CN114075659A - 粉体包覆反应器、超声流化原子层沉积包覆装置及其应用 - Google Patents

粉体包覆反应器、超声流化原子层沉积包覆装置及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种粉体包覆反应器、超声流化原子层沉积包覆装置及其应用。该粉体包覆反应器包括反应筒和多个传振片；反应筒的两端具有开口，反应筒的侧壁上开设有多个第一通孔；多个传振片依次间隔设置于反应筒内，每个传振片的边缘密封连接于反应筒的内壁，多个传振片将反应筒的内腔分隔为沿一端开口至另一端开口方向上依次分布的多个子腔体，传振片上设置有用于供粉体在该传振片相邻的两个子腔体之间通过的第二通孔。上述粉体包覆反应器能够有效保持纳米颗粒的分散状态，实现大批量粉末的均匀包覆。

Description

粉体包覆反应器、超声流化原子层沉积包覆装置及其应用
技术领域
本发明涉及粉体包覆技术领域，特别是涉及一种粉体包覆反应器、超声流化原子层沉积包覆装置及其应用。
背景技术
通常电池主要由正极、负极、隔膜、有机电解液及电池壳体等部件构成。电池稳定性问题的主要来源是正极和负极活性物质在长期过充和过放电情况下会发生结构变化，同时活性物质与电解液之间的副反应也可能导致隔膜的破裂从而引起短路。在活性物质表面外加包覆层能够限制电极活性物质本身的结构变化，并减缓活性物质与电解液之间的副反应，因此采用包覆层将电极活性物质包覆起来是一种较优的提高电池稳定性的策略。
由于包覆层会占据电池内部的空间，并提高电池整体的质量，因此为了降低包覆层对电池能量密度等参数的影响，需要尽可能限制包覆层的厚度并提高包覆层的均匀程度。原子层沉积法是一种通过气相化学反应使薄膜在基底表面以但原子层的形式生长的薄膜沉积技术，其制备出的薄膜具有更好的均匀性和保型性，是一种理想的包覆层的制备方式。通常被包覆的电极活性物质呈纳米颗粒状，纳米颗粒的表面能较高，颗粒之间容易发生团聚。在原子层的沉积过程中，薄膜沉积在团聚的颗粒表面，会使得这些纳米颗粒固化成为大的颗粒团聚体，在后续的充放电过程中影响电极活性物质的能量释放。
超声流化原子层沉积装置是在原子层沉积装置的基础上引入接触夹持器(反应器)设置的超声振动装置。超声流化原子层沉积装置可以借助于超声振动的方式，使得位于夹持器中的纳米颗粒软团聚体发生解团聚，确保纳米颗粒获得更为充分、均匀的分散。这样的方式在解决小批量(例如1000g以下)电极活性物质粉体生产时的团聚问题时较为有用，但在更大批量的生产过程中则仍然无法充分保持纳米颗粒的分散状态，进而导致生产出的活性物质粉体仍然存在部分团聚的问题。这限制了活性物质粉体的生产效率。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够在更大批量粉体的制备过程中，对其中形成的软团聚体实现有效解团聚，保持粉体分散状态的粉体包覆反应器。
根据本发明的一个实施例，一种粉体包覆反应器，包括反应筒和多个传振片；
所述反应筒的两端具有开口，所述反应筒的侧壁上开设有多个第一通孔；
多个所述传振片依次间隔设置于所述反应筒内，每个所述传振片的边缘密封连接于所述反应筒的内壁，多个所述传振片将所述反应筒的内腔分隔为沿一端开口至另一端开口方向上依次分布的多个子腔体，所述传振片上设置有用于供粉体在该传振片相邻的两个子腔体之间通过的第二通孔。
在其中一个实施例中，在多个所述传振片中，所述传振片的厚度由所述反应筒的其中一端开口至相对的另一端开口的方向逐渐增加。
在其中一个实施例中，所述传振片有两个。
在其中一个实施例中，所述传振片上设置有多个所述第二通孔，多个所述第二通孔呈阵列状分布。
在其中一个实施例中，所述反应筒为两端具有外翻折边的空心柱状。
在其中一个实施例中，所述第一通孔设置于两个所述传振片之间。
在其中一个实施例中，所述第一通孔有多个，多个所述第一通孔构成一组或多组所述第一通孔，其中每组包括两个在所述反应筒的侧壁上呈相对位置分布的所述第一通孔。
在其中一个实施例中，所述第一通孔有两个。
在其中一个实施例中，还包括间隔片，所述间隔片设置于所述反应筒内且由一端开口向另一端开口的方向延伸，所述间隔片用于将各所述子腔体均分为多个反应室。
进一步地，一种超声流化原子层沉积包覆装置，其包括前驱体供给机构、粉体流化包覆机构、超声振动机构和缓冲机构，所述粉体流化包覆机构包括根据上述任一实施例所述的粉体包覆反应器，所述前驱体供给机构用于向所述粉体包覆反应器中导入包覆层物质的前驱体，所述超声振动机构包括一个或多个振动杆，所述缓冲机构包括一个或多个缓冲杆，所述振动杆和所述缓冲杆的总数量与所述粉体包覆反应器中的所述第一通孔的总数量相同，且各所述振动杆和各所述缓冲杆分别连接于不同的所述第一通孔。
根据上述任一实施例所述的粉体包覆反应器或根据上述任一实施例所述的超声流化原子层沉积包覆装置在制备电极活性物质中的应用。
具体地，一种电极活性物质的制备方法，采用根据上述实施例所述的超声流化原子层沉积包覆装置制备，其包括如下步骤：
向所述粉体包覆反应器的反应筒中加入待包覆的粉体；
通过所述前驱体供给机构向所述粉体包覆反应器中导入包覆层物质的前驱体，并启动超声振动机构，使所述超声振动杆发生振动；
使所述前驱体形成包覆于所述粉体表面的包覆层。
在其中一个实施例中，在使所述振动杆发生振动的过程中，控制所述振动杆进行间歇式振动，单次振动时间为20s～60s，相邻两次振动间隔时间为10s～30s。
超声振动的方式虽然能够在一定程度上使粉体的软团聚体解团聚，但是当装载入反应器中的粉体的量进一步增加至1000g以上时，粉体的解团聚效果将出现明显下降。经过进一步的研究发现，传统技术中超声振动杆仅接触于反应器侧壁，无法有效带动粉体包覆反应器。当粉体的量增多时，反应器侧壁以及金属网本身的振动已经无法有效作用于粉体的软团聚体并使其充分解团聚。
为了解决上述问题，本申请的上述实施例提供了一种粉体包覆反应器。其中，反应筒侧壁上设置有多个第一通孔，其中部分第一通孔用于供外界的振动棒配合设置，另外部分第一通孔用于供将外界的缓振棒配合设置，能够显著增大反应筒侧壁的振动幅度。同时，反应筒内设置有多个间隔的传振片，多个传振片受到反应筒侧壁的传导均发生大幅度振动。粉体在反应筒内借助于气体的作用频繁进出于多个传振片上的第二通孔，正在大幅振动的传振片与颗粒发生碰撞，迫使较大的软团聚体颗粒解团聚。由于反应筒本身的大幅振动以及多个传振片对于该振动的有效传递，即使单次填充多于1000g的纳米颗粒，其形成的软团聚体也能够得到更为充分的解团聚。因此采用上述粉体包覆反应器能够有效保持纳米颗粒的分散状态。
附图说明
图1示出了粉体包覆反应器的立体结构示意图；
图2示出了图1中粉体包覆反应器的俯视图；
图3示出了图2中BB’面的剖视图；
图4示出了图1中粉体包覆反应器的侧视图；
图5示出了实施例1和对比例1所得的粉体制备的锂离子电池的循环性能示意图；
其中，各附图标记及其含义如下：
110、反应筒；1110、第一通孔；121、第一传振片；1210、第二通孔；122、第二传振片；130、间隔片；1310、第三通孔。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。文中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明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发明的公开内容的理解更加透彻全面。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。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”包括两个和多于两个的项目。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。
根据本发明的一个实施例，一种粉体包覆反应器，该粉体包覆反应器包括反应筒和多个传振片；反应筒的两端具有开口，反应筒的侧壁上开设有多个第一通孔；多个传振片依次间隔设置于反应筒内，每个传振片的边缘密封连接于反应筒的内壁，多个传振片将反应筒的内腔分隔为沿一端开口至另一端开口方向上依次分布的多个子腔体，传振片上设置有用于供粉体在该传振片相邻的两个子腔体之间通过的第二通孔。
其中，部分第一通孔用于供振动杆安装，另外部分第一通孔用于供缓冲杆安装。每一部分第一通孔包括至少一个第一通孔。
在具体的使用过程中，待包覆的纳米颗粒状的粉体可以被置于反应筒中，并且采用滤网和端盖将反应筒的两端开口封住，粉体被限制于反应筒内且包覆过程在反应筒内发生。反应筒侧壁上设置有多个第一通孔，在实际使用过程中，可以将外界的超声振动棒配合设置于其中至少一个第一通孔中，同时也将外界的缓振棒配合设置于其中未设置有超声振动棒的至少一个通孔中。超声振动棒产生的超声振动传导到反应筒的侧壁上，同时侧壁上的缓振棒施加反作用力辅助反应筒侧壁固定，以增大反应筒侧壁局部的振动幅度。同时，反应筒内设置有多个间隔的传振片，多个传振片均发生振动。粉体在反应筒内由于流化气体的作用频繁进出于多个传振片上的第二通孔，正在振动的传振片与颗粒发生碰撞，迫使较大的颗粒解团聚。
其中，壳体可以是竖直的筒状，也可以是弯曲的筒状。进一步地，对于竖直的筒状，其还可以包括中空的圆柱状或棱柱状。进一步地，反应筒的端部还可以具有外翻的折边。
其中，多个传振片之间可以是相互倾斜设置的，也可以是相互平行设置。在其中一个具体示例中，多个传振片之间相互平行设置。平行设置的传振片能够使得流化的粉体在反应筒中运动时与传振片发生更为均匀的碰撞，使得流化的粉体能够尽可能分散地更为均匀。
其中，传振片可以是平面状的传振片，也可以是曲面状的传振片。在其中一个具体示例中，传振片呈厚度均匀的平直状，且传振片垂直于筒状壳体的轴向设置。具体地，传振片为扁平的片状。其中，扁平的片状指的是传振片整体的厚度均匀，且传振片的厚度不超过其径向的最大宽度。
在其中一个具体示例中，在多个传振片中，传振片的厚度由反应筒的其中一端开口至相对的另一端开口的方向逐渐增加。流化的粉体在受到气流作用的同时也会受到重力的作用，因此在反应筒中，越靠下粉体的量越多。此时可以将较厚的传振片置于靠下的部位，将较薄的传振片置于靠上的部位，较厚的传振片能够获得更多的振动能量，便于振散更多的软团聚体。
其中，传振片可以是网状的传振片。例如，传振片上设置的第二通孔的数量可以有多个，且多个第二通孔呈行列状设置，此时多个第二通孔构成传振片上的网眼。
在其中一个具体示例中，第一通孔设置于位于两个传振片之间，位于两个传振片之间的第一通孔能够将振动杆的能量有效地传递到每一个传振片上。
在其中一个具体示例中，第一通孔有多个，多个第一通孔构成一组或多组第一通孔，其中每组包括两个在反应筒的侧壁上呈相对位置分布的第一通孔。两个第一通孔在反应筒上呈相对位置分布指的是，两个第一通孔的中心的连线处于反应筒中垂直于轴向的一个截面上，并且两个通孔的中心分别是该两个中心所处的反应筒截面上相距最远的两点。例如，当反应筒呈圆柱状时，两个第一通孔的中心处于同一个圆柱截面上，并且这两个中心的连线是该圆柱截面上的直径。
在其中一个具体示例中，第一通孔有两个，两个第一通孔形状相同，两个第一通孔在反应筒上所处的高度相同，且两个第一通孔之间相对设置。
在其中一个具体示例中，还包括间隔片，间隔片设置于反应筒内且由一端开口向另一端开口的方向延伸，并且间隔片用于将各子腔体均分为多个反应室。由于流化气体和超声振动在该反应筒内存在一定的不均匀性，这可能导致粉体在反应筒内的轴向分布也不均匀，间隔片主要用于沿轴向将反应筒均分为多个反应腔，以尽可能均衡粉体在反应筒中的分布情况。可以理解，对于主要部分呈圆柱状的反应筒，间隔片可以有一片，以将反应筒均分为相同的两半；或是，间隔片可以有三片，任意两片之间夹角为120°，以将反应筒均分为相同的三部分；又或是，间隔片可以有四片，相邻的两片之间夹角为90°，以将反应筒均分为相同的四部分。
可以理解，由于该间隔片将各子腔体均分为多个反应室，因此该间隔片的至少一部分也连接于反应筒的内壁，该间隔片在实际工作过程中也会受到超声振动的作用。此时，可选地，该间隔片上设置有第三通孔，第三通孔可以进一步使得软团聚体解团聚。具体地，当超声振动传递至该间隔片上时，软团聚体在流化过程中可以通过第三通孔，并受到间隔片的作用被振散。
可以理解，在流化过程中需要确保粉体在反应筒内部被包覆，但应当允许流化气体通过。因此，在其中一些具体示例中，该粉体包覆反应器还包括端封件，端封件设置于反应筒的两端开口并用于阻挡位于反应筒内部的粉体泄露，端封件可以供气体通过。可选地，端封件可以呈网状，例如选用2000目以上的不锈钢滤网、1μm的高密度筛网或上述不锈钢滤网和高密度筛网的组合。
为了直观理解上述粉体包覆反应器的具体构造，请同时参照图1、图2、图3和图4，图1示出了粉体包覆反应器的立体结构示意图，图2示出了该粉体包覆反应器的俯视图，图3示出了该粉体包覆反应器的剖视图，图4示出了该粉体包覆反应器的侧视图。该粉体包覆反应器包括反应筒10和多个传振片。反应筒10整体呈两端具有折边的圆柱状，反应筒10的两端具有开口。进一步地，反应筒10两端的折边上还具有安装孔，可用于通过螺丝等连接件进一步安装于超声流化原子层沉积包覆装置上。可选地，该反应筒10的内径为80mm～150mm，进一步地，该反应筒10的内径为100mm～120mm，例如，该反应筒10的内径为110mm。其中，内径表示内直径。
其中，如图2，传振片呈圆片状，设置于反应筒10内，且垂直于反应筒10的轴向、沿反应筒10的径向设置。传振片的边缘固定连接于反应筒10的内壁上，则传振片的直径与反应筒10的内直径相同。进一步地，传振片上设置有多个第二通孔1210，并且多个第二通孔1210呈阵列状分布。可选地，第二通孔1210的形状为正方形，具体地，第二通孔1210的边长为3mm～10mm，例如，第二通孔1210的边长为5mm。可以理解，在其他实施方式中，第二通孔1210还可以是圆形、三角形、六边形等形状。
其中，如图3，在反应筒10内，传振片共有两片，分别为第一传振片121和第二传振片122。两片传振片之间平行设置。进一步地，沿反应筒10的左侧底面至右侧底面的方向，传振片的厚度依次增加，即位于第一传振片121厚度厚于第二传振片122厚度。传振片的具体厚度可以由操作人员根据对应传振片实际所处的位置以及实际使用过程中的具体工艺参数进行具体设置。例如，第一传振片121的厚度为3mm～10mm，第二传振片122的厚度为0.5mm～2mm。
如图4，第一通孔1110有两个，两个第一通孔1110的形状相同，两个第一通孔1110在反应筒10上所处的高度相同，且两个第一通孔1110之间相对设置。可以理解，其中的高度应当理解为反应筒10在轴向上的具体位置。
如图1和图2，上述粉体包覆反应器还包括间隔片130，间隔片130设置于反应筒10内且平行于反应筒10的轴向，并且间隔片130将反应筒10均分为多个反应室。具体地，间隔片130有四片，四片间隔片130构成十字形，将反应筒10均分为四个反应室。
进一步地，间隔片130上还设置有第三通孔1310，第三通孔1310呈阵列状分布。可选地，第三通孔1310的形状为正方形，具体地，第三通孔1310的边长为3mm～10mm，例如，第三通孔1310的边长为5mm。可以理解，在其他实施方式中，第三通孔1310还可以是圆形、三角形、六边形等形状。
进一步地，上述粉体包覆反应器可以应用于超声流化原子层沉积包覆装置中。具体地，本发明的又一实施例还提供了一种超声流化原子层沉积包覆装置，其包括前驱体供给机构、粉体流化包覆机构、超声振动机构和缓冲机构，粉体流化包覆机构包括根据上述实施例的粉体包覆反应器，前驱体供给机构用于向粉体包覆反应器中导入包覆层物质的前驱体，超声振动机构包括一个或多个振动杆，缓冲机构包括一个或多个缓冲杆，振动杆和缓冲杆的总数量与粉体包覆反应器中的第一通孔1110的总数量相同，且各振动杆和各缓冲杆分别连接于不同的第一通孔1110。
其中，在上述超声流化原子层沉积包覆装置中，包覆层物质的前驱体可以是气体和/或由气体运载的液体。
其中，可选地，对应于设置有两个第一通孔1110的粉体包覆反应器的情况，振动杆和缓冲杆的数量均为一个。其中，振动杆可以连接于超声振动源，以作为传导振动的介质。缓冲杆可以是位置固定的杆，以缓冲反应筒10的振动。
可以理解，考虑到原子层沉积过程所需的实际反应条件，该超声流化原子层沉积包覆装置还可以包括加热机构，加热机构用于对其中的粉体包覆反应器进行加热，以使得进入粉体包覆反应器的前驱体发生反应并生成包覆层的物质。进一步地，为了实现精准的控温，该超声流化原子层沉积包覆装置还可以包括温度测量器，温度测量器可以是热电偶。
进一步地，上述超声流化原子层沉积包覆装置可以按照如下方式使用。
根据本发明的又一实施例，一种电极活性物质的制备方法，其采用如上述实施例的超声流化原子层沉积包覆装置制备，包括如下步骤。
步骤S1，向粉体包覆反应器中加入待包覆的粉体。
其中，在单次制备过程中，向粉体包覆反应器中加入多于1000g的待包覆粉体。传统技术中的粉体包覆反应器通常仅包括反应筒、间隔片或是一个传振片，这样的结构在用于装载1000g以上的粉体时已经难以使其充分进行解团聚。然而本发明上述实施例的粉体包覆反应器能够实现对1000g以上的待包覆粉体进行解团聚，例如1100g、1300g、1500g甚至2000g。因此，在其中一个具体示例中，向粉体包覆反应器中加入1500g的待包覆粉体。
可选地，待包覆的粉体材质可以是镍钴锰酸锂三元材料。
进一步地，在将粉体加入反应筒中之后，还采用端封件将反应筒两端的开口封住。
具体地，粉体流化包覆机构还包括反应腔体，在使用时，粉体包覆反应器被置于反应腔体中。在将粉体置于粉体包覆反应器之后，还包括将粉体包覆反应器放置入反应腔体中的步骤。
进一步地，还包括将超声振动机构中的超声振动杆以及缓冲机构中的缓冲杆对位安装于第一通孔中的步骤。
进一步地，还包括对反应腔体内抽真空，以使得粉体包覆反应器内同样形成真空的步骤。可选地，此步骤中控制反应腔体内的气压≤25Pa。
步骤S2，通过前驱体供给机构向粉体包覆反应器中导入包覆层物质的前驱体，并启动超声振动机构，使超声振动杆发生振动。
可选地，在通入前驱体之前，还可以通过前驱体供给机构向粉体包覆反应器中导入流化气体，流化气体的流速可以选自1000sccm～2000sccm，保证粉末在粉体包覆反应器中稳定流化。
进一步地，在此过程中，还包括加热反应腔体的步骤。此过程中控制粉体包覆反应器的温度为100℃～140℃。
在通入前驱体的过程中，可以设置前驱体载气的流速为20sccm。
进一步地，在使超声振动杆发生振动的过程中，控制超声振动杆进行间歇式振动，单次振动时间为20s～60s，相邻两次振动间隔时间为10s～30s。
具体地，在振动杆振动的过程中，控制振动杆的振幅为80％～100％。
在通入前驱体预设时间之后，结合上述超声振动的方式以及反应温度，可以使前驱体形成包覆于粉体表面的包覆层，具体地，包覆层的厚度为0.2nm～0.3nm的金属氧化物薄膜。
步骤S3，停止通入前驱体，并通入流化气体至粉体包覆反应器内气压到达常压。
为了更易于理解及实现本发明，以下还提供了如下较易实施的、更为具体详细的实施例及对比例作为参考。通过下述具体实施例和对比例的描述及性能结果，本发明的各实施例及其优点也将显而易见。
如无特殊说明，以下各实施例所用的原材料皆可从市场上常规购得。
实施例1
采用超声流化原子层沉积包覆装置，超声流化原子层沉积包覆装置的具体结构可以参照CN109576673A中的附图1，仅将其中的夹持器替换为本发明图1中的粉体包覆反应器，其他部件在此不予赘述。
向粉体包覆反应器中加入1500g镍钴锰酸锂三元正极材料(NCM811)的粉体。
采用2200目不锈钢滤网与1μm高密度过滤筛网封堵粉体包覆反应器中反应筒两端的开口，并通过反应筒两端这边上的孔以法兰连接的方式进行固定。
将粉体包覆反应器整体安装于反应腔体中，并将振动杆装配于反应筒上的其中一个第一通孔，将缓冲杆装配于反应筒上的另一个第一通孔，开启真空泵，控制反应腔体中的压力≤25Pa。
对反应腔体开始加热，控制外腔温度为200℃～300℃，此时粉体包覆反应器内的温度为100℃～140℃，并通入5000sccm的流化气，保证粉末在反应器中稳定流化。
通入载气流量为20sccm的前驱体，并设置超声振动杆的振幅为90％，作用时间40s，间隔时间20s，持续反应30min至生成包覆层薄膜。
通入流化气体5000sccm至粉体包覆反应器中气压回升至常压，取出粉体包覆反应器并获取其中的粉体。
实施例2
采用如实施例1中的超声流化原子层沉积包覆装置。
向粉体包覆反应器中加入500g镍钴锰酸锂三元正极材料(NCM811)的粉体。
采用2200目不锈钢滤网与1μm高密度过滤筛网封堵粉体包覆反应器中反应筒两端的开口，并通过反应筒两端这边上的孔以法兰连接的方式进行固定。
将粉体包覆反应器整体安装于反应腔体中，并将振动杆装配于反应筒上的其中一个第一通孔，将缓冲杆装配于反应筒上的另一个第一通孔，开启真空泵，控制反应腔体中的压力≤25Pa。
对反应腔体开始加热，控制外腔温度为200℃～300℃，此时粉体包覆反应器内的温度为100℃～140℃，并通入2500sccm的流化气，保证粉末在反应器中稳定流化。
通入载气流量为20sccm的前驱体，并设置超声振动杆的振幅为90％，作用时间40s，间隔时间20s，持续反应30min至生成包覆层薄膜。
通入流化气体5000sccm至粉体包覆反应器中气压回升至常压，取出粉体包覆反应器并获取其中的粉体。
对比例1
采用超声流化原子层沉积包覆装置，其与实施例1的超声流化原子层沉积包覆装置的主要区别在于粉体包覆反应器，该反应器与实施例1的反应器的主要区别在于：反应筒内仅设置有一片传振片，反应筒侧壁上不具有第一通孔。
向粉体包覆反应器中加入1500g镍钴锰酸锂三元正极材料(NCM811)的粉体。
采用2200目不锈钢滤网与1μm高密度过滤筛网封堵粉体包覆反应器中反应筒两端的开口，并通过反应筒两端这边上的孔以法兰连接的方式进行固定。
将粉体包覆反应器整体安装于反应腔体中，并将振动杆装配于反应筒上的其中一个第一通孔，将缓冲杆装配于反应筒上的另一个第一通孔，开启真空泵，控制反应腔体中的压力≤25Pa。
对反应腔体开始加热，控制外腔温度为200℃～300℃，此时粉体包覆反应器内的温度为100℃～140℃，并通入4500sccm的流化气，保证粉末在反应器中稳定流化。
通入载气流量为20sccm的前驱体，并设置超声振动杆的振幅为90％，作用时间40s，间隔时间20s，持续反应30min至生成包覆层薄膜。
通入流化气体5000sccm至粉体包覆反应器中气压回升至常压，取出粉体包覆反应器并获取其中的粉体。
对比例2
采用超声流化原子层沉积包覆装置，其与实施例1的超声流化原子层沉积包覆装置的主要区别在于粉体包覆反应器，该反应器与实施例1的反应器的主要区别在于：反应筒内仅设置有一片传振片，反应筒侧壁上不具有第一通孔。
向粉体包覆反应器中加入500g镍钴锰酸锂三元正极材料(NCM811)的粉体。
采用2200目不锈钢滤网与1μm高密度过滤筛网封堵粉体包覆反应器中反应筒两端的开口，并通过反应筒两端这边上的孔以法兰连接的方式进行固定。
将粉体包覆反应器整体安装于反应腔体中，并将振动杆装配于反应筒上的其中一个第一通孔，将缓冲杆装配于反应筒上的另一个第一通孔，开启真空泵，控制反应腔体中的压力≤25Pa。
对反应腔体开始加热，控制外腔温度为200℃～300℃，此时粉体包覆反应器内的温度为100℃～140℃，并通入500sccm的流化气，保证粉末在反应器中稳定流化。
通入载气流量为20sccm的前驱体，并设置超声振动杆的振幅为90％，作用时间40s，间隔时间20s，持续反应30min至生成包覆层薄膜。
通入流化气体2250sccm至粉体包覆反应器中气压回升至常压，取出粉体包覆反应器并获取其中的粉体。
实验例：测试实施例1～实施例2及对比例1～对比例2中所得的粉体质量，并计算其相较于包覆之前的质量增加量，结果可见于表1。
采取实施例1及对比例1中所得的粉体作为正极材料，分别组装锂离子电池，在3V～4.7V、循环倍率为1C的条件下进行电池容量循环测试，测试结果可见于图5。
表1
包覆后粉体总质量(g) 质量增加量(g)
实施例1 1503.43 1.10
实施例2 500.59 0.42
对比例1 1502.04 0.92
对比例2 500.46 0.29
可以理解，质量的增加量主要来源于包覆层。在相同的初始NCM811粉体用量、前驱体气体流速及反应温度等条件下，所生成的包覆层厚度是相同的，因此质量增加量的区别主要来源于包覆层的包覆面积。如果粉体分散程度越高、团聚体越少，则粉体的总表面积更大，包覆层的包覆面积也更大，包覆层的质量也更高。其中实施例1及实施例2中的质量增加量明显高于对比例1和对比例2的质量增加量，这说明实施例1及实施例2的粉体包覆反应器能够使得粉体的分散程度更高。
如图5，对比例1制备的粉体在循环至200周之后，容量衰减量开始明显高于实施例1制备的粉体，说明实施例1中使用的粉体包覆反应器能够通过提高粉体的分散程度，限制电极活性物质本身的结构变化，减缓活性物质与电解液之间的副反应，以在一定程度上提高电池的循环寿命。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种粉体包覆反应器，其特征在于，包括反应筒和多个传振片；
所述反应筒的两端具有开口，所述反应筒的侧壁上开设有多个第一通孔；
多个所述传振片依次间隔设置于所述反应筒内，每个所述传振片的边缘密封连接于所述反应筒的内壁，多个所述传振片将所述反应筒的内腔分隔为沿一端开口至另一端开口方向上依次分布的多个子腔体，所述传振片上设置有用于供粉体在该传振片相邻的两个子腔体之间通过的第二通孔。
2.根据权利要求1所述的粉体包覆反应器，其特征在于，在多个所述传振片中，所述传振片的厚度由所述反应筒的其中一端开口至相对的另一端开口的方向逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的粉体包覆反应器，其特征在于，所述传振片有两个。
4.根据权利要求1所述的粉体包覆反应器，其特征在于，所述传振片上设置有多个所述第二通孔，多个所述第二通孔呈阵列状分布。
5.根据权利要求1～4任一项所述的粉体包覆反应器，其特征在于，所述反应筒为两端具有外翻折边的空心柱状。
6.根据权利要求1～4任一项所述的粉体包覆反应器，其特征在于，所述第一通孔设置于两个所述传振片之间。
7.根据权利要求1～4任一项所述的粉体包覆反应器，其特征在于，所述第一通孔有多个，多个所述第一通孔构成一组或多组所述第一通孔，其中每组包括两个在所述反应筒的侧壁上呈相对位置分布的所述第一通孔。
8.根据权利要求7所述的粉体包覆反应器，其特征在于，所述第一通孔有两个。
9.根据权利要求1～4任一项所述的粉体包覆反应器，其特征在于，还包括间隔片，所述间隔片设置于所述反应筒内且由一端开口向另一端开口的方向延伸，所述间隔片用于将各所述子腔体均分为多个反应室。
10.一种超声流化原子层沉积包覆装置，其特征在于，包括前驱体供给机构、粉体流化包覆机构、超声振动机构和缓冲机构，所述粉体流化包覆机构包括根据权利要求1～9任一项所述的粉体包覆反应器，所述前驱体供给机构用于向所述粉体包覆反应器中导入包覆层物质的前驱体，所述超声振动机构包括一个或多个振动杆，所述缓冲机构包括一个或多个缓冲杆，所述振动杆和所述缓冲杆的总数量与所述粉体包覆反应器中的所述第一通孔的总数量相同，在装配使用时各所述振动杆和各所述缓冲杆分别连接于不同的所述第一通孔。
11.根据权利要求1～9任一项所述的粉体包覆反应器或根据权利要求10所述的超声流化原子层沉积包覆装置在制备电极活性物质中的应用。
12.一种电极活性物质的制备方法，采用根据权利要求10所述的超声流化原子层沉积包覆装置制备，其特征在于，包括如下步骤：
向所述粉体包覆反应器的反应筒中加入待包覆的粉体；
通过所述前驱体供给机构向所述粉体包覆反应器中导入包覆层物质的前驱体，并启动超声振动机构，使所述振动杆发生振动；
使所述前驱体形成包覆于所述粉体表面的包覆层。
13.根据权利要求12所述的电极活性物质的制备方法，其特征在于，在使所述振动杆发生振动的过程中，控制所述振动杆进行间歇式振动，单次振动时间为20s～60s，相邻两次振动间隔时间为10s～30s。
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