0102]本试验以三(二乙基氨基)叔丁酰胺钽(缩写TBTDET)和水分别作为第一种前驱体和第二种前驱体，按照前面介绍的图2所示的步骤，对锂离子电池粉体材料进行包覆改性，具体的:
[0103]第一步:反应腔体装入的锂离子电池粉体材料为LiNiMnCoO2三元正极材料，正极材料的粒径约为10微米。
[0104]第二步:反应腔体抽真空，维持反应腔体对外部空气环境的有效隔离。其中，真空度达到100-300mTorr即可，本例具体的为200mTorr。
[0105]第三步:开启搅拌装置，搅拌装置的转速为500转每分钟，使不同质量和粒径的锂离子电池粉体材料得到充分分散。
[0106]第四步:第一种气相前驱体三(二乙基氨基)叔丁酰胺钽TBTDET由载气犯辅助通入反应腔体，脉冲时间为I秒，TBTDET物理吸附在锂离子电池粉体颗粒的表面，通入TBTDET前驱体10次，该过程不对反应腔体抽气，提供100-300秒的较高压力的保压时间，本例具体的保压200秒，增加前驱体TBTDET与粉体颗粒表面的接触时间，以提高包覆均匀性以及包覆效率。
[0107]第五步:通入载气犯清洗反应腔体中过量的第一种气相前驱体，清除没有吸附在锂离子电池粉体颗粒表面的第一种气相前驱体，吹洗时间30秒。
[0108]第六步:第二种气相前驱体水H2O,与第四步沉积TBTDET的方法相同，同样保压200秒，水吸附在锂离子电池粉体颗粒表面并且与之前表面吸附的前驱体TBTDET发生化学反应，生成单原子层的膜层。
[0109]第七步:与第五步的清洗方法相同，除去未能与前驱体TBTDET反应的前驱体水以及前驱体TBTDET与前驱体水反应的副产物。因为水的粘滞性更强，可适当延长清洗时间，本例具体的延长清洗时间为2分钟。
[0110]第八步:根据所需包覆改性层厚度，重复执行第四步至第七步，即可精确得到所需厚度的包覆改性层。本例具体重复了 10次，最终制备出厚度约为I纳米的包覆改性层。
[0111]利用透射电子显微镜TEM观察包覆前后颗粒的形貌，可以看出包覆层清晰可见，厚度均匀，包覆均匀性好，具有高保型性;并且，包覆前后颗粒大小均匀，几乎没有团聚现象。
[0112]试验5
[0113]本试验以四(乙基甲基胺基)铪(缩写TEMAH)和水分别作为第一种前驱体和第二种前驱体，按照前面介绍的图2所示的步骤，对锂离子电池粉体材料进行包覆改性，具体的:
[0114]第一步:反应腔体装入的锂离子电池粉体材料为LiNiMnCoO2三元正极材料，正极材料的粒径约为10微米。
[0115]第二步:反应腔体抽真空，维持反应腔体对外部空气环境的有效隔离。其中，真空度达到100-300mTorr即可，本例具体的为200mTorr。
[0116]第三步:开启搅拌装置，搅拌装置的转速为500转每分钟，使不同质量和粒径的锂离子电池粉体材料得到充分分散。
[0117]第四步:第一种气相前驱体四(乙基甲基胺基)铪TEMAH由载气犯辅助通入反应腔体，脉冲时间为I秒，TEMAH物理吸附在锂离子电池粉体颗粒的表面，通入TEMAH前驱体10次，该过程不对反应腔体抽气，提供100-300秒的较高压力的保压时间，本例具体的保压200秒，增加前驱体TEMAH与粉体颗粒表面的接触时间，以提高包覆均匀性以及包覆效率。
[0118]第五步:通入载气犯清洗反应腔体中过量的第一种气相前驱体，清除没有吸附在锂离子电池粉体颗粒表面的第一种气相前驱体，吹洗时间30秒。
[0119]第六步:第二种气相前驱体水H2O,与第四步沉积TEMAH的方法相同，同样保压200秒，水吸附在锂离子电池粉体颗粒表面并且与之前表面吸附的前驱体TEMAH发生化学反应，生成单原子层的膜层。
[0120]第七步:与第五步的清洗方法相同，除去未能与前驱体TEMAH反应的前驱体水以及前驱体TEMAH与前驱体水反应的副产物。因为水的粘滞性更强，可适当延长清洗时间，本例具体的延长清洗时间为2分钟。
[0121 ]第八步:根据所需包覆改性层厚度，重复执行第四步至第七步，即可精确得到所需厚度的包覆改性层。本例具体重复了 50次，最终制备出厚度约为3纳米的包覆改性层。
[0122]利用透射电子显微镜TEM观察包覆前后颗粒的形貌，可以看出包覆层清晰可见，厚度均匀，包覆均匀性好，具有高保型性;并且，包覆前后颗粒大小均匀，几乎没有团聚现象。
[0123]本例的用于锂离子电池电极粉体材料包覆改性的气相原子层沉积装置通过引入搅拌装置，独立的调节搅拌装置的转速实现不同粒径和质量的锂离子电池电极粉体材料的充分分散，有效减轻粉体的团聚程度，利于前驱体的吸附和反应，提高了包覆均匀性以及包覆效率，适用于大规模高质量沉积。
[0124]以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
【主权项】
1.一种用于电极粉体材料包覆的气相原子层沉积装置，包括真空反应腔体和监控系统，其特征在于:所述真空反应腔体中设置有搅拌装置，所述搅拌装置与所述监控系统电连接或信号连接，通过所述监控系统控制搅拌装置运行。2.根据权利要求1所述的气相原子层沉积装置，其特征在于:还包括真空系统、前驱体系统和加热系统;所述真空系统用于对真空反应腔体抽真空，所述前驱体系统用于向真空反应腔体提供前驱体，所述加热系统用于给真空反应腔体加热，所述监控系统用于检测真空反应腔体内外的温度和压力，并控制真空系统、前驱体系统和加热系统的开启或关闭。3.根据权利要求1所述的气相原子层沉积装置，其特征在于:所述搅拌装置为桨式搅拌、涡轮式搅拌和框式搅拌中的至少一种。4.根据权利要求1-3任一项所述的气相原子层沉积装置，其特征在于:所述真空反应腔体由上腔体和下腔体组成，所述搅拌装置的一端固定在上腔体顶端，另一端伸入下腔体中。5.根据权利要求1-4任一项所述的气相原子层沉积装置在粉体材料的表面包覆中的应用。6.—种电极粉体材料包覆的方法，所述电极粉体材料为锂离子电池正极粉体材料或锂离子电池负极粉体材料，其特征在于:所述方法包括采用权利要求1-4任一项所述的气相原子层沉积装置对电极粉体材料进行包覆改性。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤， (a)将待处理的电极粉体材料装入所述气相原子层沉积装置的真空反应腔体； (b)对真空反应腔体进行抽真空； (c)利用所述搅拌装置将所述电极粉体材料扬起，使其充分分散； (d)向真空反应腔体中通入第一种气相前驱体，使其吸附在电极粉体材料表面； (e)通入载气将真空反应腔体中多余的第一种气相前驱体清除； (f)向真空反应腔体中通入第二种气相前驱体，使之与吸附在电极粉体材料表面的第一种气相前驱体反应，形成包覆层； (g)通入载气将真空反应腔体中多余的第二种气相前驱体清除； 重复步骤(d)至(g)直到获得设定厚度或结构的包覆层。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述搅拌装置的搅拌速度为100-1000转每分钟。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述真空反应腔体中，第一种气相前驱体与第二种气相前驱体的反应温度为50-300°C。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述载气的温度为50-300°C，所述载气为惰性气体，优选的，所述载气为氩气或氮气。
【专利摘要】本申请公开了一种用于电极粉体材料包覆的气相原子层沉积装置和电极粉体材料包覆的方法。本申请的气相原子层沉积装置，包括真空反应腔体和监控系统，真空反应腔体中设置有搅拌装置，搅拌装置与监控系统电连接或信号连接，通过监控系统控制搅拌装置运行。本申请的气相原子层沉积装置，在反应腔体内增加搅拌装置，利用搅拌装置使电极粉体材料充分分散，减少电极粉体材料团聚，利于前驱体吸附和反应，提高了包覆均匀性和包覆效率，为大规模生产高质量的电池电极粉体包覆材料奠定了基础。
【IPC分类】H01M10/0525, C23C16/455, H01M4/36
【公开号】CN105648422
【申请号】
【发明人】苏彦涛, 王新炜, 潘锋, 邵友东, 李豪, 高源鸿
【申请人】北京大学深圳研究生院
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月14日