用于使浆料中的颗粒定向的方法和设备技术

提出了一种用于使浆料(13a、23a)中的颗粒定向的方法，包括：提供所述浆料(13a、23a)，所述浆料包括可在所述浆料中定向的颗粒，其中所述浆料特别是包括基于碳的颗粒，优选石墨，和/或挥发性物质，以及将所述浆料(13a，23a)置于力场的影响下，使得所述颗粒通过与所述力场的相互作用而经历力，通过所述力使得所述颗粒相对于所述力场的场线定向。为了节省成本和提高生产率，加热所述浆料(13a、23a)，以至少暂时降低所述浆料(13a、23a)的粘度并减少在所述力场中使所述颗粒定向所需的定向时间，其中在将所述浆料置于所述力场的影响下之前和/或期间对所述浆料(13a、23a)进行加热。23a)进行加热。

Method and apparatus for orienting particles in slurry

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使浆料中的颗粒定向的方法和设备


[0001]本专利技术涉及用于使浆料中的颗粒定向(Ausrichtung)的方法和设备，并且还涉及一种用于制造载体的涂层的方法，特别是在制造用于锂离子电池的石墨涂层电极时。

技术介绍

[0002]在现有技术中，例如在制造用于快速充电锂离子电池的负电极时使用了这种方法，其中颗粒在浆料中定向。例如如在WO2018/047054A1中所描述的，例如可以通过将磁场施加到沉积到载体上的由对应浆料制成的层来引起这种定向。

技术实现思路

[0003]本专利技术的任务是能够在成本和生产率方面改进方法，特别是制造和涂层方法，其作为方法步骤规定使浆料中的这种颗粒定向。
[0004]该任务基于从开头提到的类型的方法通过权利要求1的特征、权利要求8的特征部分特征以及权利要求9的特征来解决。
[0005]通过在从属权利要求中提到的措施，本专利技术的有利实施和扩展是可能的。
[0006]本专利技术解决了能够满足在成本和生产率方面不断增长的要求的任务，其方式是进一步开发用于使浆料中的颗粒定向的方法，使得该方法可以整合到连续方法中，例如可以整合到辊对辊方法中。原则上，可以使用根据本专利技术的方法使浆料中的不同类型颗粒定向。例如，该方法可以用作制造锂离子电池的过程的一部分，更准确地说可以用于制造电极(针对这里所使用的电化学单池：负电极)。在锂离子电池(或锂离子蓄电池)的情况下，阳极包括锂离子嵌入其中的石墨层。在放电过程中，该装置发出电子，这些电子通过应当通过单池(Zelle)馈电的外部电流回路流向阴极。同时，锂阳离子通过单池的电解质从嵌入层迁移到阴极。为了以后能够再次给蓄电池充电，将这个过程反过来，其中锂阳离子必须再次从阴极向阳极的方向迁移。
[0007]所使用的石墨的层状结构由石墨颗粒组成，所述石墨颗粒通常呈薄片状。在施加石墨层之后，石墨颗粒大多与所述石墨颗粒施加在其上的表面平行定向。当锂阳离子迁移穿过该层时，锂离子必须在这些薄片周围迁移，这导致锂离子扩散时孔通道的混乱和比较大的路径长度。出于这个原因，证明有利的是使石墨颗粒定向：
[0008]一方面使得薄片状颗粒定向，其中颗粒的沿薄片的长边存在的纵轴尽可能垂直于载体的表面。
[0009]另一方面，所述定向可以有利地按照以下方式进行，即薄片在垂直于阳极表面的方向上尽可能一个接一个地布置或排列。
[0010]由此可以显著缩短锂离子迁移时的路径长度。这是特别有利的，因为通过这种措施可以极度缩短充电过程的时间，因为离子需要更少的时间来扩散并且因此单池也需要更少的时间来充电。
[0011]相当重要的是，通过定向颗粒缩短扩散路径长度也可以显著提高电池的性能，因
为在放电过程中对应的电荷载流子只需经历更短的距离并且可以更快地迁移。此外已发现，通过该措施在实践中也不会改善电池的使用寿命。
[0012]部分出于这个原因，在阳极的工业生产中也将薄片状石墨颗粒倒圆。然而，该措施的缺点在于，一方面需要额外的制造步骤，另一方面在该过程中也会损失大量的石墨材料。
[0013]颗粒的定向可以通过使含有颗粒的浆料经受力场来完成。由于石墨颗粒的各向异性，抗磁性的石墨颗粒可以在磁场中定向，其中使用可以随时间或空间变化的磁场。
[0014]然而，原则上本专利技术也可以用于其他应用情况，其中应当将浆料中的其他颗粒定向。例如，它们也可以是其他可受磁影响的粒子，例如磁性纳米颗粒或与可受磁影响的粒子耦合的粒子，例如氧化铝或氮化硼。
[0015]因此，根据本专利技术的用于使对应浆料中的颗粒定向的方法包括首先提供浆料，所述浆料具有位于其中的可定向颗粒。如已经表明的，这些颗粒可以是例如基于碳的颗粒，例如由石墨制成的颗粒。此外，浆料可以包括挥发性物质。当在生产锂离子电池的阳极的背景下应用该方法时，将石墨颗粒的水性悬浮液与CMC(羧甲基纤维素)混合，然后添加SBR粘合剂(丁苯橡胶乳胶粘合剂)。一方面，CMC作为表面改性剂确保石墨颗粒在水中很好地分散，另一方面，CMC链确保产生的悬浮液形成稳定的粘胶浆体的基础，所述粘胶浆体很少有沉降并且同时在高剪切速率下低粘性到足以能够没有气泡地施加在表面上(例如使用狭缝喷嘴)。SBR粘合剂确保所施加的涂层粘附在载体膜上，并且该涂层具有足够的弹性。因此在该应用中将水用作挥发性物质。原则上，水分会从浆料中蒸发掉，尤其是当浆料的环境温度升高时。
[0016]为了使浆料中的颗粒定向，将浆料置于力场的影响下，使得颗粒通过与力场的相互作用而受到力，所述力可以导致颗粒相对于力场的场线定向。
[0017]现在，根据本专利技术的方法的特征在于，加热浆料以至少暂时降低浆料的粘度并减少在力场中使颗粒定向所需的定向时间。因此，在将浆料置于力场的影响下之前或期间对浆料进行加热。如果浆料在其经受力场之前已被加热，则该措施可以具有以下优点，即当颗粒开始定向时预热的浆料中的粘度已经降低。粘度越高，颗粒的环境就越粘稠，颗粒能够与力场相应定向所需要的时间就越多。除了温度之外，粘度还取决于浆料的固体含量。由于定向时间的缩短，有利地使得可以在生产过程中更好地整合使浆料内的颗粒定向的方法步骤。因为不再需要将涂有浆料的载体材料从工艺中分离出来以便基于该工作步骤的长度分开地进行颗粒的定向。相反，定向步骤也可以整合到装配线或辊对辊方法中。可以节省时间，提高生产率，并且因此特别是还可以降低成本。此外，还可以实现浆料中颗粒的更高的定向程度，因为颗粒在低粘度环境中可以更容易地通过力场旋转。
[0018]此外，浆料的加热还可以用于其他技术目的。在本专利技术的有利实施例中，浆料的加热也可以用于使浆料干燥，这特别是也可以导致浆料中的颗粒在它们定向之后也保持在该位置。因此，浆料的加热也可以在将浆料置于力场的影响下之后进行。如果浆料已干燥，那么原则上浆料的粘度再次增加，即颗粒越来越固定并最终保持在定向过程中旋转到的位置上。在加热或干燥时挥发性物质通常逸出。在这种背景下，必须注意在加热浆料的背景下会引起什么效果，以及在什么条件下可以达到该效果。加热本身原则上导致粘度降低。然而，如果这种加热伴随着浆料中挥发性物质的损失增加，则这又导致相反的效果，即粘度的增加并且因此也导致位于浆料中的颗粒越来越强地固定。
[0019]在这方面，在本专利技术的一个实施例中，浆料的加热附加地可以用于减少浆料中的挥发性成分和/或在粘度暂时降低之后再次增加浆料的粘度，以特别是减少浆料中颗粒的流动性。然而，在颗粒定向之后的快速干燥过程也有助于生产过程的后续部分也可以连续进行。
[0020]此外已经发现，根据本专利技术的定向过程和所描述的随后固定通常也在进一步处理方面提供稳定的结果，例如当这种样品或经过涂层的载体仍然必须被压制时；浆料中颗粒的定向仍可以很大程度上保持。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，可以设定或适配浆料的干燥速率。例如，在0
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50mg/(cm
2 x min)、特别是0
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30mg/(cm
2 x min)、优选0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使浆料(13a、23a)中的颗粒定向的方法，包括：
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提供所述浆料(13a、23a)，所述浆料包括能够在所述浆料(13a，23a)中定向的颗粒，其中所述浆料(13a、23a)特别是包括基于碳的颗粒、优选石墨，和/或挥发性物质，
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将所述浆料(13a，23a)置于力场的影响下，使得所述颗粒通过与所述力场的相互作用而经历力，通过所述力使得所述颗粒相对于所述力场的场线定向，其特征在于，
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加热所述浆料(13a、23a)，以至少暂时降低所述浆料(13a、23a)的粘度并减少在所述力场中使所述颗粒定向所需的定向时间，
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其中在将所述浆料置于所述力场的影响下之前和/或期间对所述浆料(13a、23a)进行加热。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆料(13a、23a)的加热也附加地在将所述浆料(13a、23a)置于所述力场的影响下之后进行。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述浆料(13a、23a)的加热附加地用于：
·
减少所述浆料(13a、23a)中的挥发性物质的比例，和/或
·
在粘度暂时降低之后再次增加所述浆料(13a、23a)的粘度，和/或
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固定所述颗粒。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述浆料(13a，23a)调整为在0至50mg/(cm
2 x min)、特别是0
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30mg/(cm
2 x min)、优选0
‑
16mg/(cm2x min)范围内的确定干燥速率。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述浆料(13a、23a)在
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所述加热和/或
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将所述浆料(13a、23a)置于所述力场的影响下之前和/或期间和/或之后经受所述确定的干燥速率。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了适配所述干燥速率：
·
将腔室(4、14、24、24.1、24.2、24.3、24.n)中的所述浆料(13a、23a)至少暂时引入有限的环境体积中，以便能够局部适配所述浆料(13a、23a)的干燥速率，和/或
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使用水蒸汽，和/或
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将饱和盐溶液引入所述腔室中，和/或
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适配环境压力，特别是增加环境压力，和/或
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将腔室(4、14、24、24.1、24.2、24.3、24.n)中的浆料(13a、23a)至少暂时地引入有限的环境体积中以及改变、特别是为了降低干燥速率而降低在腔室(4、14、24、24.1、24.2、24.3、24.n)中与浆料(13a、23a)接触的气体的温度，和/或
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至少暂时将腔室(4、14、24、24.1、24.2、24.3、24.n)中的浆料(13a，23a)引入有限的环境体积中并且将所述腔室充满气体。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为浆料(13a，23a)，特别是使用水悬浮液。8.一种用于制造载体(3、13、23)的涂层的方法，特别是在生产锂离子电池的石墨涂层的阳极的情况下，其特征在于，在将浆料(13a、23a)施加到待涂层的载体(3、13、23)上之后
使用根据前述权利要求中任一项所述的方法。9.一种用于使浆料(13a、23a)中的颗粒定向的设备(1、11、21)，其中所述浆料(13a、23a)包括能在其中定向的颗粒，以及其中所述浆料特别是包括基于碳的颗粒、优选石墨、和/或挥发性物质，所述设备包括：
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力场源(5、15、25、25.n)，用于将浆料(13a、23a)置于力场下，使得所述颗粒通过与所述力场的相互作用而经历力，通过所述力使所述颗粒相对于所述力场的场线定向，
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加热设备(6、16、26.1、26.2、26.3、26.n)，特别是红外灯和/或暖风扇和/或微波发生器，用于加热所述浆料，至少暂时降低所述浆料(13a、23a)...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克斯，
申请(专利权)人：巴璀翁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：