的温度为50_300°C。
[0035]需要说明的是,载气的一个主要用途是将第一种气相前驱体和第二种气相前驱体清洗干净,但是,为了避免对真空反应腔体内的温度造成影响,因此,采用温度为50-300°C的载气;可以理解,具体的载气温度是与真空反应腔体中的反应温度一致的,在此不做具体限定。
[0036]优选的,第一种气相前驱体和第二种气相前驱体的温度为50-200°C。
[0037]需要说明的是,前驱体的熔点越高,其饱和蒸汽压越低,同等条件下获得的可以参与反应的前驱体量就越少;因此,对于普通前驱体,温度控制在50-100摄氏度;对于熔点很高的固态前驱体,温度可以达到200摄氏度。可以理解,为了防止前驱体在输送管路中的冷凝,因此,还需要对管路进行加热,使其温度控制在50-200摄氏度。
[0038]本申请的有益效果在于:
[0039]本申请的气相原子层沉积装置,特别针对锂离子电池电极粉体的包覆改性而设计,在反应腔体内增加搅拌装置,利用搅拌装置搅拌锂离子电池的电极粉体材料,并且,通过调节搅拌装置的转速和方向,使不同质量和粒径的电极粉体材料得到充分分散,有效减少粉体的团聚程度,利于前驱体的吸附和反应,提高了包覆均匀性和包覆效率,为工业化大规模生产高质量的锂离子电池电极粉体包覆材料奠定了基础。
【附图说明】
[0040]图1是本申请实施例中气相原子层沉积装置的结构示意图;
[0041 ]图2是本申请实施例中电极粉体材料包覆方法的流程示意框图;
[0042]图3是本申请实施例中电极粉体材料包覆前后的透射电子显微镜图,(a)为包覆前的扫描结果,(b)为包覆后的扫描结果。
【具体实施方式】
[0043]本申请的气相原子层沉积装置,特别针对锂离子电池电极粉体材料的包覆而改进,具体的,在真空反应腔体中设置搅拌装置,利用搅拌装置将电极粉体材料扬起,使其分散,从而利于前驱体均匀有效的吸附在电极粉体材料颗粒表面,使得气相原子层沉积包覆更均匀。
[0044]可以理解,本申请的用于电极粉体材料包覆的气相原子层沉积装置,虽然是特别针对锂离子电池电极粉体材料的包覆而改进,但是,该气相原子层沉积装置并不仅限用于锂离子电池电极粉体材料的包覆,也可以用于其他各种需要在颗粒表面形成一层包覆层的情况。
[0045]需要说明的是,本申请的电极粉体材料包覆的方法,是采用的比较普遍的两种前驱体反应形成包覆层的情况;本申请的气相原子层沉积装置或包覆方法,并不只限于两种前驱体,还可以采用三种或者更多种前驱体按照一定顺序实现多层膜结构的制备,相应的在包覆方法中,于第二种气相前驱体清洗后,通入第三种气相前驱体,然后采用载气清洗第三种气相前驱体,通入第四种气相前驱体、载气清洗,以此类推。
[0046]此外,在通入前驱体后,可以采用保压吸附或不保压吸附,保压吸附即在通入前驱体时,关闭真空系统,让真空反应腔体内保持一定的气压,以便于前驱体吸附,一段时间后再开启真空系统,将前驱体抽离;不保压吸附,则是在通入前驱体时,开启真空系统,使真空反应腔体内的气压始终保持在初始气压。具体采用保压吸附还是不保压吸附,可以根据各个前驱体的吸附难易程度而定,在此不做具体限定。
[0047]下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明,不应理解为对本申请的限制。
[0048]实施例
[0049]本例的用于电极粉体材料包覆的气相原子层沉积装置,由真空反应腔体、真空系统、前驱体系统、加热系统,以及监控系统组成。其中,前驱体系统用于向真空反应腔体输入载气和气相前驱体。加热系统用于对真空反应腔体、前驱体容器和连接管路加热。真空系统用于维持真空反应腔体的真空、调整真空反应腔体的内部压力以及真空反应腔体内残余前驱体、副产物等的排出。监控系统用于监测并显示真空反应腔体内部的压力、反应区域的温度,真空反应腔体外壁温度、前驱体容器温度、连接管路温度等;并控制前驱体系统中前驱体脉冲时间与流量、循环次数以及载气清洗时间与流量,控制加热系统和真空系统的开关。
[0050]本例中,真空反应腔体如图1所示,整个真空反应腔体依靠在支撑架15上,真空反应腔体由下腔体I和上腔体2组成,下腔体I固定在支撑架15上,上腔体2通过导轨轮14连接在支撑架15上,上腔体2通过导轨轮14可沿支撑架15上下移动;搅拌装置4的一端固定在上腔体2顶端,通过密封件3密封,在上腔体2和下腔体I合拢时,搅拌装置4另一端伸入下腔体I中。另外,真空反应腔体上还开设有填料口 5、进气口 6、出气口 7、下腔体热油进口 8、下腔体热油出口 9、上腔体热油进口 1和上腔体热油出口 11。
[0051]其中,填料口5设置于上腔体2的顶端,用于加入电极体材料。进气口 6开设于下腔体I的底端,用于连接前驱体系统;本例中,前驱体系统包括两条并联的前驱体输送支路,分别提供第一种气相前驱体和第二种气相前驱体的前驱体原料,前驱体原料通过进气口 6通入真空反应腔体。出气口开设于上腔体2的顶端,位于填料口5旁边,用于连接真空系统,真空系统的真空栗13通过出气口 7对真空反应腔体进行抽气,以维持真空反应腔体的真空、调整真空反应腔体内部压力以及真空反应腔体内残余前驱体和/或副产物的排出等;并且,在本申请的一种实现方式中,在真空栗13和出气口7之间还设置有粉尘过滤装置12,用于过滤残余前驱体和/或副产物以及载气从反应腔体带出的少量粉尘。下腔体热油进口 8和下腔体热油出口 9开设于下腔体I上,下腔体热油进口 8开设于下腔体I的下部侧面,下腔体热油出口 9开设于下腔体I的上部侧面,用于连接加热系统,加热后的热油经过下腔体热油进口 8进入,然后由下腔体热油出口9排出,这个过程中,将热量传递给下腔体I,以实现对下腔体I加热。类似的,开设于上腔体2的上腔体热油进口 10和上腔体热油出口 11,同样也是用于连接加热系统,通过热油对上腔体2进行加热。
[0052]采用本例的气相原子层沉积装置对电极粉体材料进行包覆的方法,如图2所示,包括以下步骤:
[0053](a)将待处理的电极粉体材料装入气相原子层沉积装置的真空反应腔体;
[0054](b)开启真空系统对真空反应腔体进行抽真空,维持真空反应腔体跟外部空气环境的有效隔呙;
[0055](C)开启搅拌装置,利用搅拌装置将电极粉体材料扬起,使电极粉体材料充分分散;
[0056](d)向真空反应腔体中通入第一种气相前驱体,使第一种气相前驱体吸附在电极粉体材料表面;脉冲时间为1-10秒,优选为1-5秒;
[0057](e)通入载气清洗反应腔体中过量的第一种气相前驱体,即清除没有吸附在电极粉体材料颗粒表面的第一种气相前驱体;在清洗的过程中,通常不需要停止搅拌,抽气口上装有孔径很小的过滤网,因此,电极粉体不会被抽走;
[0058](f)向真空反应腔体中通入第二种气相前驱体,脉冲时间为1-10秒,优选为1-5秒,使第二种气相前驱体与吸附在电极粉体材料表面的第一种气相前驱体反应,形成单原子层膜层;
[0059](g)通入载气清洗反应腔体中过量的第二种气相前驱体,即清除没有参与反应的第二种气相前驱体以及第一种气相前驱体与第二种气相前驱体反应的副产物;
[0060]重复步骤(d)至(g)直到获得设定厚度的包覆层。
[0061]其中,步骤(d)或(f)中,根据待处理的电极粉体材料的颗粒大小和质量不同,调节搅拌装置的转速。具体的,对于原始粒径和质量大的微米级颗粒,调节搅拌装置转速为500-1000转每分钟,能够将电极粉体材料有效分散;对原始粒径和质量小的纳米级颗粒,调节搅拌装置转速为100-500转每分钟,能够将电极粉体材料有效分散。
[0062]对于第一种气相前驱体和第二种气相前驱体的脉冲时间,由于沉积过程需要一定时间使前驱体完全吸附在颗粒表面,如果脉冲时间小于I秒,则单次通入提供的前驱体量过少,不能有效包覆已经充分分散的电极粉体材料颗粒;而前驱体脉冲时间大于5秒,通入的前驱体被真空栗抽走,造成前驱体的浪费;因此,前驱体脉冲时间为1-10秒,优选为1-5秒。
[0063]步骤(d)或(f)中,具体的,根据不同的前驱体对不同锂离子电池粉末颗粒表面吸附的难易程度,调节前驱体脉冲的通入次数,以10-20次为宜,通入次数太少,吸附的比例不高;通入次数太多,通入次数的增加对于前驱体吸附的贡献不大,且前驱体被真空栗抽走,造成前驱体的浪费。本例中前驱体脉冲是指,例如