本發(fā)明涉及一種用于在襯底上制造具有至少一個雙層粉末層的電極的涂層設(shè)備、一種用于在襯底上制造具有至少一個雙層粉末層、尤其雙層的陰極層和/或陽極層的電極的方法以及一種電極。

背景技術(shù)：

1、在無溶劑或干法的電極制造試驗中，迄今制造具有單層涂層的電極。為了提高電池單體的性能，在傳統(tǒng)的電極制造中追求制造具有多層涂層(各層的成分不同)的電極的方法。因為這些電極具有更高的能量密度和導(dǎo)電性。

2、當(dāng)前，具有多層涂層的無溶劑式地制造的電極通常被生產(chǎn)為獨立的膜。在壓延機間隙中將兩種粉末壓到集流體上。

3、然而電極仍按標(biāo)準(zhǔn)被濕處理并且因此含有溶劑。

4、一種另外的方法是將作為獨立膜的各個單獨的層依次地涂覆到為此設(shè)置的襯底側(cè)上。為此例如可以在兩個依次布置的壓延機間隙中分別涂覆并壓緊各個單獨的層。

5、然而，這通常需要增附劑或者一定的粉末濕度，因為否則無法保證各層的附著。這可能導(dǎo)致襯底或集流體未連貫地被涂層。這又導(dǎo)致如此制造的電極的更高的廢品率或較低的電功率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是至少部分地克服上述缺點中的至少一個缺點。尤其地，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種涂層設(shè)備，該涂層設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)干法電極制造，以便提高電極的導(dǎo)電性或能量密度。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還在于提供一種用于干法電極制造的方法和一種如此制造的電極。

2、上述技術(shù)問題通過根據(jù)本發(fā)明的涂層設(shè)備、根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的電極解決。本發(fā)明的其它特征以及細(xì)節(jié)由說明書和附圖得出。在此，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的涂層設(shè)備描述的特征和細(xì)節(jié)當(dāng)然也關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法和/或關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的電極適用并且相應(yīng)地反之亦然，即，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法描述的特征和細(xì)節(jié)當(dāng)然也關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的涂層設(shè)備和/或關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的電極適用，并且關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的電極描述的特征和細(xì)節(jié)當(dāng)然也關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的涂層設(shè)備和/或關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法適用，因此就公開內(nèi)容而言各個單獨的發(fā)明方面總是相互參考或者可以相互參考。

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面按照本發(fā)明提供一種涂層設(shè)備，用于在襯底、尤其集流體上制造具有至少一個雙層粉末層、尤其雙層的陰極層和/或陽極層的電極，所述涂層設(shè)備具有：輸送單元，用于將襯底輸入第一壓緊間隙中；第一輥裝置，用于將第一粉末作為第一層傳遞到襯底的第一側(cè)上；和第二輥裝置，用于將第二粉末作為第二層傳遞到襯底的第一側(cè)上的第一層上。

4、在此，第一輥裝置具有第一計量單元，用于容納第一粉末并且用于用第一粉末填充第一計量間隙。此外，第一輥裝置具有第一涂布輥、第一壓緊輥單元和第二壓緊輥單元，其中，第一計量間隙設(shè)置在第一涂布輥和第一壓緊輥單元之間，并且其中，第一壓緊間隙設(shè)置在第一壓緊輥單元和第二壓緊輥單元之間。在此，第一計量間隙設(shè)置用于通過第一涂布力將第一粉末作為第一層涂布到第一壓緊輥單元上，并且第一壓緊間隙設(shè)置用于通過第一壓緊力將第一層從第一壓緊輥單元傳遞到襯底的第一側(cè)上。

5、第二輥裝置布置在第一輥裝置的下游，其中，第一輥裝置設(shè)計用于將在第一側(cè)上涂層的襯底輸入第二輥裝置的第二壓緊間隙中。

6、在此，第二輥裝置具有第二計量單元，用于容納第二粉末并且用于用第二粉末填充第二計量間隙。在此，第二輥裝置具有第二涂布輥、第三壓緊輥單元和第四壓緊輥單元，其中，第二計量間隙設(shè)置在第二涂布輥和第三壓緊輥單元之間，并且其中，第二壓緊間隙設(shè)置在第三壓緊輥單元和第四壓緊輥單元之間。第二計量間隙設(shè)置用于通過第二涂布力將第二粉末作為第二層涂布到第三壓緊輥單元上，并且第二壓緊間隙設(shè)置用于通過第二壓緊力將第二層從第三壓緊輥單元傳遞到所輸入的襯底的第一側(cè)的第一層上。

7、涂層設(shè)備基于輥涂涂層，其中，首先將第一粉末作為第一層涂布到第一壓緊輥單元的輥子上，以便隨后一個或者所述輥子將第一層傳遞或壓緊到襯底上。隨后進行另外的輥涂涂層，其中，將第二粉末作為第二層涂布到第三壓緊輥單元的輥子上，以便隨后該輥子或者其它輥子將第二層傳遞到第一層上。這對于用無溶劑的干粉末材料涂層襯底是特別有利的，因此該涂層設(shè)備極好地適合用于干法電極制造。

8、此外，第一輥裝置的第一涂布輥和第二輥裝置的第二涂布輥的旋轉(zhuǎn)速度可以小于第一壓緊輥單元或者第三壓緊輥單元的分別與第一、第二涂布輥形成計量間隙的壓緊輥的旋轉(zhuǎn)速度。這確保第一粉末作為第一層保持附著在第一壓緊輥單元上，并且第二粉末作為第二層保持附著在第三壓緊輥單元上。在粉末被涂布到相應(yīng)的涂布輥上時，相應(yīng)的粉末在計量間隙中被剪切。因此，涂布力可以是剪切力，從而涂布輥也可以稱為剪切輥。

9、第一壓緊輥單元和第二壓緊輥單元可以分別具有壓緊輥。為了施加用于傳遞第一層的壓緊力，第一壓緊輥單元和第二壓緊輥單元的形成壓緊間隙的壓緊輥以相同的旋轉(zhuǎn)速度彼此相對旋轉(zhuǎn)，以便獲得最佳的涂層結(jié)果。第一涂布輥的旋轉(zhuǎn)速度可以小于第一壓緊輥單元的與第一涂布輥形成計量間隙的壓緊輥的旋轉(zhuǎn)速度，由此確保第一粉末作為第一層附著在第一壓緊單元上，以便由第一壓緊單元承載。對于第二輥裝置的第三和第四壓緊輥單元相同地適用。第三和第四壓緊輥單元也可以分別具有壓緊輥，第三和第四壓緊輥單元的壓緊輥以相同的旋轉(zhuǎn)速度彼此相對旋轉(zhuǎn)，以便施加用于將第二層傳遞到第一層上的壓緊力。

10、在此，第一和第二壓緊輥單元的旋轉(zhuǎn)速度與第三和第四壓緊輥單元的旋轉(zhuǎn)速度相適應(yīng)，使得在第二壓緊間隙中對已經(jīng)涂布的第一層的剪切力盡可能小，以便不破壞涂層。

11、雙層粉末層的各個單獨層的依次涂布使得第一粉末和第二粉末之間、即第一雙層粉末層的第一層和第二層之間的邊界層減少，因為第一粉末和第二粉末不發(fā)生混合。

12、在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以有利的是，第一輥裝置具有第三計量單元，用于容納第三粉末并且用于用第三粉末填充第三計量間隙，并且第一輥裝置具有第三涂布輥，其中，第三計量間隙設(shè)置在第三涂布輥和第二壓緊輥單元之間，其中，第三計量間隙設(shè)置用于通過第三涂布力將第三粉末作為第三層涂布到第二壓緊輥單元上。第一壓緊間隙設(shè)置用于通過第一壓緊力將第三層從第二壓緊輥單元傳遞到襯底的第二側(cè)上。

13、這能夠?qū)崿F(xiàn)在第一壓緊間隙中通過第一壓緊力并行地將第一層施加到襯底的第一側(cè)上和將第三層施加到襯底的第二側(cè)上。

14、在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以考慮的是，第二輥裝置具有第四計量單元，用于容納第四粉末并且用于用第四粉末填充第四計量間隙，并且第二輥裝置具有第四涂布輥，其中，第四計量間隙設(shè)置在第四涂布輥和第四壓緊輥單元之間，其中，第四計量間隙設(shè)置用于通過第四涂布力將第四粉末作為第四層涂布到第四壓緊輥單元上，并且其中，第二壓緊間隙設(shè)置用于通過第二壓緊力將第四層從第四壓緊輥單元傳遞到襯底的第二側(cè)的第三層上。

15、這能夠?qū)崿F(xiàn)在第二壓緊間隙中通過第二壓緊力并行地將第二層施加到襯底的第一層上和將第四層施加到襯底的第三層上。

16、涂層設(shè)備的關(guān)于第一和第二涂布輥提到的特性和特征在此類似地適用于關(guān)于第三和第四涂布輥的特性和特征。

17、此外，第一輥裝置的第三涂布輥和第二輥裝置的第四涂布輥的旋轉(zhuǎn)速度可以小于第二壓緊輥單元或者第四壓緊輥單元的分別與第三、第四涂布輥構(gòu)成計量間隙的壓緊輥的旋轉(zhuǎn)速度。這確保第三粉末作為第三層附著在第二壓緊輥單元上，并且第四粉末作為第四層附著在第四壓緊輥單元上。

18、在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以規(guī)定，第一輥裝置的第一壓緊輥單元具有至少一個第一壓緊輥和至少一個第二壓緊輥，其中，在至少一個第一壓緊輥和至少一個第二壓緊輥之間設(shè)置有至少一個第一擠壓間隙。附加地或備選地，第一輥裝置的第二壓緊輥單元具有至少一個第三壓緊輥和至少一個第四壓緊輥，其中，在至少一個第三壓緊輥和至少一個第四壓緊輥之間設(shè)置有至少一個第二擠壓間隙。附加地或備選地，第二輥裝置的第三壓緊輥單元具有至少一個第五壓緊輥和至少一個第六壓緊輥，其中，在至少一個第五壓緊輥和至少一個第六壓緊輥之間設(shè)置有至少一個第三擠壓間隙。附加地或備選地，第二輥裝置的第四壓緊輥單元具有至少一個第七壓緊輥和至少一個第八壓緊輥，其中，在至少一個第七壓緊輥和至少一個第八壓緊輥之間設(shè)置有至少一個第四擠壓間隙。

19、在將第一層或第二層或第三層或第四層傳遞到襯底上之前，第一擠壓間隙和/或第二擠壓間隙和/或第三擠壓間隙和/或第四擠壓間隙擠壓第一層或第二層或第三層或第四層。由此可以產(chǎn)生第一雙層粉末層的較緊密的堆積，其中，第一雙層粉末層具有第一層和第二層。同時也能夠產(chǎn)生第二雙層粉末層的較緊密的堆積，其中，第二雙層粉末層具有第三層和第四層。這又能夠進一步提高導(dǎo)電性。此外，擠壓間隙具有附加的效果，即，在計量間隙中和在壓緊間隙中需要作用的用于涂布或傳遞的力較小，因此能夠減小在這些間隙中起作用的剪切力。這產(chǎn)生均勻的涂布和傳遞并且減少在涂布或傳遞時的缺陷位置。

20、還可以考慮的是，在第一計量間隙的區(qū)域中，在第一涂布輥的區(qū)域中設(shè)置有第一屏蔽板和/或在第一壓緊輥單元的區(qū)域中設(shè)置有第二屏蔽板。附加地或備選地可以考慮，在第二計量間隙的區(qū)域中，在第二涂布輥的區(qū)域中設(shè)置有第三屏蔽板和/或在第三壓緊輥單元的區(qū)域中設(shè)置有第四屏蔽板。附加地或備選地也可以考慮，在第三計量間隙的區(qū)域中，在第三涂布輥的區(qū)域中設(shè)置有第五屏蔽板和/或在第二壓緊輥單元的區(qū)域中設(shè)置有第六屏蔽板。附加地或備選地可以考慮，在第四計量間隙的區(qū)域中，在第四涂布輥的區(qū)域中設(shè)置有第七屏蔽板和/或在第四壓緊輥單元的區(qū)域中設(shè)置有第八屏蔽板。

21、屏蔽板用于防止粉末在到達計量間隙之前就作用在相應(yīng)的壓緊輥單元上或者附著在配屬于相應(yīng)壓緊輥單元的涂布輥上。同時，通過這種屏蔽板能夠以簡單的方式方法控制進入第一計量間隙和/或第二計量間隙的粉末進料。同時可以考慮，屏蔽板具有用于清潔相應(yīng)的涂布輥和/或相應(yīng)的壓緊輥單元或者清除附著材料的結(jié)構(gòu)。這能夠?qū)崿F(xiàn)盡可能干凈地涂布新的第一層和/或第二層和/或第三層和/或第四層或者將第一層和/或第三層干凈地傳遞到襯底上或者將第二層干凈地傳遞到第一層上和/或?qū)⒌谒膶痈蓛舻貍鬟f到第三層上。

22、此外在涂層設(shè)備中可以考慮，第一涂布輥和/或第二涂布輥和/或第三涂布輥和/或第四涂布輥和/或第一壓緊輥單元和/或第二壓緊輥單元和/或第三壓緊輥單元和/或第四壓緊輥單元是可調(diào)溫(或者說能被溫度調(diào)節(jié))的。

23、這能夠顯著簡化將各種粉末或?qū)油坎己蛡鬟f到輥子或襯底上，因為在表面上的附著可以適應(yīng)待施加的材料。

24、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，上述技術(shù)問題還通過根據(jù)本發(fā)明的用于在前述涂層設(shè)備中在襯底、尤其集流體上制造具有至少一個雙層粉末層、尤其雙層的陰極層和/或陽極層的電極的方法解決，該方法具有以下步驟：

25、-通過輸送單元將襯底輸入第一輥裝置的第一壓緊間隙中；

26、-通過第一計量單元用第一粉末填充第一計量間隙；

27、-在第一計量間隙中通過第一涂布力將第一粉末作為第一層涂布到第一壓緊輥單元上；

28、-在第一壓緊間隙中通過第一壓緊力將第一層傳遞到襯底的第一側(cè)上；

29、-將具有所傳遞的第一層的襯底輸入第二輥裝置的第二壓緊間隙中；

30、-通過第二計量單元用第二粉末填充第二計量間隙；

31、-在第二計量間隙中通過第二涂布力將第二粉末作為第二層涂布到第三壓緊輥單元上；

32、-在第二壓緊間隙中通過第二壓緊力將第二層傳遞到襯底的第一側(cè)的第一層上。

33、第一層和第二層的依次涂布使得第一層得到附加的壓實，這對可如此制造的電極的導(dǎo)電性和能量密度產(chǎn)生有利影響。

34、在所述方法中還可以考慮，第三計量單元用第三粉末填充第三計量間隙，其中，在第三計量間隙中通過第三涂布力將第三粉末作為第三層涂布到第二壓緊輥單元上，并且在第一壓緊間隙中通過第一壓緊力將第三層傳遞到襯底的第二側(cè)上。

35、通過第三計量單元和第三涂布輥可以在將第一層傳遞到襯底的第一側(cè)上的同時將第三層傳遞到襯底的第二側(cè)上。這既省時又高效。

36、在本發(fā)明的范圍內(nèi)可選地可行的是，第四計量單元用第四粉末填充第四計量間隙，其中，在第四計量間隙中通過第四涂布力將第四粉末作為第四層涂布到第四壓緊輥單元上，并且在第二壓緊間隙中通過第二壓緊力將第四層傳遞到襯底的第二側(cè)的第三層上。

37、通過第四計量單元和第四涂布輥可以在將第二層傳遞到襯底的第一側(cè)的第一層上的同時將第四層傳遞到襯底的第二側(cè)的第三層上。這既省時又高效。

38、此外在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以規(guī)定，第一計量單元持續(xù)填充第一計量間隙，和/或第二計量單元持續(xù)填充第二計量間隙，和/或第三計量單元持續(xù)填充第三計量間隙，和/或第四計量單元持續(xù)填充第四計量間隙。

39、這使得當(dāng)在壓緊輥單元上產(chǎn)生相應(yīng)的層和從壓緊輥單元傳遞到襯底或者已經(jīng)施加在襯底上的層上時獲得特別均勻的結(jié)果。

40、關(guān)于本發(fā)明可以設(shè)想的是，第一層在第一輥裝置的第一壓緊輥單元的至少一個第一擠壓間隙中被擠壓。附加地或備選地可以考慮，第三層在第一輥裝置的第二壓緊輥單元的至少一個第二擠壓間隙中被擠壓。附加地或備選地可以考慮，第二層在第二輥裝置的第三壓緊輥單元的至少一個第三擠壓間隙中被擠壓。附加地或備選地可以考慮，第四層在第二輥裝置的第四壓緊輥單元的至少一個第四擠壓間隙中被擠壓。

41、在相應(yīng)的擠壓間隙中的擠壓使得第一層和/或第二層和/或第三層和/或第四層被壓實，從而產(chǎn)生相應(yīng)的至少雙層的粉末層在襯底的第一側(cè)和/或第二側(cè)上的較緊密的堆積。這能夠?qū)崿F(xiàn)減小第一涂布力和/或第二涂布力和/或第三涂布力和/或第四涂布力和/或第一壓緊力和/或第二壓緊力。

42、此外可以設(shè)想，將第一涂布輥和/或第二涂布輥和/或第三涂布輥和/或第四涂布輥和/或第一壓緊輥單元和/或第二壓緊輥單元和/或第三壓緊輥單元和/或第四壓緊輥單元調(diào)溫至80℃至150℃之間、尤其100℃至120℃之間的溫度。

43、這能夠?qū)崿F(xiàn)將第一和第三粉末作為第一和第三層更好地涂布到第一或第二壓緊輥單元上和/或?qū)⒌诙偷谒姆勰┳鳛榈诙偷谒膶痈玫赝坎嫉降谌虻谒膲壕o輥單元上。此外，對各個單獨的輥子的調(diào)溫能夠改善地將第一層傳遞到襯底的第一側(cè)上和/或?qū)⒌谌龑觽鬟f到襯底的第二側(cè)上和/或?qū)⒌诙觽鬟f到襯底的第一側(cè)的第一層上和/或?qū)⒌谒膶觽鬟f到襯底的第二側(cè)的第三層上，因為相應(yīng)層的各個單獨粉末的各個單獨的連接由于熱而被增強。

44、還可以考慮，對輸送單元進行調(diào)溫，以便為了將第一層傳遞、即壓緊到襯底的第一側(cè)上和/或?qū)⒌谌龑觽鬟f、即壓緊到襯底的第二側(cè)上而預(yù)熱所述襯底。

45、在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以有利的是，第一輥裝置的第一壓緊輥單元和第二壓緊輥單元以相同的第一旋轉(zhuǎn)速度彼此相對旋轉(zhuǎn)，其中，第一壓緊輥單元的第一旋轉(zhuǎn)速度與第一涂布輥的第二旋轉(zhuǎn)速度的比例為10:1至10:4、優(yōu)選10:1.5至10:3、更優(yōu)選10:2至10:3，和/或第二壓緊輥單元的第一旋轉(zhuǎn)速度與第三涂布輥的第五旋轉(zhuǎn)速度的比例為10:1至10:4、優(yōu)選10:1.5至10:3、更優(yōu)選10:2至10:3。附加地或備選地可以考慮，第二輥裝置的第三壓緊輥單元和第四壓緊輥單元以相同的第三旋轉(zhuǎn)速度彼此相對旋轉(zhuǎn)，其中，第三壓緊輥單元的第三旋轉(zhuǎn)速度與第二涂布輥的第四旋轉(zhuǎn)速度的比例為10:1至10:4、優(yōu)選10:1.5至10:3、更優(yōu)選10:2至10:3，和/或第四壓緊輥單元的第三旋轉(zhuǎn)速度與第四涂布輥的第六旋轉(zhuǎn)速度的比例為10:1至10:4、優(yōu)選10:1.5至10:3、更優(yōu)選10:2至10:3。

46、如果第一輥裝置的第一壓緊輥單元具有第一和第二壓緊輥和/或第一輥裝置的第二壓緊輥單元具有第三和第四壓緊輥，則第一旋轉(zhuǎn)速度被視為第一壓緊輥單元的第一壓緊輥和第二壓緊輥單元的第三壓緊輥的旋轉(zhuǎn)速度，因為第一壓緊輥和第三壓緊輥構(gòu)成第一壓緊間隙。第二壓緊輥和第四壓緊輥各自的旋轉(zhuǎn)速度可以不同于第一旋轉(zhuǎn)速度。例如，第一和第三壓緊輥的第一旋轉(zhuǎn)速度與第二和/或第四壓緊輥的旋轉(zhuǎn)速度的比例可以是10:5至10:8、優(yōu)選10:6至10:8、更優(yōu)選10:7至10:8。

47、如果第二輥裝置的第三壓緊輥單元具有第五和第六壓緊輥和/或第二輥裝置的第四壓緊輥單元具有第七和第八壓緊輥，則第三旋轉(zhuǎn)速度被視為第五和第七壓緊輥的旋轉(zhuǎn)速度，因為第五和第七壓緊輥構(gòu)成第二壓緊間隙。第六和第八壓緊輥各自的旋轉(zhuǎn)速度也可以不同于第三旋轉(zhuǎn)速度。例如，第五和第七壓緊輥的第三旋轉(zhuǎn)速度與第六和/或第八壓緊輥的旋轉(zhuǎn)速度的比例可以是10:5至10:8、優(yōu)選10:6至10:8、更優(yōu)選10:7至10:8。

48、在此已經(jīng)有利地被證明，所述旋轉(zhuǎn)速度的比例使得第一層或者至少雙層的第一粉末層在電極的集流體上的穩(wěn)定性和/或第二層或者至少雙層的第二粉末層在電極的集流體上的穩(wěn)定性提高。

49、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，上述技術(shù)問題還通過根據(jù)本發(fā)明的具有雙層粉末層的電極解決，該電極通過上述涂層設(shè)備和/或上述方法制造，其中，襯底是具有第一側(cè)和第二側(cè)的集流體，其中，雙層粉末層的第一層由第一粉末制成并且雙層粉末層的第二層由第二粉末制成。

50、在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以考慮，雙層粉末層的第三層由第三粉末制成并且雙層粉末層的第四層由第四粉末制成。

51、所述電極可以用作陽極，也可以用作陰極?？梢钥紤]的是，陰極的雙層粉末層與陽極的雙層粉末層不同。也可以考慮的是，陽極的集流體與陰極的集流體不同。

52、這種電極具有最佳地壓實的雙層粉末層，其中，該雙層粉末層是無溶劑的。同時，如此制造的電極具有較高的導(dǎo)電性和能量密度。

53、如果雙層粉末層具有在40至150μm之間的層厚度，其中，第一層的第一粉末和第三層的第三粉末具有在10至70μm之間的層厚度，則用于雙層粉末層的第一、第二、第三和第四粉末的材料用量相對于現(xiàn)有導(dǎo)電性的關(guān)系特別好。由此也能夠有成本效率地配置材料用量。

54、關(guān)于根據(jù)本發(fā)明第一方面的涂層設(shè)備詳細(xì)描述的優(yōu)點同樣也適用于根據(jù)本發(fā)明第二方面的方法和根據(jù)本發(fā)明第三方面的電極。