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      涂層裝置、方法和電極與流程

      文檔序號:39621367發(fā)布日期:2024-10-11 13:40閱讀:16來源:國知局
      涂層裝置、方法和電極與流程

      本發(fā)明涉及一種用于在基底上制造帶有至少一個兩層的粉末層的電極的涂層裝置、一種用于制造帶有至少一個兩層的粉末層的電極的方法以及一種帶有兩層的粉末層的電極。


      背景技術(shù):

      1、在用于無溶劑或干式的電極制造的嘗試的情形中,目前為止已制造了帶有單層涂層的電極。為了改善電池單體的性能,在傳統(tǒng)的電極制造的情形中采用制造帶有多層涂層(各層不同成分)的電極的方式,因為這些涂層具有增加的能量密度和導(dǎo)電能力。

      2、目前,帶有多層涂層的無溶劑制造的電極經(jīng)常作為獨立薄膜來生成。在此,兩種粉末在壓延機縫隙中被按壓到集流體處。

      3、然而,此外電極仍按標準進行濕法處理且因此包含溶劑。

      4、另一方法是各個層到基底的為此設(shè)置的側(cè)面上的依次施覆。為此,例如在兩個依次布置的壓延機縫隙中各個層可相應(yīng)地作為獨立的薄膜被施覆且被按壓。

      5、然而,在此經(jīng)常需要增附劑或粉末的一定水分,因為否則不可確保相應(yīng)的層的附著。這可能導(dǎo)致不連續(xù)涂層的基底或者集流體。這又引起經(jīng)如此制造的電極的增加的廢品或較少的電功率。


      技術(shù)實現(xiàn)思路

      1、因此,本發(fā)明的任務(wù)是至少部分克服上述缺點中的至少一個。尤其,本發(fā)明的任務(wù)是使得一種涂層裝置可供使用,其使得干式的電極制造成為可能,從而提高電極的導(dǎo)電能力或者能量密度。此外,本發(fā)明的任務(wù)是使得一種用于干式電極制造的方法和一種這樣制造的電極可供使用。

      2、上述任務(wù)通過一種根據(jù)本發(fā)明的涂層裝置、通過一種根據(jù)本發(fā)明的方法以及通過一種根據(jù)本發(fā)明的電極來解決。本發(fā)明的另外的特征和細節(jié)由說明書和附圖得出。在此,與根據(jù)本發(fā)明的涂層裝置相關(guān)聯(lián)地所描述的特征和細節(jié)顯然同樣與根據(jù)本發(fā)明的方法相關(guān)聯(lián)地且/或與根據(jù)本發(fā)明的電極相關(guān)聯(lián)地適用且相應(yīng)地反之亦然,從而關(guān)于對于各個發(fā)明方面的公開內(nèi)容始終可相互參考。

      3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面,根據(jù)本發(fā)明設(shè)置有用于在基底、尤其集流體上制造帶有至少一個兩層的粉末層、尤其兩層的陰極層和/或陽極層的電極的涂層裝置。該涂層裝置具有用于將基底供應(yīng)到按壓縫隙中的供應(yīng)單元、用于容納第一粉末和第二粉末以及用于以第一粉末和第二粉末并行填充第一配量縫隙的第一配量單元和輥壓設(shè)備,其中,該輥壓設(shè)備具有第一施覆輥、第一按壓輥單元和第二按壓輥單元。在此,第一配量縫隙設(shè)置在第一施覆輥與第一按壓輥單元之間且按壓縫隙設(shè)置在第一按壓輥單元與第二按壓輥單元之間。第一配量縫隙設(shè)置用于借助于第一施覆力將第一粉末和第二粉末作為第一個至少兩層的涂層施覆到第一按壓輥單元上。按壓縫隙設(shè)置用于借助于按壓力將第一個至少兩層的涂層由第一按壓輥單元轉(zhuǎn)移到所供應(yīng)的基底的第一側(cè)上。

      4、涂層裝置基于輥承載的涂層,在其中首先至少兩層的涂層被施覆到輥上,以便于然后從輥轉(zhuǎn)移或者按壓到基底上。這對于帶有無溶劑的和干的粉材的基底的涂層而言是特別有利的,從而使得涂層裝置突出地適合用于干電極制造。

      5、當前的第一按壓輥單元和第二按壓輥單元可相應(yīng)具有按壓輥。為了施加用于至少兩層的涂層的轉(zhuǎn)移的按壓力,第一和第二按壓輥單元的按壓輥以相同的旋轉(zhuǎn)速度彼此相對旋轉(zhuǎn),以便于提供最佳的涂層效果。第一施覆輥相比第一按壓輥單元的以其構(gòu)成配量縫隙的按壓輥具有更小的旋轉(zhuǎn)速度,由此確保如下,即,第一粉末和第二粉末作為第一層保持粘附在第一按壓單元上,以便于由其來承載。

      6、因為第一配量單元同時配量不僅第一粉末而且第二粉末,所以期望的兩層的涂層的施覆可在按壓過程、即按壓縫隙的經(jīng)過中實現(xiàn)。在此須注意如下,即,第一粉末和第二粉末被并排填入且僅在邊界區(qū)域中混合。為了減少第一粉末和第二粉末的混合,如下是可設(shè)想的,即,第一配量單元具有用于第一粉末的第一腔室和用于第二粉末的第二腔室。

      7、在第一層處的第一粉末和第二粉末的數(shù)量份額可以是可變化的,以便于產(chǎn)生不同的層厚度。為此如下是可設(shè)想的,即,設(shè)置有控制且/或調(diào)節(jié)相應(yīng)粉末的數(shù)量份額的控制單元。

      8、此外,通過配量縫隙的并行和同時的配量或填充提高了涂層裝置的效率,因為僅需要輥壓設(shè)備,以便于將兩層的粉末層施加到基底上。通過兩層的粉末層的同時施加,在兩層的粉末層之間的邊界層的形成被減少或者被防止,由此其改善附著和電氣連結(jié)。

      9、在涂層裝置的本發(fā)明的情況中如下可能是有利的,即,第二配量單元設(shè)置用于容納第三粉末和第四粉末且用于以第三粉末和第四粉末并行填充第二配量縫隙且輥壓設(shè)備具有至少一個第二施覆輥,其中,第二配量縫隙設(shè)置在第二施覆輥與第二按壓輥單元之間。在此,第二配量縫隙設(shè)置用于借助于第二施覆力將第三粉末和第四粉末作為第二個至少兩層的涂層施覆到第二按壓輥單元上。在第一與第二按壓輥單元之間的按壓縫隙設(shè)置用于借助于按壓力將第二個至少兩層的涂層由第二按壓輥單元轉(zhuǎn)移到所供應(yīng)的基底的第二側(cè)上。

      10、第二施覆輥相比第二按壓輥單元的以其構(gòu)成配量縫隙的按壓輥可具有較小的旋轉(zhuǎn)速度,由此確保如下,即,第三粉末和第四粉末作為第二涂層保持附著在第二按壓單元上,以便于由該按壓單元來承載。

      11、因為第二配量單元同時配量不僅第三粉末而且第四粉末,所以期望的兩層的涂層在按壓過程、即按壓縫隙的經(jīng)過中的施覆是可能的。在此須注意如下,即,第三粉末和第四粉末被并排填入且僅在邊界區(qū)域中混合。為了減少第三粉末和第四粉末的混合,如下是可設(shè)想的,即,第二配量單元具有用于第三粉末的第三腔室和用于第四粉末的第四腔室。

      12、在第二層處的第三粉末和第四粉末的數(shù)量份額可以是可變化的,以便于產(chǎn)生不同的層厚度。為此如下是可設(shè)想的,即,控制單元控制和/或調(diào)節(jié)相應(yīng)粉末的數(shù)量份額。

      13、此外如下是可設(shè)想的,即,第一粉末和第三粉末具有相同的成分且/或第二粉末和第四粉末具有相同的成分。

      14、在本發(fā)明的范疇中如下是可設(shè)想的,即,第一按壓輥單元具有至少一個第一按壓輥和至少一個第二按壓輥,其中,在至少一個第一按壓輥與至少一個第二按壓輥之間設(shè)置有至少一個第一壓制縫隙。額外地或備選地,第二按壓輥單元具有至少一個第三按壓輥和至少一個第四按壓輥,其中,在至少一個第三按壓輥與至少一個第四按壓輥之間設(shè)置有至少一個第二壓制縫隙。

      15、第一壓制縫隙和/或第二壓制縫隙壓制第一層或者第二層,在其被轉(zhuǎn)移到基底上之前。由此可產(chǎn)生第一層和第二層的更致密的堆積,由此可進一步改善導(dǎo)電能力。此外,壓制縫隙具有額外的效果,即,在配量縫隙和按壓縫隙中須作用較少的用于施覆或者轉(zhuǎn)移的力,從而可減少作用在縫隙中的剪切力。這可產(chǎn)生均勻的施覆和轉(zhuǎn)移且減少在施覆或轉(zhuǎn)移的情形中的缺陷位置。

      16、此處如下是同樣可設(shè)想的,即,第一按壓輥單元和/或第二按壓輥單元具有另外的按壓輥和與此伴隨的另外的壓制縫隙。

      17、在本發(fā)明的范疇中可作如下設(shè)置,即,第一配量單元具有用于在第一配量縫隙的區(qū)域中分隔第一粉末和第二粉末的第一隔板。額外地或備選地,第二配量單元具有用于在第二配量縫隙的區(qū)域中分隔第三粉末和第四粉末的第二隔板。

      18、在此,第一隔板或者第二隔板伸入到第一配量縫隙或者第二配量縫隙的區(qū)域中,而不封閉相應(yīng)的配量縫隙。隔板用于分隔各個粉末直至緊鄰在粉末作為第一層或第二層的施覆之前。隔板引起在第一層或第二層的邊界區(qū)域中減少的混合,這對于第一層或者第二層的能量密度而言是特別有利的。

      19、在此如下是可設(shè)想的,即,第一隔板和/或第二隔板具有結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可梳理相應(yīng)的粉末,以便于溶解可能的塊狀物,且/或引起到配量縫隙中的更好的運輸。如下是同樣可設(shè)想的,即,隔板通過電氣和/或氣動的激勵被置于振動中,由此可額外地改善運輸。

      20、此外如下是可設(shè)想的,即,在第一配量縫隙的區(qū)域中第一屏蔽板設(shè)置在第一施覆輥的區(qū)域中且/或第二屏蔽板設(shè)置在第一按壓輥單元的區(qū)域中,且/或在第二配量縫隙的區(qū)域中第三屏蔽板設(shè)置在第二施覆輥的區(qū)域中且/或第四屏蔽板設(shè)置在第二按壓輥單元的區(qū)域中。

      21、屏蔽板用于粉末不在配量縫隙之前已提供到第一和/或第二按壓輥單元處或粘附在第一和/或第二施覆輥處。同時,通過這樣的屏蔽板可以以簡單的形式和方式控制到第一配量縫隙和/或第二配量縫隙中的粉末進入。同時如下是可設(shè)想的,即,其具有用于清潔第一和/或第二施覆輥和/或第一和/或第二按壓輥單元或者清除粘附的材料的結(jié)構(gòu)。這使得新的第一層或者第二層的盡可能干凈的施覆或者第一層和/或第二層到基底上的干凈的轉(zhuǎn)移成為可能。

      22、此外,如下在施覆裝置的情形中是可設(shè)想的,即,第一施覆輥和/或第二施覆輥和/或第一按壓輥單元和/或第二按壓輥單元可被調(diào)溫。

      23、上述任務(wù)此外根據(jù)本發(fā)明的第二方面通過根據(jù)本發(fā)明的用于在上面所描述的涂層裝置中在基底、尤其集流體上制造帶有至少一個兩層的粉末層、尤其兩層的陰極層和/或陽極層的電極的方法解決,其具有如下步驟:

      24、-借助于供應(yīng)單元將基底供應(yīng)到按壓縫隙中;

      25、-借助于第一配量單元以第一粉末和第二粉末并行填充第一配量縫隙;

      26、-借助第一施覆力將第一粉末和第二粉末作為第一個至少兩層的涂層在第一配量縫隙中施覆到第一按壓輥單元上;

      27、-借助于按壓力將第一個至少兩層的涂層在第一按壓縫隙中轉(zhuǎn)移到基底的第一側(cè)上。

      28、通過第一和第二粉末作為第一層到基底上的同時施覆,相應(yīng)地被印上到涂層的各個粉末上的力可被減少或者被均等地分布。

      29、如下是同樣可設(shè)想的,即,第二配量單元以第三粉末和以第四粉末并行填充第二配量縫隙,其中,第三粉末和第四粉末作為第二個至少兩層的涂層在第二配量縫隙中借助于第二施覆力被施覆到第二按壓輥單元上,且第二個至少兩層的涂層在按壓縫隙中借助于按壓力被轉(zhuǎn)移到基底的第二側(cè)上。

      30、借助于第二配量單元和第二配量縫隙,基底同樣可在第二側(cè)上設(shè)有至少兩層的粉末層。由此,在電極制造的情況中在一個步驟中不僅陽極層而且陰極層可被施覆到基底或者集流體上。

      31、在本發(fā)明的范疇中如下可選地是可能的,即,第一配量單元連續(xù)地填充第一配量縫隙且/或第二配量單元連續(xù)地填充第二配量縫隙。

      32、這引起在至少兩層的涂層在基底的相應(yīng)側(cè)上制造的情形中特別均勻的結(jié)果。

      33、此外在本發(fā)明的范疇中可作如下設(shè)置,即,第一配量單元如此地配量第一粉末和第二粉末,即,在第一個至少兩層的涂層的情形中在按壓縫隙中設(shè)定40至150μm的第一層厚度,其中,由第一粉末構(gòu)成的第一層具有10至70μm的層厚度。額外地或備選地,第二配量單元如此地配量第三粉末和第四粉末,即,在第二個至少兩層的涂層的情形中在按壓縫隙中設(shè)定40至150μm的第二層厚度,其中,由第三粉末構(gòu)成的第一層具有10至70μm的層厚度。

      34、這些層厚度或者所需要的材料量通過第一或者第二配量單元預(yù)先給定且通過在第一配量縫隙中的第一施覆力或者在第二配量縫隙中的第二施覆力且通過在按壓縫隙中的按壓力來產(chǎn)生。這可借助于控制單元來控制和/或調(diào)節(jié)。

      35、關(guān)于本發(fā)明如下是可想象的,即,第一個至少兩層的涂層在第一按壓輥單元的至少一個第一壓制縫隙中被壓制且/或第二個至少兩層的涂層在第二按壓輥單元的至少一個第二壓制縫隙中被壓制。

      36、在相應(yīng)的壓制縫隙中的壓制引起第一層和/或第二層的壓實,以便于在基底的第一側(cè)和/或第二側(cè)上產(chǎn)生相應(yīng)的至少兩層的粉末層的更致密的堆積。這使得第一施覆力和/或第二施覆力和/或按壓力的降低成為可能。

      37、此外如下是可想象的,即,第一施覆輥和/或第二施覆輥和/或第一按壓輥單元和/或第二按壓輥單元被調(diào)溫到在80℃至150℃之間、尤其100℃至120℃的溫度上。

      38、這使得第一和第二粉末作為第一層到第一按壓輥單元上且/或第三和第四粉末作為第二層到第二按壓輥單元上的經(jīng)改善的施覆成為可能。此外,通過各個輥的調(diào)溫可改善第一層到基底的第一側(cè)上和/或第二層到基底的第二側(cè)上的轉(zhuǎn)移,因為相應(yīng)層的各個粉末的連接由于熱量被提高。

      39、在此如下是可設(shè)想的,即,供應(yīng)單元被調(diào)溫,以便于為了第一層到基底的第一側(cè)上且/或第二層到基底的第二側(cè)上的轉(zhuǎn)移、即按壓預(yù)熱基底。

      40、在本發(fā)明的范疇中如下可能是有利的,即,第一按壓輥單元和第二按壓輥單元以相同的第一旋轉(zhuǎn)速度彼此相對旋轉(zhuǎn),其中,第一按壓輥單元的第一旋轉(zhuǎn)速度與第一施覆輥的第二旋轉(zhuǎn)速度的比例為10:1至10:4、優(yōu)選地10:1.5至10:3、進一步優(yōu)選地10:2至10:3,且/或第二按壓輥的第一旋轉(zhuǎn)速度與第二施覆輥的第三旋轉(zhuǎn)速度的比例為10:1至10:4、優(yōu)選地10:1.5至10:3、進一步優(yōu)選地10:2至10:3。

      41、如果第一按壓輥單元具有第一和第二按壓輥且/或第二按壓輥單元具有第三和第四按壓輥,則第一旋轉(zhuǎn)速度適合作為第一按壓輥單元的第一按壓輥和第二按壓輥單元的第三按壓輥的旋轉(zhuǎn)速度,因為其構(gòu)成按壓縫隙。在此,第二按壓輥和第四按壓輥可相應(yīng)地具有與第一旋轉(zhuǎn)速度不同的旋轉(zhuǎn)速度。

      42、在此有利地證實如下,即,旋轉(zhuǎn)速度的比例引起第一層或者第一個至少兩層的粉末層在電極的集流體上且/或第二層或者第二個至少兩層的粉末層在電極的集流體上的增加的穩(wěn)定性。

      43、此外根據(jù)本發(fā)明的第三方面,上述任務(wù)通過一種帶有兩層的粉末層的根據(jù)本發(fā)明的電極來解決,其利用上面所描述的涂層裝置和/或上面所描述的方法制造,其中基底是具有第一側(cè)和第二側(cè)的集流體,其中第一個至少兩層的涂層由第一粉末和第二粉末構(gòu)成。

      44、在本發(fā)明的范疇中如下是可設(shè)想的,即,第二個至少兩層的涂層由第三粉末和第四粉末構(gòu)成。

      45、在此,電極可被用作陽極,然而也可被用作陰極。在此如下是可設(shè)想的,即,陰極的兩層的粉末層與陽極的兩層的粉末層區(qū)別。如下是同樣可設(shè)想的,即,陽極的集流體與陰極的集流體區(qū)別。

      46、這樣的電極具有最佳壓實的第一個和/或第二個至少兩層的涂層,其中,第一個和/或第二個至少兩層的涂層是無溶劑的。同時,這樣制造的電極具有較高的導(dǎo)電能力和能量密度。

      47、如果第一個至少兩層的涂層和第二個至少兩層的涂層具有在40至150μm之間的層厚度,則得出第一、第二、第三和第四粉末用于電極或者陽極或陰極的第一個和/或第二個至少兩層的涂層的材料使用相對現(xiàn)有電導(dǎo)能力的特別良好的比例,其中,第一層的第一粉末和第三層的第三粉末具有10至70μm的層厚度。由此,材料使用同樣可成本高效地設(shè)計。

      48、相對根據(jù)本發(fā)明的第一方面的涂層裝置所描述的優(yōu)點同樣適用于根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法以及根據(jù)本發(fā)明的第三方面的電極。

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