CN114247618B - 用于干燥薄膜材料的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于干燥薄膜材料(1)的方法和装置(5)，所述薄膜材料包括条带状的载体材料(2)和至少一个布置在所述载体材料上的涂层(3)，其中，所述涂层(3)至少部分地具有导电成分(4)。所述装置(5)具有至少一个感应器(6)，用于至少通过电磁感应来干燥所述涂层(3)。

Description

用于干燥薄膜材料的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于干燥薄膜材料的方法和装置，所述薄膜材料包括条带状的载体材料和至少一个布置在所述载体材料上的涂层，其中，所述涂层至少部分地具有导电成分。
背景技术
电池、尤其锂离子电池越来越多地用于驱动机动车。电池通常由若干单池组成，其中，每个单池具有阳极板、阴极板和隔板的堆叠件。阳极板和阴极板中的至少一部分实施为集电器，用于将由单池提供的电流导出至布置在单池外部的消耗器。
在锂离子电池单池的制造中，所谓的载体薄膜、即条带状的载体材料在两侧通过施布工具被涂层以浆料(Slurry)。浆料由多种成分、此外由活性材料、炭黑、粘合剂、溶剂和可能其他的添加剂构成。在涂层后，将薄膜输送至干燥过程，以便蒸发所含的溶剂，并且将剩余的成分牢固地与载体薄膜结合。载体薄膜形成电池单池的集电器。在此，它可以在在两侧被涂层并且然后一起干燥，或分别在一侧被涂层并且单独干燥。
干燥机通常具有连续悬浮幅面干燥机的形式并且具有数米长。薄膜材料借助从下往上指向的空气喷嘴保持“悬浮”，并且暴露于烘箱的暖/热气体中，由此使浆料干燥。为了良好的干燥，烘箱可分为几个温度不同的区。由于烘箱的类型，干燥是效率非常低的，并且在制造电池单池时消耗大量能量。此外，在干燥机中，温度的控制仅能够沿带方向、即薄膜材料的输送方向通过不同的加热区实现。有针对性的横向于带方向的温度梯度是不可能的。另一问题在于导电炭黑的取向，其中，形成导电炭黑的颗粒或纤维确保电子从活性材料颗粒传输到载体材料、即导体薄膜。为了将这种传输设计为尽可能高效的，导电炭黑纤维尤其应该尽可能垂直于载体材料定向。即使在非球形的活性材料颗粒的情况下，电极层中颗粒的取向也可以带来积极的特性。然而，这在当前的烘箱概念中是不可能的。
常规的悬浮幅面连续式烘箱或干燥机具有以下缺点：
·高的能量需求；
·薄膜材料的间接加热；
·电极通过烘箱的受限的行进速度；
·浆料成分在干燥期间的有针对性的取向是不可能的；
·针对载体薄膜的昂贵和耗能的悬浮技术。
由US 9,077,000 B2已知了一种用于热处理导体薄膜的方法。导体薄膜要么在烘箱中整体被加热，要么通过激光辐射必要时仅局部被加热。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，至少部分解决参照现有技术提到的问题。尤其建议一种用于干燥薄膜材料的方法和装置，其中，该方法和装置具有更小的能量需求，并且能够实现对薄膜材料的特定区域的有针对性的加热、更精确的温度控制和浆料成分的有针对性的取向。
所述技术问题按照本发明通过一种用于干燥薄膜材料的方法和一种用于干燥薄膜材料的装置解决。在说明书中单独提到的特征可以以技术上有意义的方式相互组合，并且可以通过来自说明书所阐述的事实和/或来自附图的细节来补充，其中，示出了本发明的另外的实施例变型方案。
在此建议一种用于干燥薄膜材料的方法，所述薄膜材料包括条带状的载体材料和至少一个布置在所述载体材料上的涂层。所述涂层至少部分地具有导电成分。所述方法至少具有以下步骤：
a)提供所述薄膜材料；
b)提供用于干燥所述涂层的装置，其中，所述装置具有至少一个感应器；
c)至少通过借助电磁感应加热所述薄膜材料来干燥所述涂层。
条带状的载体材料尤其由至少部分导电的材料构成。
条带状尤其意味着，载体材料具有沿输送方向延伸的、大的、尤其基本上连续的长度、与之横向延伸的小的宽度和横向于长度和宽度延伸的更小的厚度。宽度和厚度尤其分别是恒定的。
所述载体材料尤其在步骤a)之前被涂层。
尤其地，在步骤c)期间也产生所述薄膜材料和所述装置之间的相对运动。
尤其地，载体材料沿输送方向相对于用于干燥的装置运动，并且尤其在进入装置之前直接被涂覆涂层。
薄膜材料仅可以在一个侧面或者在第一侧面和相对置的第二侧面被涂层，通过长度和宽度定义第一侧面和第二侧面。
根据步骤c)，薄膜材料可以相对于周围环境和装置沿输送方向被传输或输送穿过装置。备选或附加地，至少一个感应器可以实施相对于薄膜材料或相对于周围环境的相对运动。
薄膜材料和装置之间的相对运动可以非连续地、优选连续地进行。
尤其建议借助薄膜材料、即载体材料和浆料的感应加热实现干燥。
载体材料和布置在其上的浆料可以通过位于涂层之前的张紧辊和位于装置之后的张紧辊被张紧。浆料可以在两侧施加到载体材料上。随后，薄膜材料在至少一个感应器旁经过，或相对于至少一个感应器例如沿输送方向运动，其中，运动可以非连续地或连续地进行。
至少一个感应器感应出作用于载体材料和浆料的导电成分的第一交变电磁场。由此，浆料和载体材料直接变热。可以利用至少一个感应器的参数、例如电流或频率调整期望的温度或温度曲线(例如沿薄膜材料的深度)。
尤其地，所述薄膜材料至少沿输送方向被运输穿过所述装置，并且此时通过至少一个第一交变电磁场实施干燥。所述薄膜材料至少通过气流或通过第二交变电磁场非接触地被运输穿过所述装置。
薄膜材料尤其可以通过至少一个感应出的第一交变电磁场加热，并且通过附加的与第一交变场相反的第二交变电磁场保持悬浮，从而使得薄膜材料可以非接触地运输穿过装置。必要时可以省去气流或张紧辊的使用。
至少一个感应器尤其仅布置在薄膜材料的一个侧面上或者布置在第一侧面和相对置的第二侧面上。
至少一个感应器可以以不同的形式使用，例如用作扁平线圈、线圈或单个绕组。
至少一个感应器可以实施为所谓的纵向场感应器。在此，感应器或感应器的线圈绕组围绕薄膜材料延伸，其中，每个线圈绕组横向于输送方向地延伸。因此产生的交变场在薄膜材料的每个侧面上基本上平行于输送方向地延伸。
至少一个感应器可以实施为所谓的横向场感应器。在此，感应器或感应器的线圈绕组在薄膜材料的两个侧面上延伸，其中，每个线圈绕组沿薄膜材料的宽度在薄膜材料上延伸、即横向于输送方向地延伸。因此产生的交变场沿薄膜材料的厚度延伸通过薄膜材料。
至少一个感应器可以实施为所谓的平面感应器。在此，感应器或绕组回纹形地在薄膜材料的侧面上分别沿薄膜材料的宽度在薄膜材料上延伸，即横向于输送方向延伸。因此产生的交变场在薄膜材料的每个侧面上分别横向于绕组的伸展地延伸。
也可以设置至少一个感应器的其他的设计。也可以组合不同的设计，和/或使用相同或不同的设计方案的多个感应器。
至少一个感应器尤其如此运行，使得所述涂层和所述载体材料彼此不同地被加热。根据设置的过程参数，加热也可以更多地发生在浆料或载体材料中。
所述薄膜材料尤其至少沿输送方向被运输穿过所述装置，并且利用至少一个感应器，在薄膜材料中在横向于输送方向延伸的第一方向上产生温度梯度。也可以沿运输方向在薄膜材料中产生温度梯度。尤其可以沿薄膜材料的宽度在薄膜材料中产生不同的温度。
尤其可以通过至少一个感应器或多个感应器的分段或通过以不同参数的控制，沿输送方向、尤其横向于输送方向或它们的方向组合来产生温度梯度。
所述装置包括多个能够彼此独立运行的感应器，从而产生用于加热的彼此不同的温度场。
通过沿输送方向彼此分离布置的或彼此独立运行的感应器，尤其可以产生不同的温度场。
尤其可以通过对所述涂层的受控的加热，在所述涂层中能够产生裂纹和/或微孔，所述裂纹和/或微孔从所述涂层的表面开始至少朝载体材料延伸。温度场的有针对性的调整例如可以用于，在薄膜材料的一些部位上将裂纹和/或微孔有针对性地引入电极材料或涂层中，从而电池单池的电解质可以更深地渗透到电极材料或涂层中。
尤其地，通过至少一个感应器磁化所述涂层的成分的至少一部分。被磁化的成分可以通过沿输送方向置于后方的、非定向的第三交变电磁场被再次去磁。因此，通过感应出的交变电磁场例如可以磁化涂层的活性材料的铁磁成分。在干燥或装置结束时，通过非定向的第三交变电磁场可以使铁磁成分再次去磁。
尤其地，抽吸装置作为装置的组成部分布置在至少一个感应器上方，通过该抽吸装置可以抽吸由于加热而从涂层逸出的溶剂蒸汽。
与已知的悬浮幅面烘箱相比，感应器的使用是能耗更低的。此外，可以更有针对性地调整温度场。尤其也可以直接在涂层或浆料的颗粒或成分中产生由相应的第一交变场感应出的热量，从而可以实现比在常规的烘箱中更快的加热。与已知的烘箱不同地，没有从加热气体到薄膜材料的对流的热传递，而是直接在薄膜材料中产生加热。
此外，可以通过至少一个感应器的几何形状、至少一个感应器的布置和参数化来调整相应的交变场。因此尤其可以操纵浆料的颗粒或成分的取向。例如可以有针对性地建立导电炭黑纤维的垂直于载体材料取向的布置。
尤其地，所述载体材料是至少部分导电的导体薄膜，并且所述涂层是浆料，其中，所述浆料包括至少一种活性材料、导电炭黑、粘合剂和溶剂。必要时，涂层可以包括另外的添加剂。
尤其通过至少一个感应器实现在浆料中作为颗粒或纤维存在的导电炭黑的有针对性的空间取向。
尤其可以通过控制设备实施该方法，该控制设备设计、配置或编程用于实施所描述的方法。利用控制设备可以至少
·设置薄膜材料的进给速度，例如也可以设置连续的进给或非连续的进给；和/或
·产生一个交变场或必要时彼此独立运行的所有交变场；和/或
·控制浆料到载体材料上的涂覆；和/或
·运行抽吸装置；和/或
·调节气流，用于将薄膜材料非接触地运输通过装置。
尤其建议一种装置，所述装置尤其适宜地设计用于可以实施前述方法。
所述装置能够实现薄膜材料的干燥，所述薄膜材料包括条带状的载体材料和至少一个布置在所述载体材料上的涂层，其中，所述涂层至少部分地具有导电成分。所述装置具有至少一个感应器，用于至少通过电磁感应来干燥所述涂层。
所述装置尤其产生薄膜材料与装置或至少一个感应器之间的相对运动。
所述装置尤其包括前述的控制设备。
此外，所述装置可以包括提供薄膜材料，附加地必要时用于张紧薄膜材料的张紧辊，和/或用于将涂层施加到载体材料上的设备，和/或抽吸装置，和/或用于卷起完成干燥的薄膜材料的卷起装置。
此外，所述方法也可以由计算机或利用控制单元的处理器实施。
因此还建议了一种用于数据处理的系统，该系统包括处理器，所述处理器调整/配置为，使得所述处理器实施所述方法或建议的方法的步骤的一部分、尤其是步骤c)。
可以设置计算机可读的存储介质，该存储介质包括指令，指令在由计算机/处理器实施时使得所述计算机/处理器实施所述方法或建议的方法的步骤的至少一部分、尤其是步骤c)。
关于方法的实施方案尤其可以转移到装置、控制设备和计算机执行的方法(即计算机或处理器、数据处理系统、计算机可读的存储介质)，反之亦然。
不定冠词(“一个”、“一”)的使用，尤其在权利要求和反映它们的说明书中的使用应理解为不定冠词本身，而不是数词。相应以此引入的术语或部件理解为，它们至少出现一次，并且尤其也可以出现多次。
预防性地应注意的是，在此使用的数词(“第一”、“第二”、...)主要(仅)用于区分多个类似的对象、参量或过程、即尤其没有强制预设这些对象、参量或过程彼此间的任何的关联性和/或顺序。如果关联性和/或顺序是必要的，那么这在此明确说明，或者对于本领域技术人员来说在研究具体描述的设计方案时是显而易见的。如果构件可以出现多次(“至少一个”)，那么对这些构件中的一个的描述可以同样适用于多个这些构件中的全部或一部分，但这不是强制性的。
附图说明
以下根据附图详细阐述本发明和技术背景。应指出的是，本发明并不局限于所提出的实施例。尤其除非另有明确说明，否则还可以提取在附图中阐述的事实的部分方面，并且将其与来自本说明书的其他内容和知识相组合。尤其应指出的是，附图和尤其所示的大小关系只是示意性的。在附图中：
图1示出已知的装置的第一实施变型方案；
图2示出已知的装置的第二实施变型方案；
图3示出一种装置；
图4示出感应器的第一实施变型方案的立体图；
图5示出感应器的第二实施变型方案的立体图；
图6示出感应器的第三实施变型方案的立体图。
具体实施方式
图1示出了一种已知的装置5的第一实施变型方案。用于干燥的装置5在此设计为连续悬浮幅面干燥机的形式，并且所述装置有数米长。薄膜材料1从左侧导入装置中，并且沿输送方向8运输穿过烘箱。借助从下往上指向的空气喷嘴，薄膜材料1通过气流10保持“悬浮”，并且暴露于烘箱的暖/热气体中，由此，浆料、即布置在载体材料2上的涂层3得到干燥。抽吸装置20布置在薄膜材料1上方，通过该抽吸装置可以导出在干燥过程中从涂层3逸出的溶剂。具有干燥的涂层3的薄膜材料1在烘箱之后运行经过张紧辊19，并且可以进一步冷却。卷起装置21用于卷起完成干燥的薄膜材料1。
图2示出了已知的装置5的第二实施变型方案。参考图1的实施方案。
与第一实施变型方案不同地，在此，引导辊22设置用于支撑薄膜材料。在引导辊22和薄膜材料1的下方设置负压，从而涂层通过从上往下流动的气体流10干燥，并且在此确保薄膜材料1位于引导辊22上。
图3示出了一种装置5。参考图1和2的实施方案。
装置5能够产生薄膜材料1和装置5之间的相对运动7，并且通过电磁感应来干燥涂层3。在此没有示出控制设备。控制设备可以为了控制相关的部件以已知的方式与所述部件连接或通信。
装置5包括提供薄膜材料1、用于将涂层3施加到载体材料2上的设备、用于张紧薄膜材料1的张紧辊19、用于产生交变场9、11、18的多个感应器6、用于抽吸在干燥过程中从涂层3释放的溶剂的抽吸装置20、用于设定薄膜材料1的冷却段的张紧辊19和用于卷起完成干燥的薄膜材料1的卷起装置21。
根据该方法的步骤a)，提供薄膜材料1。在步骤a)之前，提供载体材料2，并且给载体材料2涂覆用于形成涂层3的并且具有导电成分4的浆料。根据步骤b)，提供用于干燥涂层4的装置5，其中，该装置5具有多个感应器6；根据步骤c)，产生薄膜材料1和装置5之间的相对运动7，并且通过电磁感应来干燥涂层3。
条带状的载体材料2由导电材料构成。载体材料2具有沿输送方向8延伸的、大的、尤其基本上连续的长度、与之横向延伸的小的宽度和横向于长度和宽度延伸的更小的厚度。
根据步骤c)，薄膜材料1相对于周围环境和装置5沿输送方向8传输或传送穿过装置5。感应器6在此位置固定地布置。
载体材料2和布置在载体材料上的浆料通过位于涂层前方的张紧辊19和位于装置后方的张紧辊19张紧。在施加涂层3之后，薄膜材料1沿输送方向8运行经过感应器6。感应器6感应出作用于载体材料2和浆料的导电成分4的第一交变电磁场9。由此，浆料和载体材料2直接变热。感应器6的参数、例如电流或频率可以匹配于期望的温度。
薄膜材料1沿输送方向8被运输穿过装置5，并且在此通过第一交变电磁场9被干燥。薄膜材料1穿过由感应器6产生的第二交变电磁场11非接触地运输通过装置5。
感应器6布置在薄膜材料1的第一侧面12和对置的第二侧面13上。
薄膜材料1沿输送方向8运输穿过装置5，并且利用感应器6沿横向于输送方向8延伸的第一方向14在薄膜材料1中产生温度梯度。因此，尤其可以沿薄膜材料1的宽度产生在薄膜材料1中的不同的温度。
装置5包括多个可以彼此独立地运行的感应器6，从而可以例如沿输送方向8，或也横向于输送方向地产生彼此不同的温度场、在此是第一温度场15并且随后是第二温度场16。
通过涂层3的受控的加热可以在涂层3中产生裂纹和/或微孔17，其从涂层的表面开始至少朝载体材料延伸。温度场的适宜的调整例如可以用于，在薄膜材料的一些部位上将裂纹和/或微孔有针对性地引入电极材料或涂层中，从而电池单池的电解质可以更深地渗透到电极材料或涂层中。
涂层3的成分4的至少一部分可能被感应器6磁化。这些磁化的成分4可以通过沿输送方向8后置的非定向的第三交变电磁场18再次去磁。因此，通过感应出的交变电磁场9、11例如可以磁化涂层3的活性材料的铁磁成分4。在干燥或装置5结束时，通过非定向的第三交变电磁场18可以使铁磁成分4再次去磁。
图4以立体图示出了感应器6的第一实施变型方案。感应器6实施为所谓的纵向场感应器。在此，感应器6或感应器6的线圈绕组围绕薄膜材料1延伸，其中，每个线圈绕组横向于输送方向8延伸。因此产生的交变场9、11、18基本上平行于输送方向8在薄膜材料1的每个侧面12、13上延伸。在薄膜材料1的放大段中示出在薄膜材料1中产生的电流23的方向。
图5以立体图示出了感应器6的第二实施变型方案。感应器6实施为所谓的横向场感应器。在此，感应器6或感应器6的线圈绕组在薄膜材料1的两个侧面上延伸，其中，每个线圈绕组沿薄膜材料1的宽度在薄膜材料1上、即横向于输送方向8延伸。因此产生的交变场9、11、18沿薄膜材料1的厚度延伸穿过薄膜材料1。在薄膜材料1的放大段中示出在薄膜材料1中产生的电流23的方向。
图6以立体图示出了感应器6的第三实施变型方案。感应器6实施为所谓的表面感应器。在此，感应器6或绕组回形蜿蜒地在薄膜材料1的侧面12、13上分别沿薄膜材料1的宽度在薄膜材料1上延伸，即横向于输送方向8延伸。因此产生的交变场9、11、18在薄膜材料1的每个侧面12、13上分别横向于绕组的延伸段地延伸。在薄膜材料1的放大段中、在图5中示出在薄膜材料1中产生的电流23的方向。
附图标记列表
1 薄膜材料
2 载体材料
3 涂层
4 成分
5 装置
6 感应器
7 相对运动
8 输送方向
9 第一交变场
10 气流
11 第二交变场
12 第一侧面
13 第二侧面
14 第一方向
15 第一温度场
16 第二温度场
17 裂纹
18 第三交变场
19 张紧辊
20 抽吸装置
21 卷起装置
22 引导辊
23 电流
24 表面

Claims (11)

1.一种用于干燥薄膜材料(1)的方法，所述薄膜材料包括条带状的载体材料(2)和至少一个布置在所述载体材料上的涂层(3)，其中，所述涂层(3)至少部分地具有导电成分(4)；所述方法至少具有以下步骤：
a)提供所述薄膜材料(1)；
b)提供用于干燥所述涂层(3)的装置(5)，其中，所述装置(5)具有至少一个感应器(6)；
c)至少通过借助感应加热所述载体材料(2)和所述涂层(3)来干燥所述涂层(3)，
其中，利用所述至少一个感应器的参数调整沿薄膜材料的长度、宽度和深度的期望的温度或温度曲线，所述参数包括电流或频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤c)期间产生所述薄膜材料(1)和所述装置(5)之间的相对运动(7)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述薄膜材料(1)至少沿输送方向(8)被运输穿过所述装置(5)，并且此时通过至少一个第一交变电磁场(9)实施干燥，其中，所述薄膜材料(1)至少通过气流(10)或通过第二交变电磁场(11)非接触地被运输穿过所述装置(5)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个感应器(6)仅布置在薄膜材料(1)的一个侧面(12、13)上或者布置在第一侧面(12)和相对置的第二侧面(13)上。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个感应器(6)如此运行，使得所述涂层(3)和所述载体材料(2)彼此不同地被加热。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述薄膜材料(1)至少沿输送方向(8)被运输穿过所述装置(5)，并且其中，利用至少一个感应器(6)，在薄膜材料(1)中在横向于输送方向(8)延伸的第一方向(14)上或沿输送方向(8)产生温度梯度。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述装置(5)包括多个能够彼此独立运行的感应器(6)，从而产生用于加热的彼此不同的温度场(15、16)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过对所述涂层(3)的受控的加热，在所述涂层(3)中能够产生裂纹(17)和/或微孔，所述裂纹和/或微孔从所述涂层(3)的表面(24)开始至少朝载体材料(2)延伸。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过至少一个感应器(6)磁化所述涂层(3)的成分(4)的至少一部分，并且被磁化的成分(4)通过沿输送方向(8)置于后方的、非定向的第三交变电磁场(18)被再次去磁。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述载体材料(2)是至少部分导电的导体薄膜，并且所述涂层(3)是浆料，其中，所述浆料包括至少一种活性材料、导电炭黑、粘合剂和溶剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过至少一个感应器(6)实现至少在浆料中作为颗粒或纤维存在的导电炭黑的有针对性的空间取向。
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