CN111525093A - 用于制造电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造电极(1)的方法(100)，所述方法包括以下步骤:‑将处于至少部分液态的状态下的涂层剂(10)敷设(102)在载体材料(2)上，其中，所述涂层剂(10)具有胶结剂(11)，‑涂层剂(10)至少部分固化(104)，从而形成电解质传导性结构(13)。

Description

用于制造电极的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造电极，所述电极尤其是用于电池的电极。
背景技术
电池、例如锂离子电池通常具有两个电极，所述电极插在电解质中，从而能够相应地通过化学过程或反应将能量存储在电池中或从电池中释出。为了能够尽可能小地构造电池，符合期望的是，实现高能量密度，这也可以受到电极构造的影响。为了改善电池的可移动性，此外还符合期望的是，电极具有尽可能低的重量。由现有技术、例如EP 2 330 663 A1已知，电极至少部分由活性材料构造，所述活性材料借助粘接剂被接合。该类型的活性材料能够在电极内部构造孔隙和电解质传导路径，并且由此改善电极的化学活性。
在制造该类型的电极时，常常首先将活性材料作为浆料进行涂覆并且随后进行干燥。然而在此的弊端在于，干燥过程通常极为漫长并且相应地延长了电极的生产时间。如果缩短干燥过程，例如通过使用技术手段来加快干燥，则粘接剂可能在活性材料的表面上至少局部地聚集。然而粘接剂的聚集则会导致所述表面上的孔隙和/或电解质传导路径被堵塞，并且因此使得电池或电极的效能数据恶化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，至少部分克服之前由现有技术已知的弊端。本发明所要解决的技术问题尤其在于，改进用于制造电极的方法，从而能够更迅速地实施制造和/或改进电极的效能参数。
上述技术问题通过具有权利要求1的技术特征的方法解决。本发明的其他优点由从属权利要求、说明书和附图给出。
根据本发明，用来制造电极、尤其是制造用于电池的电极的方法包括以下步骤：
-将处于至少部分液态(或者说半液态)的状态下的涂层剂敷设在载体材料上，其中，所述涂层剂具有胶结剂，
-涂层剂至少部分固化，从而形成电解质传导性结构，
-通过清洗过程将部分胶结剂从涂层剂中去除，从而敞露出电解质传导性结构。
所述电极优选是用于电池的阴极和阳极。为电池优选地配备有所述电极，所述电池优选可以是锂离子电池和/或车载电池。涂层剂优选可以包括用于电极的活性材料。载体材料尤其可以传导性地构造，从而使得所述载体材料能够作为电极的集电器使用。通过载体材料的传导性尤其可以补偿涂层剂的低传导性，从而能够例如使用具有较低导电性、但具有较高化学活性的涂层剂。“涂层剂的至少部分液态的状态”优选可以理解为：涂层剂在涂覆时作为浆料存在，所述浆料由此能够有利地分布在载体材料上。胶结剂尤其也可以被称为粘接剂。由此胶结剂可以构造用于，在涂层剂固化之后使涂层剂被加固和/或固定、尤其材料接合地固定在载体材料上。处于液态的状态下的涂层剂尤其可以具有电极的活性材料、胶结剂、导电添加剂和/或其他添加物，其中，涂层剂的组分可以溶解在溶剂中。在涂层剂固化时，胶结剂优选发挥黏合剂的作用。所述溶剂可以在固化时被去除。优选地，所述胶结剂可以是有机的。可以由此实施至少部分的固化，从而使涂层剂尚且保持剩余黏度。作为备选也可以完全固化涂层剂。电解质传导的结构此外还可以包括孔隙和/或电解质传导路径，电池的电解质可以通过所述孔隙或电解质传导路径穿行、尤其流通和/或扩散。所述固化可以在温度影响下实施，以便加速固化。由此可以例如导入热空气或采取其他措施。至少在已固化状态下，涂层剂优选包括50重量百分比或以上、特别优选约为90重量百分比的活性材料，1重量百分比或以上、特别优选约为5重量百分比的导电添加剂，1重量百分比或以上、特别优选约为5重量百分比的胶结剂和/或其他添加物。
将部分胶结剂从涂层剂中去除的清洁过程可以例如通过激光消融、机械方法(例如喷砂或剥落)和/或其他方法实施。由此通过清洁过程的整合，能够以简单的方式和方法实现的是，涂层剂的旨在形成电解质传导性结构的固化与胶结剂的分布无关地实施，这是因为通过清洁过程剥除了胶结剂有时在涂层剂的表面上的局部聚集。因此通过清洁过程还可以利用剥除部分胶结剂而敞露出电解质传导性结构，从而改进或重新获得电极在电解质传导性方面的效能数据。
此外，在根据本发明的方法中可以有利地规定，涂层剂的至少部分固化在预定的时间段内实施，其中，所述时间段被定量为，在至少部分固化的过程中胶结剂聚集在涂层剂的表面上。规定用于固化的时间、也即预定的时间段由此可以特别短地定量，从而能够总体上缩短用于制造电极的方法。为了加快固化可以规定，在热量影响下实施固化，和/或使用一些材料，所述材料鉴于材料性质更迅速地干燥或固化。此外还能够与对胶结剂的偏析(或者析出)的影响无关地进行材料选择。通过随后的清洁过程可以有效去除聚集在表面上的胶结剂。被去除的部分胶结剂尤其是胶结剂在固化过程中浮出的部分。
有利地可以在根据本发明的方法中规定，用于敞露出电解质传导性结构的清洁过程在使用等离子体的情况下实施。由此，清洁过程可以是等离子体清洁过程。在此可以规定，在至少部分固化的涂层剂的表面上使用、尤其形成等离子体，以便去除在涂层剂的表面上的胶结剂的尤其多余的部分。通过在清洁过程中使用等离子体，可以迅速且有效地实施清洁过程，从而在涂层剂的表面上不残留或几乎不残留胶结剂，并且由此能够高效地实现电解质传导性结构的敞露。等离子体的使用尤其还可以支持并且由此加速涂层剂的固化，这是因为等离子体清洁过程尤其在较高温度下实施。在此,在固化过程中等离子体的高温还可以对胶结剂在涂层剂中的分布产生有利影响。
此外在本发明的范围内还可以规定，在清洁过程中在涂层剂的表面上使用等离子体，从而通过该清洁过程将在至少部分固化涂层剂时聚集在表面上的胶结剂去除。由此，胶结剂的被去除的部分可以是胶结剂的聚集在表面上的部分。由此可以以有利的方式和方法敞露电解质传导性结构，并且可以消除胶结剂在表面上的残余聚集。
此外，在根据本发明的方法中还可以考虑的是，所述方法包括一个以下步骤：
-通过在至少部分围绕涂层剂的流体上施加电压而形成等离子体，和/或
-通过在至少部分围绕涂层剂的流体与涂层剂和/或载体材料之间施加电压，使得所述涂层剂和/或载体材料被极化。
优选地，可以分别将电压施加在流体本身上和流体连同涂层剂和/或载体材料上，从而一方面形成等离子体，并且另一方面使得涂层剂或载体材料被极化。所述流体可以至少部分围绕涂层剂，也即所述流体可以被敷设在涂层剂的表面上和/或已经至少部分围绕涂层剂的表面。优选地，流体可以是气体。由此可以以有利的方式直接在涂层剂的表面附近形成等离子体和/或使得涂层剂或载体材料被极化。通过涂层剂和/或载体材料的极化可以形成静电引力，从而使得等离子体的离子朝涂层剂的方向加速，并且由此实现胶结剂的去除。作为补充或备选，还可以远离该表面形成等离子体，并且随后使得等离子体朝向涂层剂的表面加速。
在本发明的范畴内还可以规定，等离子体具有溅射等离子体，并且清洁过程可以包括通过溅射等离子体机械剥除胶结剂。优选地，为了在使用等离子体的情况下实施清洁过程以机械剥除胶结剂，规定了涂层剂和/或载体材料的极化，从而能够通过等离子体的加速离子进行机械剥除。通过使用溅射等离子体尤其能够将更多地杂质从涂层剂中去除，从而形成工整洁净的表面。此外还能够以简单的方式和方法控制所述剥除或者在短时间内实施剥除。由此可以总体上缩短用于制造电极的方法。
有利地，在根据本发明的方法中可以规定，等离子体具有反应性等离子体，并且清洁过程包括所述反应性等离子体与胶结剂的化学反应，从而使胶结剂从涂层剂中脱离。反应性等离子体可以优选具有自由基，通过所述自由基尤其能够使涂层剂的有机分子发生化学反应。反应性等离子体由此可以促进选择性的清洁过程，从而有针对性地将特定物质、也即在此至少将胶结剂从涂层剂或涂层剂的表面去除。由此可以规定，涂层剂的表面上的其他物质不受反应性等离子体的影响，并且由此例如使得涂层剂的其他成分保留在所述表面上。此外还可以规定，使用UV辐照，以便使胶结剂从涂层剂中至少部分脱离。
在本发明的范畴内还可以规定，载体材料包括金属箔、尤其铝箔和/或铜箔。由此可以将载体材料设计为薄的金属传导层，所述金属传导层作为用于涂层材料的载体，并且同时促进导电性，从而有利地实现在电极上的电流截取。铝和/或铜此外还是轻质构造的材料，从而能够通过使用所述材料降低电极的自重。
在本发明的范畴内还可以规定，所述流体具有氧气和/或惰性气体：氧气可以在用于清洁过程的工艺中额外地输入，或直接从环境空气或者说大气中获取。在此，氧气是有利的元素，以便能够作为反应性等离子体使用并且构成自由基或游离的离子，其能够相应地与胶结剂反应。一方面，惰性气体可以构成保护气氛，利用所述保护气氛能够避免由其他反应、例如空气与等离子体的其他反应带来的杂质。此外，惰性气体、例如氩可以有利地作为溅射等离子体被用于机械剥除。由此，惰性气体可以包含大量分子，当所述分子在涂层剂的表面上机械冲击时能够有效去除胶结剂。
此外在根据本发明的方法中还可以规定，所述方法包括以下步骤：
-在涂层剂上形成负压区域、尤其至少部分真空的负压区域，
尤其在其中，负压区域的形成连续或不连续地实施。由此，清洁过程和/或固化可以在负压下实施。为此，可以在涂层剂的表面的部分区域上和/或围绕整个涂层剂和/或整个载体材料形成负压区域。优选地，形成至少部分或完全的真空，从而能够将尤其气态的分解产物和/或粉尘状的碎屑直接吸出。由此可以迅速且高效地使涂层剂不含胶结剂的应去除的部分。
在本发明的范畴内还可以规定，所述方法包括以下步骤：
-将涂层剂与胶结剂混合。
优选地，在此涂层剂可以具有必要的胶结剂量，并且在混合涂层剂时使用实际的胶结剂量，所述实际的胶结剂量以胶结剂的至少预定余量超出所述必要的胶结剂量。由此可以规定，在涂层剂混合时使用比实际上为有利的固化所需的更多的胶结剂。在此，尤其可以将预定余量设计为，预定余量相当于胶结剂的通过清洁过程去除的部分。优选地，胶结剂的预定余量是必要的胶结剂量的1％至5％。由此，预定余量尤其相当于在涂层剂加速硬化时上浮和/或聚集在涂层剂的表面处的胶结剂的量。由此可以按规定的方式和方法，在涂层剂与胶结剂混合时就根据清洁过程调整胶结剂量。
附图说明
改进本发明的其他措施由以下对本发明的若干实施例的描述给出，所述实施例在附图中示意性示出。所有由权利要求、描述或附图给出的技术特征和/或优点(包括结构细节、空间布置和方法步骤在内)既可以本身也可以作为不同组合具有发明意义。在此应注意的是，附图仅具有所述特征，而不应以任何方式构成对本发明的局限。在附图中：
图1示出根据本发明的用于制造电极的方法的第一实施例的制造步骤，
图2按照第一实施例以方法步骤的其他示意图示出根据本发明的用于制造电极的方法，
图3按照第一实施例示出在根据本发明的方法中的胶结剂量的示意图，图4根据本发明的第一实施例的方法中在固化时的时间的示意图，
图5示出在根据本发明用于制造电极的方法中按照另一实施例在使用等离子体的情况下的清洁过程，
图6示出在根据本发明用于制造电极的方法中按照另一实施例在使用等离子体的情况下的清洁过程。
在以下附图中为不同实施例的相同技术特征也使用相同的附图标记。
具体实施方式
在图1和图2中示意性示出根据本发明的用于制造电极1的方法100的方法步骤。在此，所述方法100优选包括首先将涂层剂10与胶结剂11的混合101。涂层剂10在此可以包括电极1的活性材料12，所述活性材料通过胶结剂11被加固。为制造电极1，规定将处于至少部分液态状态下的涂层剂10敷设102在载体材料2上。载体材料2可以优选包括金属箔、尤其铜箔和/或铝箔。由此，载体材料2构造为集电器，所述集电器可以总体上改进电极1的传导性。此外，当电极1例如安装在电池中时，可以在载体材料2上截取电压。优选地，电极1可以被制造应用于车载电池中。此外还可以规定，所述方法100包括在涂层剂10上、尤其在涂层剂10的表面3上形成103负压区域4。在此，在方法100过程中连续或不连续地形成负压区域4。所述负压区域4尤其可以设计为部分或完全的真空，该负压区域可以有利地用于将松散的杂质吸出，其中，同时能够通过负压抑制或减少涂层剂10的其他反应。此外，所述方法100还包括涂层剂10的至少部分固化104，以形成电解质传导性结构13。在固化时，涂层剂10优选可以构造呈孔隙和/或电解质传导路径形式的电解质传导性结构13。在此，由此实施固化104，从而在固化104过程中胶结剂11聚集在涂层剂10的表面3上，如图1所示。在至少部分固化104的过程中或在至少部分固化104的同时，此外还规定通过清洁过程105.3将胶结剂11的一部分从涂层剂10中去除105，以便敞露电解质传导性结构13。如图1所示，在固化104时胶结剂11的一部分聚集在表面3上，所述胶结剂的一部分最终通过所述去除105从涂层剂10剥除。优选地，在使用等离子体20的情况下实施用于敞露电解质传导性结构13的清洁过程105.3，如图5和图6所示。通过胶结剂11的去除105能够使在固化104时在表面上被堵塞的电解质传导性结构13被敞露出来。
优选地，在涂层剂10混合101时可以规定，如图3示意性所示，使用实际的胶结剂量11.2，所述实际的胶结剂量以至少胶结剂11的预定余量11.3超出涂层剂10的必要的胶结剂量11.1。由此可以在固化104时就已经预先计算出胶结剂11的聚集，并且有利地在清洁过程105.3中相应地予以考虑。
因此可以如图4示意性所示，为涂层剂11的固化104设置预定的施加间隔30，并且时间段30被定量为，在固化104过程中胶结剂11聚集在涂层剂10的表面3上。由此，能够将在固化104时聚集在涂层剂10的表面3的区域中的胶结剂量11.4与实施固化104所经过的时间t相关联。所述固化例如条件在于，胶结剂11具有较之活性材料12更低的密度，并且由此部分浮出。在用于固化104更长的时间t情况下，更少的胶结剂11聚集在涂层剂10的表面3的区域中，也即随着固化104的时间t的增加，在表面3的区域中的胶结剂量11.4降低。然而通过清洁过程105.3，在确定用于固化104的时间段30时不一定要考虑这一点，这是因为胶结剂11的聚集部分被去除。预定的时间段30可以例如设计为，聚集的胶结剂量11.4相当于最终通过清洁过程105.3被剥除的预定余量11.3。由此可以总体上在更短的时间内并且在规定条件下实施用于制造电极1的方法100。
此外图5还示出，按照另一实施例在用于制造电极1的方法100中通过清洁过程105.3将胶结剂11的一部分从涂层剂10中去除105，以敞露涂层剂10的电解质传导性结构13。在此规定，通过在至少部分围绕涂层剂10的流体21上施加电压形成105.1等离子体20。由此可以在使用等离子体20的情况下实现清洁过程105.3。等离子体20优选具有反应性等离子体20.1。清洁过程105.3在此包括反应性等离子体20.1与胶结剂11的化学反应，以使胶结剂11从涂层剂10中脱离。优选地，流体21具有氧气和/或反应性等离子体20.1氧离子，以便能够确保反应性等离子体20的反应性能。在此，在使用等离子体20情况下的清洁过程105.3可以选择性地设计，从而例如使有机的胶结剂11能够与反应性等离子体20.1发生反应并且将负压区域4中的反应产物吸出。为形成电压，可以设置电压源5，由此能够相应地形成流体21。
此外图6还示出，按照另一实施例在用于制造电极1的方法100中通过清洁过程105.3将胶结剂11的一部分从涂层剂10中去除105，以敞露电解质传导性结构13。在此，清洁过程105.3包括等离子体20的使用，也即具有溅射等离子体20.2。溅射等离子体20.2可以优选包括惰性气体、尤其氩，或包括惰性气体离子、尤其氩离子。溅射等离子体20.2的形成105.1可以通过在至少部分围绕涂层剂10的流体21上施加电压实现，其中，通过在至少部分围绕涂层剂10的流体21与涂层剂10和/或涂层剂10的载体材料2之间施加电压实施涂层剂10和/或载体材料2的极化105.2。通过极化105.2能够在清洁过程105.3中使溅射等离子体20.2的离子朝涂层剂10的方向加速，并且由此实现在涂层剂10的表面3上的胶结剂11的机械剥除。优选地，针对所述形成105.1和所述极化105.2分别设置独立的电压源5。
通过等离子体清洁过程，可以在通过方法100制造电极1时使涂层剂10的固化104与电解质传导性结构13的形成尤其并行地实施或在清洁过程105.3之前实施。通过等离子清洁过程能够实现可稳定实施的清洁过程105.3，该清洁过程能够高效实施。
上述对实施方式的阐述描述了包括实施例在内的本发明。显然，实施方式的各个单独的技术特征在技术上可以合理地、自由地相互组合，只要不离开本发明的范围即可。
附图标记列表
1 电极
2 载体材料
3 载体材料2的表面
4 负压区域
5 电压源
10 涂层剂
11 胶结剂
11.1 必要的胶结剂量
11.2 实际的胶结剂量
11.3 预定余量
11.4 在载体材料的表面的区域中的胶结剂量
12 活性材料
13 电解质传导性结构
20 等离子体
20.1 反应性等离子体
20.2 溅射等离子体
21 流体
30 预定的时间段
100 方法
101 胶结剂10的混合
102 胶结剂10的敷设
103 负压区域4的形成
104 涂层剂10的固化
105 胶结剂10的一部分的去除
105.1 胶结剂10的形成
105.2 极化
105.3 清洁过程
t 时间

Claims (10)

1.一种用于制造电极(1)的方法(100)，所述方法包括以下步骤：
-将处于至少部分液态的状态下的涂层剂(10)敷设(102)在载体材料(2)上，其中，所述涂层剂(10)具有胶结剂(11)，
-至少部分固化(104)涂层剂(10)，从而形成电解质传导性结构(13)，
-通过清洗过程(105.3)将胶结剂(11)的一部分从涂层剂(10)中去除，从而敞露出电解质传导性结构(13)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，
涂层(10)的至少部分固化(104)在预定的时间段(30)内实施，其中，所述时间段(30)被定量，使得在至少部分固化(104)的过程中胶结剂(11)聚集在涂层剂(10)的表面(3)处。
3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，
清洁过程(105.3)在使用等离子体(20)的情况下实施，以敞露电解质传导性结构(13)。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，其特征在于，
在清洁过程(105.3)中在涂层剂(10)的表面(3)上使用等离子体(20)，从而通过该清洁过程(105.3)将在涂层剂(10)至少部分固化(104)时聚集在表面(3)上的胶结剂(11)去除。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的方法(100)，其特征在于，
所述方法(100)包括以下至少一个步骤：
-通过在至少部分围绕涂层剂(10)的流体(21)上施加电压而形成(105.1)等离子体(20)，和/或
-通过在至少部分围绕涂层剂(10)的流体(21)与涂层剂(10)和/或载体材料(2)之间施加电压，使得所述涂层剂(10)和/或载体材料(2)被极化(105.2)。
6.根据上述权利要求中至少一项所述的方法(100)，其特征在于，
所述等离子体(20)具有溅射等离子体(20.2)，并且清洁过程(105.3)包括通过溅射等离子体(20.2)机械剥除胶结剂(11)。
7.根据上述权利要求中至少一项所述的方法(100)，其特征在于，
所述等离子体(20)具有反应性等离子体(20.1)，并且清洁过程(105.3)包括所述反应性等离子体(20.1)与胶结剂(11)的化学反应，以使胶结剂(11)从涂层剂(10)中脱离。
8.根据上述权利要求中至少一项所述的方法(100)，其特征在于，
所述载体材料(2)包括金属箔、尤其铝箔和/或铜箔，和/或所述流体(21)具有氧气和/或惰性气体。
9.根据上述权利要求中至少一项所述的方法(100)，其特征在于，
所述方法包括以下步骤：
-在涂层剂(10)上形成(103)负压区域(4)、尤其至少部分真空的负压区域，
其中，连续或不连续地实施负压区域(4)的形成(103)。
10.根据上述权利要求中至少一项所述的方法(100)，其特征在于，
所述方法(100)包括以下步骤：
-将涂层剂(10)与胶结剂(11)混合(101)，
其中，涂层剂(10)具有必要的胶结剂量(11.1)，而在混合(101)涂层剂(10)时使用实际的胶结剂量(11.2)，所述实际的胶结剂量(11.1)至少以胶结剂(11)的预定余量(11.3)超出所述必要的胶结剂量(11.1)。
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