[发明专利]金属复合材料制备装置及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种金属复合材料制备装置及其制备方法，所述金属复合材料制备装置包括沉积腔体和独立设置于所述沉积腔体内的基台及多个独立设置且气压可调的蒸发腔；所述蒸发腔内设置有放置蒸料的蒸发位，所述基台上用于放置待沉积基底，所述蒸料由蒸发位蒸发并沉积在所述待沉积基底之上。所述制备方法中，通过调节蒸发腔的气体排出速率与所述蒸发位的蒸发速率，使原子由蒸发腔进入沉积腔体内，并于以所需沉积速率在基底上沉积。基于上述方法可提高多元材料共蒸发的可控性，从而更精准地控制金属或金属化合物蒸料的蒸发速率，以提高所述蒸发沉积的沉积物中蒸料比例范围及蒸发沉积的均匀度。

【技术领域】

本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种金属复合材料制备装置及其制备方法。

【背景技术】

全固态锂电池是由于其安全性、循环性能优良等优点成为二次电池的重要发展方向，同时由于金属锂元素原子半径小、具有最低的电化学势，全固态锂电池相比其他钠离子电池具有更大的市场应用潜力。决定锂电池容量的关键因子之一是负极容量，目前发展较为成熟的石墨负极具有高库伦效率、低电压极化和长循环寿命等优点，但其理论容量只有370mAh/g，严重限制了锂电池的应用推广。针对上述问题的解决方案是采用高理论容量的金属锂负极或者硅负极，但这两种负极材料都具有限制其应用的瓶颈问题，前者由于电极表面电场分布不均匀造成充放电过程锂枝晶，造成刺破电池引起爆炸，后者由于本身充放电过程体积膨胀的问题造成硅负极粉末化，影响电池的正常工作。

目前一种解决方案是采取制备LixM复合电极材料(M＝Si,Al,Sn,Cu,Au,Ag等)(Zhao,J.et al.Dry-air-stable lithium silicide–lithium oxide core–shellnanoparticles as high-capacity prelithiation reagents.Nat.Commun.5,5088(2014).)。其主要思路是构建Li可穿透的骨架结构，在解决嵌锂-脱锂过程所带来的体积膨胀变化问题的同时实现电子和离子导体混合，结合可帮助改善电极表面和电极内部电场分布、以及具有较好的疏水性能、较低的气体渗透性能的碳材料，其中碳材料如：石墨、石墨烯、碳纳米管、足球烯等。最终可实现金属锂复合电极的稳定、可循环和高效工作。

针对上述电极材料的制备目前较为主流的方法如下：在手套箱中溶解锂金属，加入适当化学计量比的M金属颗粒搅拌获得LixM颗粒，之后加入粘结剂苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)和石墨烯形成浆料，并涂覆于基板聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上，剥落后获得柔韧性良好、空气中稳定的LixM/石墨烯电极材料。(Nature Nanotechnology,2017,doi:10.1038/nnano.2017.129)。

该方法可以实现可循环LixM+石墨烯的复合负极的制备，但是该方法结合了加热融化和湿法工艺，且需在手套箱中实现，工艺方法步骤多、操作复杂，不利于大规模推广。

【发明内容】

为克服现有金属复合材料制备工艺复杂，不利于大规模推广的问题，本发明提供了一种金属复合材料制备装置及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题提供一技术方案如下：一种金属复合材料制备装置，所述金属复合材料制备装置包括沉积腔体和独立设置于所述沉积腔体内的基台及多个独立设置的蒸发腔；所述蒸发腔内设置有放置蒸料的蒸发位，所述基台上用于放置待沉积基底，所述蒸料由蒸发位蒸发并沉积在所述待沉积基底之上；所述金属复合材料制备装置还包括与蒸发腔连接的气压调节装置，所述气压调节装置用以从所述蒸发腔内排出气体。