专利名称：锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种锂离子电池电极材料生产设备，特别是一种对锂离子电池正极、负极材料进行碳包覆的生产设备。
背景技术：
现有技术的化学气相沉积方法是被用在集成电路的基片上生长各种晶体薄膜层的重要方法。化学气相沉积工艺过程在化学气相沉积设备的反应腔室中进行，当进行化学气相沉积时，将待处理基片置于加热台上，通过喷头将含有薄膜所需的原子或分子的气体混合物注入反应腔室，并在所述反应腔室中发生反应，其原子或分子淀积在基片表面，从而聚集形成晶体薄膜层。研究表明，对锂离子正极、负极材料进行碳包覆后可以提高电极材料的电化学性能，现有技术采用熔融、固相、液相、或液相与固相复合的方式包覆碳材料前躯体，然后烧结，不仅不容易精确控制包覆层的膜厚，且工艺复杂、耗能高导致制造成本较高，还对环境造成污染。
发明内容本实用新型的目的是提供一种锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，要解决的技术问题是精确控制包覆层的膜厚。为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案一种锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，设有反应室和传动装置，所述反应室为移动装置，所述传动装置为传输带循环式传动机，整个传动装置穿置于两端为敞口的四周封闭的分别为预热段、真空沉积段和降温段的流程通道内，在传动装置的输送下，所述反应室由传动装置的上料端经预热段、沉积段、降温段传至下料端，在所述真空沉积段设有扣置于反应室上的石英钟罩，在所述流程通道的内侧壁上设有将电能传至反应室的导电轨道。本实用新型的反应室由隔为上下两部分的托架、不少于一个水平置于托架上部并盛装粉状基体的两端敞口的石英管、非接触式空套在石英管外周的螺旋形的电加热器、置于托架下部可使石英管旋转的驱动装置及机械真空泵构成，所述电加热器、驱动装置和机械真空泵通过设于托架下部侧壁上的弹簧电极与外接电源相连，机械真空泵的进气口设于托架上部，在托架上部四周设有平板凸缘，凸缘上覆盖有真空橡胶垫，在托架上部还设有化学沉积所用的供气组件，供气组件的一端悬空插入石英管中，其另一端通过设于传动装置机架上的管道与外置的供气装置相连。本实用新型在所述石英管上接近两端的位置，设有向内凹进的缩颈式的滚槽，所述驱动装置由固定连接在托架下部的电动机、位于托架上部两端且由电动机驱动其旋转的主滚轮和从滚轮构成，主滚轮与从滚轮水平设置，所述石英管置于主滚轮与从滚轮之间，主滚轮与从滚轮的轮盘分别与所述滚槽内面相触。本实用新型的石英管的两端，一端为进粉端，另一端为出粉端，进粉端开口直径大于出粉端的开口直径，在出粉端设有粉尘过滤网。本实用新型的供气组件由并列设置的反应气供气管与保护气供气管、喷气直管构成，喷气直管上设有一个以上向下开口的出气孔，反应气供气管与保护气供气管的供气端接于喷气直管的进口端，所述出气孔为喷气直管的出口端，喷气直管水平悬空插入所述的石英管中。本实用新型的真空沉积段设有使反应室精确定位的定位气缸，在该段还设有可将石英钟罩扣置在所述托架的真空橡胶垫上的放置机构。本实用新型的下料端设有使反应室精确定位的定位气缸及可将扣置在所述真空橡胶垫上的石英钟罩提升移出的提升机构。本实用新型的预热段设有不少于二个工位。 本实用新型的真空沉积段设有不少于二个工位。本实用新型的降温段设有不少于二个工位。本实用新型与现有技术相比，采用传动装置和可移动式反应室，实现了以流水线、自动化作业的方式进行化学气相沉积工艺，石英管在整个真空沉积工艺过程中处于转动状态，其内的粉状基体也在不断的滚动，即粉状基体的表面会不时裸露于外，使反应气体可与粉状基体的各个表面相触，最终在其表面上形成均匀的结晶薄膜层，从而，实现了对粉状基体进行包覆的加工工艺，工艺简单，容易精确控制包覆层的厚度，生产效率高，降低了生产成本，对环境无污染。
图I为本实用新型的设备示意图。图2为本实用新型的反应室示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。图I和图2中的附图标记为反应室1，托架11，石英管12，滚槽121，进粉端122，出粉端123，电加热器13，弹簧电极14，电动机15，主滚轮151，机械真空泵16，粉状基体17，真空橡胶垫18，石英钟罩19，传动装置2，流程通道3，工位4，喷气直管5，出气孔51，供气组件6，放置机构7，提升机构8。如图I所示，本实用新型的锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，设有传动装置2、反应室I和流程通道3。传动装置2为直线型或椭圆型履带循环式传动机，也可以是滚轮式传动机，整个传动装置2穿置于两端为敞口的四周封闭的流程通道3内，传动装置2分上料端、预热段、真空沉积段、降温段和下料端，上料端和下料端分处于流程通道3两端的开口处，所述预热段、沉积段和降温段设置于流程通道3内，每段可设不少于二个工位4，传动装置2每次由上一个工位4运转至下一个工位4时，都停顿一个事先确定的工艺时间，由此，完成化学气相沉积必要工艺所需的工艺时间。流程通道3内侧壁上设有与供电电源连接的铜制的为凹槽形状的导电轨道。如图2所示，反应室I由隔为上下两部分的托架11、放置粉状基体17的石英管12、非接触式空套在石英管12外周的螺旋形的电加热器13、置于托架11下部可使石英管12旋转的电动机15及机械真空泵16构成，在托架11下部的侧壁上设有与所述电加热器13、电动机15和机械真空泵16电连接的弹簧电极14，当反应室I移动至流程通道3内时，弹簧电极14与所述的导电轨道相触及，由此，接通电加热器13、电动机15和机械真空泵16与外接电源的连接。机械真空泵16的进气口设于托架11上部，在托架11上部四周设有平板凸缘，凸缘上覆盖有真空橡胶垫18，在托架11上部还设有化学沉积所用的供气组件6，供气组件6的一端悬空插入石英管12中，其另一端通过设于传动装置2机架上的管道与外置的供气装置相连。石英管12水平设置于托架11的上部，其两端为敞口，一端为进粉端122，另一端为出粉端123，进粉端122开口直径大于出粉端123的开口直径，在出粉端123设有粉尘过滤网，防止石英管12内的粉状基体17被排出，在石英管12上接近两端的位置，设有向内凹进的缩颈式的滚槽121，粉状基体17就置于石英管12内两滚槽121之间，在托架11两端设有滚轮组件，滚轮组件由水平并列设置的主滚轮151和从滚轮构成，石英管12置于主滚轮151与从滚轮之间，主滚轮151与从滚轮的轮盘分别与石英管12两端的滚槽121内面相接·触，主滚轮151与所述的电动机15相连，并在电动机15的驱动下旋转，在主滚轮151的转动下，与其相接触的石英管12也跟着旋转，石英管12的转动，使从滚轮也跟着旋转，从滚轮的旋转促使石英管12的转动均匀、稳定且所受阻力较小。石英管12内的粉状基体17在石英管12的转动下，也跟着上下翻滚，而空套在石英管12外周的电加热器13，也使旋转的石英管12及粉状基体17受热更加均匀。供气组件6由并列设置的反应气供气管与保护气供气管、喷气直管5构成，喷气直管5为一端面封闭的空心直管，其敞开端面为进气端，其上设有多个方向朝下的出气孔51，出气孔51为喷气直管5的出口端，反应气供气管与保护气供气管并列设置并与喷气直管5的进气端相接，喷气直管5活动设置于托架11上部，当将反应室I移置于上料端时，即可将喷气直管5由石英管12的进粉端122水平悬空插入石英管12中(即喷气直管5与石英管12间无任何接触，因为石英管12在预热段、真空沉积段和降温段始终在旋转)，在其进气端外设有将喷气直管5锁定在托架11上的支撑架。真空沉积段设有移动式石英钟罩19，当反应室I移至真空沉积段的第一个工位4时，所述托架11经定位气缸精确定位后，在触动开关的启动下，设置于该段的石英钟罩19放置机构7将石英钟罩19扣置在托架11的真空橡胶垫18上，放置机构7可由橡胶吸盘、移动气缸、抽气泵和多个触动开关构成，此时，所述的石英管12、主滚轮151、从滚轮、电加热器13、喷气直管5置于由托架11上部与石英钟罩19所围的封闭腔体内，同时，在相关触动开关的启动下，机械真空泵16开始对该封闭腔体抽真空，在传动装置2的输送下，托架11携带着石英钟罩19移至真空沉积段的下一个工位4，当所述封闭腔体内的真空度达到设定值时，启动供气组件6的开关，将反应气和保护气通过喷气直管5上的出气孔51对已经加热至设定温度并上下翻滚的粉状基体17充气，从而，确保在粉状基体17的表面均匀生成结晶膜层。在传动装置2的传输下，携带着石英钟罩19的反应室I经降温段至下料端，在下料端设有使反应室I精确定位的定位气缸及可将扣置在真空橡胶垫18上的石英钟罩19提升移出的提升机构8，提升机构8可由橡胶吸盘、移动气缸、抽气泵和多个触动开关构成。[0028]本实用新型的工作过程I)将欲加工的锂离子负极材料粉状基体17，如石墨粉体、硬碳粉体、负极复合粉体或正极复合粉体放于石英管12中。2)将石英管12穿过螺旋形电加热器13架在主滚轮151与从滚轮上，再将喷气直管5由石英管12的进粉端122悬空插入石英管12中，其上的出气孔51朝向粉状基体17，其进气端固定在支撑架上。3)将放有多个石英管12的工作托架11放在传动装置2的上料端。4)在传动装置2的传输下，所述工作托架11进入流程通道3内的预热段，此时，工作托架11上的弹簧电极14与流程通道3内壁上的导电轨道相触，在触动开关的工作下，电动机15驱动石英管12旋转，与此同时，石英管12外的电加热器13也开始对石英管12加热。5)在传动装置2的传输下，工作托架11经具有多个工位4的预热段进入真空沉积段的第一个工位4时，在定位气缸对工作托架11的精确定位和相关触动开关的启动下，位于真空沉积段上方的放置机构7，将石英钟罩19扣置在反应室I的托架11上的真空橡胶垫18上，此时，接通机械真空泵16开始对石英钟罩19与托架11上部所形成的密封腔抽真空。6)携带石英钟罩19的反应室I经真空沉积段的下一个以上工位4，当所述密封腔内的真空度达到所设定的值时，打开供气组件6的开关，通过喷气直管5向石英管12中充入反应气体或保护气体，或者同时充入反应气体和保护气体，反应气体和保护气体在不断滚动的粉状基体17表面发生化学气相沉积反应。7)在真空沉积段完成化学气相沉积反应的工艺过程，在真空沉积段，粉状基体17在石英管12的旋转下，始终在石英管12内作上下翻滚运动，经几个工位4的化学气相沉积反应，粉状基体17的外表面会与反应气体充分接触，从而，确保在粉状基体17的表面均匀生成结晶膜层。8)结束真空沉积段的工艺后，即进入降温段，在触动开关的工作下，降低电加热器13功率或断开电加热器13、断开机械真空泵16，此时，石英管12仍维持在旋转状态。9)当温度降至设定值时，向密封腔内放入气体使其恢复正常气压，经传动装置2的传输，工作托架11经具有多个工位4的降温段进入下料端，此时，下料端的定位气缸对工作托架11精确定位并触动提升机构8的开关，位于下料端上方的提升机构8，将扣置在反应室I真空橡胶垫18上的石英钟罩19提升并移除。10)位于下料端的工作托架11已移至流程通道3之外，其上的电动机15与电加热器13已与供电电源断开，将石英管12取下，至此，完成在真空环境下的化学气相沉积工艺过程。
权利要求1.一种锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，其特征在于所述锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备设有反应室(I)和传动装置(2)，所述反应室(I)为移动装置，所述传动装置(2)为传输带循环式传动机，整个传动装置(2)穿置于两端为敞口的四周封闭的分别为预热段、真空沉积段和降温段的流程通道(3)内，在传动装置(2)的输送下，所述反应室(I)由传动装置(2)的上料端经预热段、沉积段、降温段传至下料端，在所述真空沉积段设有扣置于反应室(I)上的石英钟罩(19)，在所述流程通道(3)的内侧壁上设有将电能传至反应室(I)的导电轨道。
2.根据权利要求I所述的锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，其特征在于所述反应室(I)由隔为上下两部分的托架(11)、不少于一个水平置于托架(11)上部并盛装粉状基体(17)的两端敞口的石英管(12)、非接触式空套在石英管(12)外周的螺旋形的电加热器(13)、置于托架(11)下部可使石英管(12)旋转的驱动装置及机械真空泵(16)构成，所述电加热器(13)、驱动装置和机械真空泵(16)通过设于托架(11)下部侧壁上的弹簧电极(14)与外接电源相连，机械真空泵(16)的进气口设于托架(11)上部，在托架(11)上部四周设有平板凸缘，凸缘上覆盖有真空橡胶垫(18)，在托架(11)上部还设有化学沉积所用的供气组件(6)，供气组件(6)的一端悬空插入石英管(12)中，其另一端通过设于传动装置(2)机架上的管道与外置的供气装置相连。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，其特征在于在所述石英管(12)上接近两端的位置，设有向内凹进的缩颈式的滚槽(121)，所述驱动装置由固定连接在托架(11)下部的电动机(15)、位于托架(11)上部两端且由电动机(15)驱动其旋转的主滚轮(151)和从滚轮构成，主滚轮(151)与从滚轮水平设置，所述石英管(12)置于主滚轮(151)与从滚轮之间，主滚轮(151)与从滚轮的轮盘分别与所述滚槽(121)内面相触。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，其特征在于所述石英管(12)的两端，一端为进粉端(122)，另一端为出粉端(123)，进粉端(122)开口直径大于出粉端(123 )的开口直径，在出粉端(123)设有粉尘过滤网。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，其特征在于所述供气组件(6)由并列设置的反应气供气管与保护气供气管、喷气直管(5)构成，喷气直管(5)上设有一个以上向下开口的出气孔(51)，反应气供气管与保护气供气管的供气端接于喷气直管(5)的进口端，所述出气孔(51)为喷气直管(5)的出口端，喷气直管(5)水平悬空插入所述的石英管(12)中。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，其特征在于在所述真空沉积段设有使反应室(I)精确定位的定位气缸，在该段还设有可将石英钟罩(19)扣置在所述托架(11)的真空橡胶垫(18)上的放置机构(7)。
7.根据权利要求5所述的连续式化学气相沉积真空设备，其特征在于在所述下料端设有使反应室(I)精确定位的定位气缸及可将扣置在所述真空橡胶垫(18)上的石英钟罩(19)提升移出的提升机构(8)。
8.根据权利要求I所述的锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，其特征在于所述预热段设有不少于二个工位(4)。
9.根据权利要求I所述的锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，其特征在于所述真空沉积段设有不少于二个工位(4)。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，其特征在于所述降温段设有不少于二个工位(4)。
专利摘要本实用新型公开了一种锂离子电池材料的连续式真空化学气相沉积设备，要解决的技术问题是精确控制包覆层的膜厚。本实用新型设有反应室和传动装置，反应室为移动装置，传动装置为传输带循环式传动机，整个传动装置穿置于两端为敞口的四周封闭的分别为预热段、真空沉积段和降温段的流程通道内。本实用新型与现有技术相比，采用传动装置和可移动式反应室，实现了以流水线、自动化作业的方式进行化学气相沉积工艺，实现了对粉状基体进行包覆的加工工艺，工艺简单，容易精确控制包覆层的厚度，生产效率高，降低了生产成本，对环境无污染。
文档编号C23C16/54GK202786426SQ20122040766
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者吴其修, 岳杰 申请人:湛江市聚鑫新能源有限公司