成在该材料上具有纳米厚度的自组装层的方法。如果这种自组装的厚度不足的话，则在此提供了一种装置和方法，其利用电化学方法结合自组装来获得所希望的特性，从而增加层厚度。现在将参照本专利技术的实施方案详细地进行说明，本专利技术实施方案的实例将结合附图进行说明。在附图中，类似的结构会用同样的参考符号标注。现在转到附图说明图1，示出了本专利技术的一个实施方案中用于确定等电点PH的装置10的一个示意图。银线参比电极14a、14b的两者的长度12a、12b均为约Imm并且涂覆有AgCl并暴露在水溶液16中，水溶液装在具有一个矩形次级腔室20的圆柱形腔室18中，这个圆柱形腔室和这个矩形次级腔室流体连通。显然，也可以使用其它的腔室几何形状。覆盖有密封绝缘材料22a和22b的银线14a和14b穿过腔室18以及次级腔室20的壁24和26。需被材料涂覆的28附接在圆形盘30上；圆形盘安装在轴31上，该轴由被电机控制器34控制的电机32所支持和转动。提供了用于测量溶液16的pH的装置35。伏特计或者电位计36测量AgCl涂覆的银线14a和14b 之间的电位差，而对电位差进行记录的数据处理器38也用于控制电机控制器34。由于等电点pH并不是物质形态或者最终几何构型的函数，在该装置中使用平面电极表面是有利的。腔室18内填充了含有支持电解质(例如，氯化钾(KCl))的一种溶液。通常的溶剂是水，因为PH对于水性溶液来说最为适宜。然而也可以使用其他溶剂或者溶剂组本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾米·L·普列托，德里克·C·约翰逊，詹姆斯·M·莫斯比，
申请(专利权)人：科罗拉多州立大学研究基金会，
类型：
国别省市：
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