[发明专利]一种基于磁控溅射原理的金属锂复合负极制备装置

说明书

本发明属于锂电池制备技术领域，具体提供一种基于磁控溅射原理的金属锂复合负极制备装置，包括装/取片腔和3个结构相同的独立溅射腔；每个独立溅射腔能够独立完成磁控溅射镀膜；装置还包括由随转架及与之匹配连接的移动滑轨构成的基片移动平台，所述随转架位于装/取片腔内中心位置，基片通过真空锁放入装/取片腔内、通过移动滑轨移动至随转架、在随转架上回转换位并通过移动滑轨移动至任一独立溅射腔内。本发明复合负极材料中各个组分分别在独立溅射腔内完成，能够实现控制气氛、溅射率等参数的精准控制，即实现复合负极材料中各个组分成分比例的精准控制；制备得锂‑硅‑碳复合负极材料能够获得均匀的材料成分和强度，有利于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于锂电池制备技术领域，涉及金属锂复合负极的制备装置，具体为一种基于磁控溅射原理的金属锂复合负极制备装置。

背景技术

上世纪90年代，可安全利用的石墨负极的发明推动了锂离子电池在个人电子设备等领域的大规模应用。到本世纪，随着科技的进步，高端电子设备和电动汽车等的需求日趋增加，基于传统的石墨负极的锂离子电池逐渐难以满足需求，因而发展更高能量密度的储能系统已经迫在眉睫。在已知的电池材料中，锂金属负极以3860mAh·g^-1的大容量和最负的电势(-3.040V vs.SHE)而受到了相关领域研究者的广泛关注；然而，目前金属锂负极还存在一些问题：(1)固态电解质层(SEI膜)随着时间增厚降，增加阻抗且不稳定；(2)锂沉积-脱出过程中电流密度分布不均形成锂枝晶，造成安全隐患。基于此，金属锂复合负极材料为解决这些问题提供了可能；其中，锂-硅-碳复合负极材料具有突出的优势，在这种复合材料中，锂-硅-碳原子相互紧密结合，形成均匀网络状结构，不易形成枝晶和SEI膜。在锂离子迁移进入电解质中后，材料中的剩余的硅碳原子形成具有一定强度的骨架结构，可以有效防止材料变形。

在现阶段，锂-硅-碳复合负极材料的制备方法还非常有限；因此，实现面向生产线的锂-硅-碳复合负极材料制备具有重要的意义；本发明提供的基于磁控溅射原理的锂-硅-碳复合负极材料制备装置是面向生产线制备的核心装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁控溅射原理的金属锂复合负极制备装置；磁控溅射在制备薄膜材料时，由于溅射中粒子具有较高的能量，在基片上沉积时材料与基体结合紧密，因此生成的材料具有一定强度；此外，磁控溅射还可以方便地控制各个组元的成分比例；本发明使用磁控溅射原理生产锂-硅-碳复合负极材料能够获得均匀的材料成分和一定的强度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于磁控溅射原理的金属锂复合负极制备装置，其特征在于，所述装置包括装/取片腔和3个结构相同的独立溅射腔；其中，所述3个结构相同的独立溅射腔呈“品”字型排布于所述装/取片腔的三个侧面，由3个气动真空摆动阀连接、将装置分隔为4个独立真空区域；每个独立溅射腔能够独立完成磁控溅射镀膜；所述装/取片腔另一侧面设置有真空锁、用于装/取基片；所述装置还包括由随转架及与之匹配连接的移动滑轨构成的基片移动平台，所述随转架位于装/取片腔内中心位置，基片通过真空锁放入装/取片腔内、通过移动滑轨移动至随转架、在随转架上回转换位并通过移动滑轨移动至任一独立溅射腔内。

进一步的，所述独立溅射腔内安装有与基片垂直正对、可往返匀速移动的靶架，以及与基片紧贴的连续掩模板，所述连续掩模板相对于基片线性微步长移动、移动方向与靶的移动方向垂直；独立溅射腔独立控制充气气氛、溅射功率、靶架移动速度和掩膜板移动速度。

更进一步的，所述靶架前后布置有可垂直旋转换位的两只矩形磁控溅射靶，前面为沉积镀膜位，后面为检修和靶材更换位。

本发明的有益效果在于：