形成电化学存储装置的功能层的方法、涂覆装置和制剂制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于产生电化学存储装置的功能层(110、120、130)的方法，包括：在涂覆装置(1)的第一储存器(10)中提供第一制剂(P1)，在所述涂覆装置(1)的第二储存器(20)中提供第二制剂(P2)，将所述涂覆装置(1)放置在基底(200)上方，并沿着涂覆方向(C)相对于基底(200)移动所述涂覆装置(1)，通过涂覆装置(1)的第一狭槽(11)将第一制剂(P1)从第一储存器(10)分配到基底(200)的涂覆表面(210)上，其中第一狭槽(11)沿着垂直于涂覆方向(C)且平行于涂覆表面(210)的横向轴线(L)延伸，并且同时通过涂覆装置(1)的第二狭槽(21)将第二制剂(P2)从第二储存器(20)分配到基底(200)上，其中第一制剂(P1)和第二制剂(P3)在涂覆装置(1)和基底(200)之间形成幕帘(310、320)，并且其中电化学存储装置的第一功能层(110)由第一制剂(P1)形成在涂覆表面(210)上，并且电化学存储装置的第二功能层(120)同时由第二制剂(P2)形成在第一功能层(110)上。本发明专利技术还涉及用于产生电化学存储装置的功能层(110、120、130)的涂覆装置(1)和制剂(P1、P2、P3、P4)。P4)。P4)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成电化学存储装置的功能层的方法、涂覆装置和制剂


[0001]本专利技术涉及用于形成电化学存储装置的功能层的方法和涂覆装置以及用于形成电化学存储装置的功能层的制剂。

技术介绍

[0002]在本说明书的含义中，电化学存储装置是由于其化学构成而能够存储电能的装置。例如，这种装置可以是电池，特别是固态电池，例如固态锂离子电池或固态钠离子电池，或者电容器，例如超级电容器。在这种固态电池中，在充电和放电期间在电池的阳极和阴极之间迁移的带电物质(例如锂或钠离子)嵌入形成固态电解质的固体基质(例如包括无机材料、聚合物或者无机材料和聚合物的混合物)中。
[0003]上述电化学存储装置通常构造成在电化学存储装置中实现不同功能的功能层。功能层可以是电化学活性层，即它们可以适于存储或传输带电物质，例如离子或电子，或者它们可以是电化学钝化层(即不适于存储或传输带电物质)。适于离子存储的功能层可以是插入主体，例如阳极层或阴极层。此外，配置用于离子传输的功能层可以是例如固态电解质，并且适于电子传输的功能层可以例如用作集电器。电化学钝化层的非限制性示例是保护层(通常布置在最外层)，其适于保护活性层(例如免受腐蚀或降解)。
[0004]固态电解质通过用不易燃烧的固体代替液体来消除使用有机易燃液体电解质。这显著降低了使用由这种固态电化学存储装置供电的装置期间的火灾危险。此外，一些固态电解质的电化学稳定性更高。此外，固态电解质电池不需要分离器，因为固态电解质的结构完整性防止阳极和阴极之间的内部短路。在活性材料的一些组合中(即使用锂金属)，固态电解质电池可能比现有技术的具有液态电解质的电池能量密度更大。
[0005]尽管有这些优点，但当使用现有技术的方法时，包含固态电解质的电化学存储装置的制造成本和生产量并不是最佳的。因此，固态电解质电池目前在经济上无法与使用液态电解质的电池竞争。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的目的是提供一种用于产生电化学存储装置的功能层的方法(以及涂覆装置和制剂),与现有技术的方法相比，该方法能够减少制造时间和成本。
[0007]这个目的通过独立权利要求的主题来实现。本专利技术的实施例在从属权利要求中详细说明，并在下文中描述。
[0008]本专利技术的第一方面涉及一种用于产生电化学存储装置的功能层的方法，包括：
[0009]‑
在涂覆装置的第一储存器中提供第一制剂，
[0010]‑
在涂覆装置的第二储存器中提供第二制剂，
[0011]‑
将涂覆装置放置在基底上方，并沿着涂覆方向相对于基底移动涂覆装置，
[0012]‑
通过涂覆装置的第一狭槽将第一制剂从第一储存器分配到基底的涂覆表面上，其中第一狭槽沿着垂直于涂覆方向并平行于涂覆表面的横向轴线延伸，同时通过涂覆装置
的第二狭槽将第二制剂从第二储存器分配到基底上，其中第二狭槽沿着横向轴线延伸，
[0013]‑
其中第一制剂和第二制剂在涂覆装置和基底之间形成幕帘，并且
[0014]‑
其中电化学存储装置的第一功能层由第一制剂形成在基底的涂覆表面上，并且电化学存储装置的第二功能层同时由第二制剂形成在第一功能层上。
[0015]在某些实施例中，第一制剂和第二制剂共同在涂覆装置和基底之间形成幕帘。
[0016]特别地，涂覆装置可以包括涂覆头或喷嘴，该涂覆头或喷嘴包括至少第一狭槽和第二狭槽，并且可选地还包括第一和第二储存器(可替代地，第一和第二储存器可以设置在涂覆头或喷嘴的外部，并且与第一或第二狭槽流体连接)。例如，第一和第二储存器可以由涂覆头或喷嘴中的腔形成，或者由可插入涂覆头或喷嘴的腔中的歧管形成。第一制剂和第二制剂可以通过泵提供在第一和第二储存器中，所述泵将第一和第二制剂从单独的存储储存器输送到涂覆装置的相应第一或第二储存器中，例如通过管道或导管。当然，涂覆装置可以包括一个或多个附加储存器和相关狭槽，以沉积电化学存储装置的附加功能层，特别是与第一和第二功能层同时沉积。
[0017]特别地，通过将基底(例如以膜或卷材的形式)放置在传送带上并驱动传送带，使得基底在涂覆装置的涂覆头或喷嘴下方移动，涂覆装置相对于基底移动，其中涂覆装置保持静止。当然，在本专利技术的范围内，移动涂覆装置的涂覆头或喷嘴同时基底保持静止也是可能的。
[0018]特别地，涂覆装置布置成使得第一狭槽比第二狭槽布置得更靠近基底的涂覆表面。以这种方式，确保第二功能层形成在第一功能层的顶部。
[0019]在某些实施例中，从涂覆装置(特别是涂覆模具)的第一和第二狭槽(和可选的第三和/或至少一个另外槽)中分配的第一和第二制剂(和可选的第三和/或至少一种另外制剂)在涂覆装置的分配表面(也称为“斜板(slide)”)上形成彼此叠置的层，并以分层幕帘的形式从分配表面向下流到基底的涂覆表面上。换句话说，第一和第二制剂(以及可选的第三和/或至少一种另外制剂)通过滑动幕涂来分配。以这种方式，可以同时产生功能层。
[0020]可替代地，也可以从涂覆装置(特别是涂覆模具)底侧上的狭槽分配第一和第二制剂，其中狭槽彼此相邻布置，使得在狭槽的出口处由第一和第二制剂形成层状幕帘。这种涂覆装置尤其不包含分配表面(斜板)。这种方法也称为“狭槽幕涂”，相应的涂覆模具称为“狭槽模具”。与狭槽涂覆相比，斜板涂覆的优点在于狭槽的数量以及相应产生的层数不受几何约束的限制。
[0021]第一制剂和第二制剂特别是液体或浆料，使得其可以从涂覆装置的相应狭槽分配。其中，术语浆料描述了包含液体溶剂或单体和悬浮在液体溶剂或单体中的颗粒(特别是直径为1nm至500μm)的组合物。
[0022]第一制剂和第二制剂形成幕帘，同时从涂覆装置的相应狭槽分配到基底的涂覆表面上。因此，上述方法可被描述为幕涂法。在本说明书的范围内，术语“幕帘”描述液体或浆状材料的连续自由下落片。为了获得这样的幕帘，有必要调节从相应的第一或第二狭槽分配的第一或第二制剂的流量、基底相对于涂覆装置移动的涂覆速度以及第一和第二制剂的流变性质(例如粘度)(特别是使得第一或第二制剂表现出剪切稀化行为，即粘度随着剪切速率的增加而下降)。
[0023]有利地，幕涂受益于称为流体动力辅助的效应：自由下落幕帘在基底的涂覆表面
上的冲击点处产生压力场，这允许在非常高的涂覆速度(例如约40m/min至大于2500m/min)下形成足够薄的层(例如30μm或更小，特别是5μm或更小)而没有任何缺陷。
[0024]此外，专利技术人发现，可以通过幕涂将多层材料同时涂覆到基底上。因此，不再需要单独加工(例如干燥或热压)单独的层，这显著改善了所得电化学存储装置的制造时间。
[0025]在某些实施例中，在涂覆装置的第三储存器中提供第三制剂，并且其中第三制剂通过涂覆装置的第三狭槽与第一制剂和第二制剂同时分配到基底上，其中第三制剂在涂覆装置和基底之间形成幕帘，并且其中电化学存储装置的第三功能层由第三制剂形成在第二功能层上。
[0026]在某本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于产生电化学存储装置的功能层(110、120、130)的方法，包括：a.在涂覆装置(1)的第一储存器(10)中提供第一制剂(P1)，b.在所述涂覆装置(1)的第二储存器(20)中提供第二制剂(P2)，c.将所述涂覆装置(1)放置在基底(200)上方，并沿着涂覆方向(C)相对于基底(200)移动所述涂覆装置(1)，d.通过涂覆装置(1)的第一狭槽(11)将第一制剂(P1)从第一储存器(10)分配到基底(200)的涂覆表面(210)上，其中第一狭槽(11)沿着垂直于涂覆方向(C)且平行于涂覆表面(210)的横向轴线(L)延伸，并且同时通过涂覆装置(1)的第二狭槽(21)将第二制剂(P2)从第二储存器(20)分配到基底(200)上，其中第二狭槽(21)沿着横向轴线(L)延伸，e.其中第一制剂(P1)和第二制剂(P3)在涂覆装置(1)和基底(200)之间形成幕帘(310、320)，其中特别是第一制剂(P1)和第二制剂(P2)表现出剪切稀化行为，并且f.其中电化学存储装置的第一功能层(110)由第一制剂(P1)形成在涂覆表面(210)上，并且电化学存储装置的第二功能层(120)同时由第二制剂(P2)形成在第一功能层(110)上。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一功能层(110)和/或第二功能层(210)形成所述电化学存储装置的固态电解质。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述固态电解质包括：a.无机固体电解质，和/或b.聚合物电解质，特别是包含聚合物和金属离子盐的混合物。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一功能层(110)和/或第二功能层(210)形成：a.阴极或阳极，b.电子传输介质，特别是集电器，和/或c.所述电化学存储装置的保护层。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一制剂(P1)和/或第二制剂(P2)包含以下组分中的至少一种：i.溶剂和/或可聚合单体，ii.金属离子主体或能够形成金属离子主体的前体，iii.固体离子导体或能够形成固体离子导体的前体，iv.固体电子导体。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一制剂(P1)和第二制剂(P2)包含相同浓度的相同溶剂和/或可聚合单体和/或相同盐浓度，使得在第一制剂(P1)和第二制剂(P2)的界面处不发生扩散。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一制剂(P1)和/或第二制剂(P2)包含分子量为1000g
·
mol
‑1至100000g
·
mol
‑1的第一聚合物和分子量为300000g
·
mol
‑1至1200000g
·
mol
‑1的第二聚合物。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一储存器(10)和第一狭槽(11)或者所述第二储存器(20)和第二狭槽(21)沿着所述横向轴线(L)被分成第一部分(10a、20a)和第二部分(10b、20b)，并且其中第一部分(10a、20a)和第二部分(10b、20b)在物理上彼此分离，其中，特别地，第一部分(10a、20a)沿着横向轴线(L)形成第一或第二储存器
(10、20)的端部。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二制剂(P2)以第一流量被提供在所述第一部分(10a、20a)中，并且所述第二制剂(P2)以第二流量被提供在所述第二部分(10b、20b)中，其中第一流量和第二流量被设定成使得由从第一部分(20a)分配的第二制剂(P2)形成的第二功能层(120)包括比由从第二部分(20b)分配的第二制剂(P2)形成的第二功能层(120)更大的垂直于所述涂覆表面(210)的厚度，其中，特别地，所述第一狭槽(11)包括沿着所述横向轴线(L)延伸的宽度(w),该宽度等于第二部分(20b)的宽度(w),使得由所述第一制备(P1)形成的第一功能层(110)被由第二制剂(P2)形成的第二功能层(120)嵌入，其中，更特别地，所述涂覆装置(1)包括配置成接收从第一狭槽(11)分配的第一制剂(P1)和从第二狭槽(21)分配的第二制剂(P2)的分配表面(2)，其中，特别地，分配表面(2)包括凹部(2a)，该凹部(2a)包括沿着横向轴线(L)与相应储存器(10、20...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：苏黎世联邦理工学院，
类型：发明
国别省市：