固态薄膜电池制造设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种固态薄膜电池制造设备，其包括沉积腔，沉积腔中设置有传输机构、第一电极膜层沉积机构、电解质沉积机构、第二电极膜层沉积机构及激光刻蚀机构；传输机构用于承载衬底，其移动路径依次经过第一电极膜层沉积机构、电解质沉积机构和第二电极膜层沉积机构；第一电极膜层沉积机构用于沉积第一电极膜层；电解质沉积机构用于沉积固态电解质膜层；所述第二电极膜层沉积机构用于沉积第二电极膜层；激光刻蚀机构用于刻蚀第一电极膜层形成第一纹路、刻蚀固态电解质膜层形成第二纹路及刻蚀第二电极膜层形成第三纹路。该固态薄膜电池制造设备实现了固态薄膜电池连续化的制备生产。备生产。备生产。

【技术实现步骤摘要】
固态薄膜电池制造设备


[0001]本技术涉及电池制备
，特别是涉及一种固态薄膜电池制造设备。

技术介绍

[0002]锂离子电池是目前应用范围最广的二次电池。传统的锂离子电池内以有机电解液作为电解质，并以隔膜间隔其中的正极和负极。但是采用有机电解液和隔膜的电池可能会存在胀气、漏液及易短路等安全隐患。固态电池指的是内部各组分均为固态的电解质，具有安全和体积小等优点。固态电池与传统电池的主要区别在于采用了固态电解质代替电解液。
[0003]传统的固态薄膜电池的制备方法主要采用溅射镀膜法，溅射镀膜法通常是借助于电离的高能氩离子轰击靶材，使得靶材溅射出靶材分子或原子，靶材分子或原子沉积在衬底上形成薄膜。以该方法制备固态薄膜电池具有纯度高、效率高的优点，适于大规模生产。然而一方面，在沉积不同层时需要人工切换掩膜，难以自动化制备，浪费人力并且导致效率不高；另一方面，切换掩膜的过程还导致沉积了各材料的基片反复进出真空腔体，增加了在空气中暴露并导致材料变质的风险，导致良品率的降低；再一方面，掩膜的精度有限，人工切换掩膜时也总是不可避免地存在些许误差，进一步导致了固态薄膜电池良品率的降低。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种无需使用掩膜、实现自动化连续式生产的固态薄膜电池制造设备，以提高固态薄膜电池的生产效率及良品率。
[0005]根据本技术的一个实施例，一种固态薄膜电池制造设备，其包括沉积腔，所述沉积腔中设置有传输机构、第一电极膜层沉积机构、电解质沉积机构、第二电极膜层沉积机构及激光刻蚀机构；所述传输机构用于承载衬底，其移动路径依次经过所述第一电极膜层沉积机构、所述电解质沉积机构和所述第二电极膜层沉积机构；
[0006]所述第一电极膜层沉积机构用于在衬底上沉积第一电极膜层；
[0007]所述电解质沉积机构用于在沉积有所述第一电极膜层的衬底上沉积固态电解质膜层；
[0008]所述第二电极膜层沉积机构用于在沉积有所述固态电解质膜层的衬底上沉积第二电极膜层；
[0009]所述激光刻蚀机构用于刻蚀所述第一电极膜层形成第一纹路、刻蚀所述固态电解质膜层形成第二纹路及刻蚀所述第二电极膜层形成第三纹路。
[0010]在其中一个实施例中，所述第一电极膜层沉积机构包括用于沉积所述第一电极材料的第一电极材料溅射靶；所述第二电极膜层沉积机构包括用于沉积所述第二电极材料的第二电极材料溅射靶；所述电解质沉积机构包括用于沉积所述固态电解质的电解质材料溅射靶。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一电极膜层沉积机构还包括第一辅助能量源，所述
第一辅助能量源用于辅助所述第一电极材料溅射靶沉积所述第一电极材料提高所述第一电极材料溅射靶在溅射过程中的等离子体密度；和/或
[0012]所述第二电极膜层沉积机构还包括第二辅助能量源，所述第二辅助能量源用于辅助所述第二电极材料溅射靶沉积所述第二电极材料提高所述第一电极材料溅射靶在溅射过程中的等离子体密度。
[0013]在其中一个实施例中，所述第一辅助能量源选自离子源、电子束源和热源的一种或多种；和/或
[0014]所述第二辅助能量源选自离子源、电子束源和热源的一种或多种。
[0015]在其中一个实施例中，所述第一电极材料溅射靶和所述第二电极材料溅射靶中的一个靶是正极材料靶，另一个靶是负极材料靶；
[0016]其中，所述正极材料靶选自钴酸锂靶、磷酸铁锂靶和锂锰合金靶中的一种或多种；所述负极材料靶选自硅靶、石墨靶、锂碳合金靶、锂硅合金靶和锂靶中的一种或多种。
[0017]在其中一个实施例中，所述沉积腔中还设置有加热装置，所述加热装置用于对沉积所述第一电极材料溅射靶、所述第二电极材料溅射靶负极材料靶和/或所述电解质材料溅射靶沉积的膜层进行加热处理。
[0018]在其中一个实施例中，还包括集流体沉积机构，所述传输机构的传输路径在经过所述第一电极膜层料沉积机构前还经过所述集流体沉积机构，用于将未沉积集流体的衬底传送至所述集流体沉积机构，所述集流体沉积机构用于在所述未沉积集流体的衬底上沉积集流体。
[0019]在其中一个实施例中，其特征在于，还包括进料腔和出料腔；所述进料腔与所述沉积腔之间以第一可开合阻隔机构间隔；所述出料腔与所述沉积腔之间以第二可开合阻隔机构间隔。
[0020]在其中一个实施例中，所述进料腔体内设置有进料传输带，所述出料腔体内设置有出料传输带，所述进料传输带的末端紧靠所述第一可开合阻隔机构设置，用于将所述衬底传送至所述传输机构上，所述出料传输带紧靠所述第二可开合阻隔机构设置，用于接收来自所述传输机构的完成沉积的所述衬底。
[0021]在其中一个实施例中，还包括检测机构及控制机构，所述检测机构用于检测所述衬底在所述沉积腔中的位置及表面形貌；所述控制机构与所述激光刻蚀机构电连接，用于控制所述激光刻蚀机构以刻蚀出所需纹路。
[0022]本技术的固态薄膜电池制造方法通过引入激光刻蚀机构进行精确刻蚀以实现自动化及连续化的生产。在连续化的生产过程中无需引入掩膜，因而无需进出沉积腔，能够有效减少沉积所得的薄膜在空气中的暴露，以尽可能减少薄膜表面氧化缺陷的产生，以获得更高的固态薄膜电池电极材料的能量密度。
[0023]进一步，上述固态薄膜电池制造设备还可以通过采取辅助能量源辅助溅射，以提高溅射过程的等离子体密度，获得沉积更为致密的电极薄膜。并且，同时设置加热装置对溅射所得薄膜进行加热处理，不仅消除溅射沉积所得薄膜内部的晶格缺陷，还能够释放制备的薄膜的内部应力，使得制备所得薄膜表面更为均匀，不同膜层之间接触更为紧密，有效提高了固态薄膜电池电极材料的能量密度。
[0024]进一步，通过引入检测机构和控制机构，能够实现对衬底的精确检测及对激光刻
蚀机构的精确控制，以有效提高激光刻蚀过程中的精度。
附图说明
[0025]图1为固态薄膜电池的结构示意图；
[0026]图2为一实施例的固态薄膜电池制备设备示意图；
[0027]图3为图2的固态薄膜电池制备设备详细示意图；
[0028]图4为一实施例制备固态薄膜电池的过程示意图。
具体实施方式
[0029]为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0030]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的“多”包括两个以上的项目。本文所使用的“某数以上”应当理解为某数及大于某数的范围。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态薄膜电池制造设备，其特征在于，包括沉积腔，所述沉积腔中设置有传输机构、第一电极膜层沉积机构、电解质沉积机构、第二电极膜层沉积机构、激光刻蚀机构及检测机构；所述传输机构用于承载衬底，其移动路径依次经过所述第一电极膜层沉积机构、所述电解质沉积机构和所述第二电极膜层沉积机构；所述第一电极膜层沉积机构用于在所述衬底上沉积第一电极膜层；所述电解质沉积机构用于在沉积有所述第一电极膜层的衬底上沉积固态电解质膜层；所述第二电极膜层沉积机构用于在沉积有所述固态电解质膜层的衬底上沉积第二电极膜层；所述检测机构用于检测所述衬底在所述沉积腔中的位置及表面形貌；所述激光刻蚀机构用于刻蚀所述第一电极膜层形成第一纹路、刻蚀所述固态电解质膜层形成第二纹路及刻蚀所述第二电极膜层形成第三纹路。2.根据权利要求1所述的固态薄膜电池制造设备，其特征在于，所述第一电极膜层沉积机构包括用于沉积第一电极材料的第一电极材料溅射靶；所述第二电极膜层沉积机构包括用于沉积第二电极材料的第二电极材料溅射靶；所述电解质沉积机构包括用于沉积所述固态电解质的电解质材料溅射靶。3.根据权利要求2所述的固态薄膜电池制造设备，其特征在于，所述第一电极膜层沉积机构还包括第一辅助能量源，所述第一辅助能量源用于辅助所述第一电极材料溅射靶沉积所述第一电极材料；和/或所述第二电极膜层沉积机构还包括第二辅助能量源，所述第二辅助能量源用于辅助所述第二电极材料溅射靶沉积所述第二电极材料。4.根据权利要求3所述的固态薄膜电池制造设备，其特征在于，所述第一辅助能量源选自离子源、电子束源和热源的一种或多种；和/或所述第二辅...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭志，张艳芳，
申请(专利权)人：维达力实业深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：