[发明专利]用于原子层沉积（ALD）和化学气相沉积（CVD）工艺的颗粒反应器

说明书

一种粉末涂覆装置反应器包括用于粉末材料的装载端口、用于一种或多种涂层前驱体的入口，以及具有内表面和多个轴向挡板的反应室。每个轴向挡板都从回转容器的反应室的内表面向内延伸。多个轴向挡板配置为在回转容器的旋转期间保持粉末材料在反应室内流动以促进粉末材料与一个或多个涂层前驱体之间的接触。粉末涂覆装置进一步包括位于装载端口处的旋转真空密封件。粉末涂覆装置还包括电机，电机能够在粉末材料与涂层前驱体在所述反应室中反应期间致动回转容器绕中心轴线旋转。还提供了用于使用这种反应器涂覆粉末材料的方法。

技术领域

本公开涉及一种用于在纳米颗粒上沉积膜或涂层的装置和方法，并且更特别地涉及一种包括反应器的颗粒涂覆系统，反应器用于粉末或微粒基质上的薄膜的原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)。

背景技术

本部分提供与本公开相关的背景信息，但该背景信息不一定是现有技术。

核/壳纳米颗粒可用于各种应用，诸如用于电池电极的形成。核可为任何类型的粉末颗粒。壳可为薄涂层，其可通过诸如化学气相沉积(CVD) 或原子层沉积(ALD)的工艺来应用。在CVD中，气体混合物围绕加热基质颗粒流动以通过多相反应形成在颗粒表面上生长的固体薄膜。副产物被解吸并且被抽走。CVD的变型ALD是用于基质上的化学沉积或超薄膜生长的自限性工艺。ALD典型地涉及使目标基质颗粒经受与前驱体材料的单个气相或具有表面涂层的前驱体的依次引入的多个气相之间的自饱和表面反应。每个表面反应导致一个原子层厚度的膜。表面反应可根据期望的涂层或膜的组合物和结构依次进行和/或以交替方式进行。

然而，在基质是粉末或固体颗粒的情况下，在ALD和/或CVD工艺期间，颗粒经常结块在一起。这种结块阻断了基质颗粒上的活性位点并且防止与前驱体的充分反应，导致颗粒未被很好地涂覆；例如，平均仅约40％可被涂覆。

在流化床反应器中，一部分基质颗粒沉降至反应器的底部并且结块在一起，由此导致低涂覆效率。另外，流化床反应器容易堵塞并且需要大量运载气体。可选地，在旋转粉末涂覆机中，基质颗粒容纳在小旋转管中并且易于结块在一起，降低了如上所述的涂覆效率。旋转粉末涂覆机还易于堵塞并且在大规模下是不经济的。级联涂覆机可用来半连续地涂覆基质粉末。级联涂覆机包括一系列垂直连接的反应器。每个反应器由位于前驱体储存器之上的粉末储存器组成，其中两个储存器由阀隔开。阀被打开以流化粉末基质并且实现前驱体在粉末基质表面上的气相沉积。每个反应器可具有独立的压力和温度控制器。涂覆基质粉末可向下传递至级联涂覆机中的随后的反应器中，以便暴露于附加的前驱体。然而，反应器和涂覆步骤的数量由于空间约束而受到限制。因为其机械复杂性和对高度同步的需要，级联涂覆系统的机械故障是常见的。类似于上述反应器，级联涂覆机中的基质粉末易于有结块的倾向。为了更有效的涂覆，期望研发用于ALD和 CVD的促进基质颗粒的更大分离的反应器。

发明内容

本部分提供了本公开的一般性概述，不是其整个范围或其所有特征的全面公开。

在某些方面，本公开提供了粉末涂覆装置。粉末涂覆装置包括用于接收粉末材料的装载端口、用于接收一个或多个涂层前驱体的入口以及具有内表面和多个轴向挡板的反应室。多个轴向挡板中的每一个都从回转容器的反应室的内表面向内延伸。多个轴向挡板配置为在回转容器的旋转期间保持粉末材料在反应室内流动以促进粉末材料与一个或多个涂层前驱体之间的接触。粉末涂覆装置进一步包括位于回转容器的装载端口处的旋转真空密封件。粉末涂覆装置还包括电机，电机能够在粉末材料与涂层前驱体在反应室中反应期间致动回转容器绕中心轴线旋转。