[發明專利]一種基于磁控濺射原理的金屬鋰復合負極制備裝置

在審

• 申請號: 201810095671.9
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108390017A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 向勇;稅烺;閆宗楷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/1393;H01M4/04
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于鋰電池制備技術領域，具體提供一種基于磁控濺射原理的金屬鋰復合負極制備裝置，包括裝/取片腔和3個結構相同的獨立濺射腔；每個獨立濺射腔能夠獨立完成磁控濺射鍍膜；裝置還包括由隨轉架及與之匹配連接的移動滑軌構成的基片移動平臺，所述隨轉架位于裝/取片腔內中心位置，基片通過真空鎖放入裝/取片腔內、通過移動滑軌移動至隨轉架、在隨轉架上回轉換位并通過移動滑軌移動至任一獨立濺射腔內。本發明復合負極材料中各個組分分別在獨立濺射腔內完成，能夠實現控制氣氛、濺射率等參數的精準控制，即實現復合負極材料中各個組分成分比例的精準控制；制備得鋰?硅?碳復合負極材料能夠獲得均勻的材料成分和強度，有利于實現工業化生產。

技術領域

本發明屬于鋰電池制備技術領域，涉及金屬鋰復合負極的制備裝置，具體為一種基于磁控濺射原理的金屬鋰復合負極制備裝置。

背景技術

上世紀90年代，可安全利用的石墨負極的發明推動了鋰離子電池在個人電子設備等領域的大規模應用。到本世紀，隨著科技的進步，高端電子設備和電動汽車等的需求日趨增加，基于傳統的石墨負極的鋰離子電池逐漸難以滿足需求，因而發展更高能量密度的儲能系統已經迫在眉睫。在已知的電池材料中，鋰金屬負極以3860mAh·g^-1的大容量和最負的電勢(-3.040V vs.SHE)而受到了相關領域研究者的廣泛關注；然而，目前金屬鋰負極還存在一些問題：(1)固態電解質層(SEI膜)隨著時間增厚降，增加阻抗且不穩定；(2)鋰沉積-脫出過程中電流密度分布不均形成鋰枝晶，造成安全隱患。基于此，金屬鋰復合負極材料為解決這些問題提供了可能；其中，鋰-硅-碳復合負極材料具有突出的優勢，在這種復合材料中，鋰-硅-碳原子相互緊密結合，形成均勻網絡狀結構，不易形成枝晶和SEI膜。在鋰離子遷移進入電解質中后，材料中的剩余的硅碳原子形成具有一定強度的骨架結構，可以有效防止材料變形。

在現階段，鋰-硅-碳復合負極材料的制備方法還非常有限；因此，實現面向生產線的鋰-硅-碳復合負極材料制備具有重要的意義；本發明提供的基于磁控濺射原理的鋰-硅-碳復合負極材料制備裝置是面向生產線制備的核心裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于磁控濺射原理的金屬鋰復合負極制備裝置；磁控濺射在制備薄膜材料時，由于濺射中粒子具有較高的能量，在基片上沉積時材料與基體結合緊密，因此生成的材料具有一定強度；此外，磁控濺射還可以方便地控制各個組元的成分比例；本發明使用磁控濺射原理生產鋰-硅-碳復合負極材料能夠獲得均勻的材料成分和一定的強度。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于磁控濺射原理的金屬鋰復合負極制備裝置，其特征在于，所述裝置包括裝/取片腔和3個結構相同的獨立濺射腔；其中，所述3個結構相同的獨立濺射腔呈“品”字型排布于所述裝/取片腔的三個側面，由3個氣動真空擺動閥連接、將裝置分隔為4個獨立真空區域；每個獨立濺射腔能夠獨立完成磁控濺射鍍膜；所述裝/取片腔另一側面設置有真空鎖、用于裝/取基片；所述裝置還包括由隨轉架及與之匹配連接的移動滑軌構成的基片移動平臺，所述隨轉架位于裝/取片腔內中心位置，基片通過真空鎖放入裝/取片腔內、通過移動滑軌移動至隨轉架、在隨轉架上回轉換位并通過移動滑軌移動至任一獨立濺射腔內。

進一步的，所述獨立濺射腔內安裝有與基片垂直正對、可往返勻速移動的靶架，以及與基片緊貼的連續掩模板，所述連續掩模板相對于基片線性微步長移動、移動方向與靶的移動方向垂直；獨立濺射腔獨立控制充氣氣氛、濺射功率、靶架移動速度和掩膜板移動速度。

更進一步的，所述靶架前后布置有可垂直旋轉換位的兩只矩形磁控濺射靶，前面為沉積鍍膜位，后面為檢修和靶材更換位。

本發明的有益效果在于：