CN117239349A - 生产用于电池电芯的固体隔膜的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生产用于电池电芯的固体隔膜的方法和装置。本发明涉及生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其包括以下：‑供应基底(30)，‑将包含固体电解质(80)的前体、聚合物粘合剂和溶剂的陶瓷固体隔膜的浆料(32)施加到基底(30)上，‑干燥涂有浆料(32)的基底(34)，以形成干燥涂层(82)，和‑烧结基底(30)的干燥涂层(82)，其中通过耦合来自表面发射器(40、42、44、46、48、50、64、66)的高能辐射(68)，将干燥涂层(82)加热到用于烧结涂层(82)的工艺温度TP，并形成陶瓷固体隔膜(80)。本发明还涉及生产此类用于电池电芯的固体隔膜(80)的装置。
Description
技术领域
本发明涉及根据独立专利权利要求的前序部分的生产用于电池电芯的固体隔膜的方法和装置。
背景技术
可再充电电化学存储系统在日常生活的许多领域变得越来越重要。高容量的储能装置，例如锂离子(Li离子)电池和电容器用于越来越大量的应用，包括便携式电子产品例如移动电话或笔记本电脑、医疗和实验室技术、用于可再生能源存储的并网大型储能器、不间断供电(USV)和电动汽车。由于电动汽车和电网储能的市场快速发展，高性能、低成本的锂离子电池是目前大规模储能器最有前景的选项之一。
在这些应用的每个中，储能装置的充电/放电时间和容量是关键参数。此外，此类储能装置的尺寸、重量和/或成本也是重要参数。此外，高性能需要低内阻。电阻越低，储能装置在输送电能时面临的限制就越少。例如，在电池的情况中，内阻通过减少电池存储的有用能量的总量以及电池提供高电流的能力来影响性能。此外，锂离子电池应最好地实现所需的容量和所需的循环。然而，以目前的形式，锂离子电池通常缺乏用于这些不断增长的应用的能量容量和充电/放电循环数量。
锂离子电池通常由隔膜、阴极和阳极组成。目前，电极通过将活性电池电极材料、导电剂和粘合剂的细粉分散在合适的溶剂中制成。可将分散体施加到集流体，例如铜或铝金属膜上，然后在升高的温度下干燥以除去溶剂。然后将阴极片和阳极片堆叠或卷起，其中隔膜将阴极和阳极隔开，以形成电池。
在世界各地，研究人员都在致力于研发电动汽车的新一代电池。在此，最有前途的是固体电池，其已几乎批量生产并为用于电动汽车中提供许多优点。与已知的锂离子电池相比，固体电池提供更高的能量密度，因此可以将电池制造得更小或在相同尺寸的情况下更高性能，提供还更高的安全性，并且可以更快充电。
理想情况下，固体电池不需要冷却回路，而具有液体电解质的锂离子电池需要。这节省空间和重量。它们可以实现明显更多的充电循环，不会自身分解或过热，并提供更均匀的电流分布。此外，它们可以用非常薄的电解质层构建，这些电解质层也很柔性。
此类固体电池的生产复杂，在电芯生产领域的特点是需要大量精确的组装步骤。由于生产复杂，废品率明显增加，此外，制造过程的稳健性和制成的固体电池的电池电芯的安全性下降。因此，通过简化生产，可以制造更生态、更经济以及更安全的产品。特别地，固体隔膜的生产耗时、耗能，因此昂贵。通常，这类固体隔膜由单片制成，其中载体材料涂有浆料或粉末。然后，将载体材料和涂层的复合件干燥并除去载体材料，由此形成固体隔膜的坯件。然后，将坯件在烧结过程中进一步加工以产生成品固体隔膜。由于生产从单片进行，此外在对固体隔膜进行涂覆、干燥和烧结时也需要增加的操作花费。
CN 112968217A1公开了将正电极材料固定到固体电解质上的方法。在将正电极材料施加到无机固体电解质上之后，对无机固体电解质进行选择性激光熔化/烧结方法。在此，正电极材料和固体电解质通过快速退火而紧密物理接触，由此可以在非常短的时间内获得与固体电解质稳定接合的致密正电极材料。
DE 102018130962A1公开了由至少基本金属和/或陶瓷的起始材料提供颗粒材料的方法，其包括以下步骤：a)通过将能量引入到起始材料中以蒸发起始材料并然后至少部分地冷凝该蒸发的起始材料，由起始材料产生颗粒材料；b)在至少一个接收和/或运输单元中收集颗粒材料；c)在接收和/或运输单元中接收颗粒材料，以使其可用于后续工艺；d)为后续工艺提供该颗粒材料。
DE 102012217309A1公开了用于电池电芯的层状复合件，其具有由传导氧离子的固体电解质制成的层和由传导氧离子和电子的陶瓷传输层制成的针状或小丘状结构。在此，该针状或小丘状结构位于由传导氧离子的固体电解质制成的层上。该针状或小丘状结构被存储电极层覆盖。
发明内容
本发明的目的现在是简化用于电池电芯的固体隔膜的生产并提高生产的能量效率和生产速度。
该目的通过生产用于电池电芯的固体隔膜的方法来实现，其包括以下：
-供应基底，优选导电基底，
-将包含固体电解质、聚合物粘合剂和溶剂的陶瓷固体隔膜的浆料施加到基底上，
-干燥涂有浆料的基底，以形成干燥涂层，和
-烧结基底的干燥涂层，其中通过耦合来自表面发射器的高能辐射，将涂层加热到用于烧结涂层的工艺温度TP。
在此，浆料应理解为用于生产陶瓷产品的液体、糊状至粘稠的溶剂-矿物混合物。在本专利申请的上下文中，干燥应理解为通过挥发或蒸发从湿浆料中完全或部分去除液体。在此上下文中，烧结应理解为加热细晶粒陶瓷材料，但是其中烧结过程的温度保持在低于主要组分的熔化温度，以使得工件的形状除了工艺所致的收缩外得以保持。在此上下文中，表面发射器应理解为激光二极管，其中光垂直于半导体芯片的平面照射出来，这与传统激光器的辐射状发射相反。
根据本发明的方法能够以特别简单、快速且成本低廉的方式制造固体隔膜。在此，浆料在基底的整个表面上强烈且均匀地干燥，然后烧结，由此可以实现固体隔膜的特别均匀的结构。固体隔膜对锂离子的电导率高，也称为固体电解质。
通过从属权利要求中列出的附加特征，可以对独立权利要求中给出的生产用于电池电芯的隔膜的方法进行有利的改进和进一步发展。
在本发明的优选实施方案中规定，表面发射器包括VCSEL矩阵。VCSEL矩阵使能量能够均匀地耦合到一个平面，在此是基底的涂层，以实现均匀高热量输入到涂层中并将其干燥和烧结。通过单个VCSEL矩阵单元或存在于复合件中的VCSEL矩阵单元的性能控制，可以将加热以静态或动态的方式进行适配，以使得在基底的涂层表面上产生时间和空间均匀且稳定的温度形貌。
在本发明的另一优选实施方案中规定，将基底以带材或膜材的形式供应。通过供应带状或膜材，可以特别简单且成本低廉地生产隔膜。特别地，可以在连续工艺中进行基底和浆料的加工，由此可以提高隔膜的生产速度，因为可以省去用于涂覆基底、装载干燥炉或装载烧结炉的人工操作花费。
在本发明的一个优选实施方案中规定，对基底的两个表面涂覆浆料，以使得在基底的两个表面上形成陶瓷固体隔膜。两侧涂覆是特别有利的，因为由此可以同时生产两层固体隔膜。由此可以提高工艺速度并且进一步改进生产固体隔膜时的生产率。
根据该方法的一个有利的实施方案规定，固体隔膜材料与基底以材料配合的形式接合。这种以材料配合的形式的接合使得特别是在其中在充电过程中通过锂沉积原位形成阳极的固体电池的情况下能够在该阳极上相应地形成电流导体。在此，固体隔膜实现固体电解质的功能，而基底实现阳极的电连接。
在此，特别优选的是，具有烧结涂层的基底在烧结过程之后短暂地加热到高于熔化温度，由此使基底至少部分地夹紧固体隔膜和/或固体隔膜至少部分地被熔化基底包围。通过短暂加热到高于熔化温度，可以改进固体隔膜与基底的连接。特别地，通过短暂熔化，金属导电基底和固体隔膜之间的界面电阻可以降低。此外，通过短暂熔化，可以瓦解基底和/或烧结涂层中的固有应力，以改进隔膜的耐用性并降低隔膜在电池的后续运行中受到机械或热损坏的风险。此外，通过基底的部分熔化，可以形成固体隔膜和基底之间的机械夹紧。任选地或附加地，固体隔膜可以至少部分地被熔化的基底包围。由此可以在基底和固体隔膜之间形成特别牢固的接合。
在该方法的一个有利的实施方案中规定，固体隔膜的干燥过程、烧结过程和/或冷却过程在工艺气氛下进行。通过工艺气氛，可以避免在固体隔膜的干燥、烧结和/或冷却过程中发生不希望的化学副反应。由此可以提高固体电池的能量密度并且降低对机械损坏，尤其是固体隔膜破裂的敏感性。
在此特别优选的是，为了干燥经涂覆的基底，感应加热基底并且还供应干燥空气和/或工艺气体。在此，在工艺室中营造出基本上不含水蒸气的气氛，以避免在浆料干燥和烧结过程中发生副反应。基本上不含水的气氛在此应理解为露点低于-20℃，优选低于-40℃，特别优选低于-65℃的气氛。替代地或附加地，气氛还可以包含工艺气体，特别是惰性气体例如氮气，其防止水蒸气在回火过程中与浆料发生反应。替代地，也可以使用反应性工艺气体，其建立扩散平衡并防止锂从浆料中扩散出来。
在该方法的一个有利实施方案中规定，通过表面发射器来干燥经涂覆的基底。通过用表面发射器来干燥和烧结基底，可以特别容易地控制该生产方法。替代地，也可以使用另一种已知技术，特别是使用干燥炉进行干燥。
根据该方法的一个有利实施方案规定，干燥在低于浆料的烧结温度的稳态温度下进行。因此，可以在干燥时调节坯件，即烧结过程之前的经涂覆的基底的孔隙率，以实现所需的机械和电化学性能。
在该方法的一个优选实施方案中规定，干燥涂层的层厚度为0.1μm至50μm，优选1μm至20μm，特别优选2μm至10μm。由此可以形成薄的、但机械上足够稳定且足够电绝缘的隔膜层。薄的隔膜层使得在相同的安装空间中实现电芯堆叠体的更密集堆叠，由此可以提高固体电池的功率密度。
在该方法的另一有利实施方案中规定，表面发射器的辐射的波长为10nm至20000nm，优选10nm至1800nm，特别优选100nm至1600nm，特别是300nm至1500nm。
波长取决于表面发射器和固体电解质的类型。10nm至1800nm的波长在此是特别有利的，以干燥基底上的浆料和烧结干燥涂层。在具有该波长的表面发射器的情况下，干燥涂层特别好地吸收能量，以使得表面发射器的能量可以特别有效地耦合到基底的涂层中。由此实现特别有效的烧结过程。
在本发明的一个优选实施方案中规定，金属导电基底是铜膜、镍膜或由两个或更多个金属层制成的复合膜，尤其是涂有镍的铜膜。铜膜和镍膜特别合适，因为它们的熔点高于浆料或基底的干燥涂层的烧结温度。由此防止基底在烧结过程中自行熔化，以及干燥涂层不被基底充分支撑。
因为铜比镍具有更高的热导率和电导率，铜原则上优选作为导电基底。然而，由于镍和铜的不同形态，可能有利的是，用镍涂覆铜膜以将两种材料的优点组合。
在该方法的一个优选实施方案中规定，固体隔膜的浆料是对锂离子具有高传导性的结晶电解质。
在此特别优选的是，固体隔膜的浆料是氧化物型离子传导材料，优选氧化物型锂离子传导陶瓷或玻璃陶瓷，特别是锂镧锆氧化物(LLZO)、锂铝钛磷酸盐、钛酸锂镧或衍生物。锂镧锆氧化物提供优于元素锂的优点，即它在化学和机械方面特别稳定。
在该方法的一个优选实施方案中规定，固体隔膜具有NASICON结构。NASICON的合适的锂类似结构特别包括式LiM2(PO4)3的磷酸锂，其中M是选自Ti、Ge、Zr、Hf或Sn的基本元素。为了增加离子电导率，可以对磷酸锂进行掺杂，其中Al、Cr、Ga、Fe、Sc、In、Lu、Y和La优选用作掺杂剂。特别优选的是掺杂有La、Ti或Al的LiZr2(PO4)3(LZP)；LiTi2(PO4)3(LTP)；Li1+ xAlxTi2-x(PO4)3，其中x＝0.3-0.5(LATP)；Li1+xAlxGe2-x(PO4)3，其中x＝0.4-0.5(LAGP)和Li1.4Al0.4Ge0.2Ti1.6(PO4)3LAGTP。
在该方法的另一个优选实施方案中规定，固体隔膜具有LISICON结构。LISICON是锂超离子导体(Lithium Super Ionic Conductor)的首字母缩写词，最初是指化学式Li2+ 2xZn1-xGeO4的一族矿物。具有LISICON结构的固体隔膜还能够额外接收锂，并且可以提供这种锂用于固体电池的电池电芯中的功能。
在该方法的另一优选实施方案中规定，固体隔膜具有石榴石结构。在结构上来看，石榴石是通用组成X3Y2(SiO4)3的原硅酸盐，其以立方晶系的形式结晶，其中X和Y分别代表八重和六重配位阳离子位点。各个SiO4四面体经由间隙B阳离子通过离子键相互连接。含有过量锂的类石榴石化合物是良好的锂离子导体。具有类石榴石结构的离子导体的特别合适的实例是锂镧锆氧化物Li7La3Zr2O12(LLZO)和钛酸锂镧锆Li6.6La3Zr1.6Ta0.4O12。
在该方法的另一个优选实施方案中规定，固体隔膜具有硫银锗矿结构。硫银锗矿是化学组成Ag8GeS6的具有正交晶系的矿物。该术语在此用于具有类似晶系的锂离子导体。实例包括Li7-xZCh6-xXx，其中x＝0至1，Z＝P或As，Ch＝S或Se且X＝Cl、Br或I。特别优选的是Li硫银锗矿Li6PS5(X＝Cl、Br和I)、Li7PS6和Li7PSe6和Li6.6P0.4Ge0.6S5I。还可以在该晶系中接收额外的锂，其然后可以在对具有这类电解质的电池电芯充电时被释放用于阳极的沉积。
在该方法的另一个优选实施方案中规定，固体隔膜具有钙钛矿结构。钙钛矿的特别合适的代表是钛酸锂镧(LLTO)，其中钙钛矿结构中的空位实现高电导率。
替代地，有利地规定，固体电解质是硫化物型固体电解质。通过具有不同于上述结构类型之一的结构的硫化物型固体电解质，也可以实现高离子电导率。实例是离子导体Li10GeP2S12(LGPS)和由其衍生的具有LGPS结构的离子导体，例如Li10SiP2S12。此外，可以使用在结构上与LISICON类似、但化学组成不同的矿物，其中氧被硫替代(硫代LISICON)。合适的硫基固体电解质包括例如Li2S-P2S5-X体系(X＝SiS2、GeS2、LiI、P2S3、P2Se5、P2O5或不添加)。
硫基固体电解质的另一个实例是β-Li3PS4。此外，二元硫化物型玻璃，例如Li2S-P2S5、Li2S-SiS2和Li2S-GeS2也特别适合用作固体电解质。实例包括77.5Li2S-22.5P2S5、LiI-Li2S-P2S5、80Li2S-20P2S5和70Li2S-29P2S5-1P2O5。
在该方法的一个有利的实施方案中规定，具有烧结涂层的基底以带材的形式被输出。由此可以在涂覆、干燥和烧结时实现特别简单的工艺控制，其中可以将具有烧结涂层的基底卷绕到接收装置，特别是辊、套筒或滚筒上，以能够以简单的方式和类型供应到电池生产时的进一步制造步骤。替代地，也可以在烧结过程之后将烧结的基底切割成所需隔膜的形状，并作为可堆叠的货品供应到电池生产时的下一个工艺步骤。
本发明的另一部分方面涉及生产这种用于电池电芯的固体隔膜的装置。该装置包括用于供应基底，特别是导电基底的设备，用于将固体隔膜的浆料施加到基底上的设备，用于干燥涂有浆料的基底以形成干燥涂层的设备，和用于烧结基底的干燥涂层的设备，其中该用于烧结的设备具有至少一个表面发射器，其用于将干燥涂层加热到用于烧结涂层的工艺温度TP。
在该装置的一个有利的扩展方案中规定，用于干燥和/或烧结基底的涂层的设备包括多个串联连接的表面发射器。由此可以特别简单地控制涂层中的温度。此外，在连续进行的过程中，可能需要使用多个表面发射器，以加热干燥涂层足够长的时间以完成烧结过程。
在该装置的另一个改进方案中规定，用于干燥和/或烧结基底的涂层的设备包括多个表面发射器，其中这些表面发射器的至少两个布置在基底的不同侧。由此可以将热量均匀输入到基底中。这使得能够非常均匀地干燥，由此产生经涂覆和干燥的基底的基本均匀的结构。此外，两侧加热使得粘合剂能够从浆料的中间迁移到达表面，由此可以改进隔膜的电化学性能。
在该装置的一个有利实施方案中规定，用于将浆料施加到基底上的设备包括狭缝喷嘴。通过狭缝喷嘴，可以特别温和且毫不费力地将浆料施加到基底上。由此减少对基底的应力。
替代地或另外地，有利地规定，用于施加浆料的设备包括用于涂覆基底的辊。用辊将浆料涂覆到基底上使得能够以特别简单且成本低廉的方式和类型涂覆基底。
在此特别优选的是，用于施加的设备具有两个反向涂覆辊，其将浆料施加到基底的至少一个表面，优选基底的两个表面上。通过两个反向辊，可以将浆料薄层特别均匀地施加到基底上。
除非在个别情况下另有说明，否则本申请中提及的本发明的各种实施方案可以有利地相互组合。
附图简述
下面参考相关附图在实施例中解释本发明。显示了：
图1根据本发明的生产用于电池电芯的固体隔膜的装置的一个优选实施例；
图2根据本发明的生产用于电池电芯的固体隔膜的装置的另一个优选实施例；
图3用于通过表面发射器进行干燥和烧结的涂有固体隔膜的基底；和
图4用于实施根据本发明的生产用于电池电芯的固体隔膜的方法的流程图。
具体实施方式
图1显示了生产用于电池电芯的固体隔膜80的装置10。装置10包括用于供应金属导电基底30的设备12、14，其包括第一接收装置12，特别是辊、夹紧套筒上的心轴或滚筒，金属导电基底30以带材或膜材36的形式卷绕在其上，并供应到装置10的进一步部件。用于供应的设备还包括第一偏转辊14，其用于将金属导电基底偏转并供应到加热区22以干燥和随后烧结。
装置10还包括用于将固体隔膜的浆料32施加到金属导电基底30上的设备20。为此提供第一施加单元20，以将固体隔膜的浆料32施加到金属导电基底30的第一侧。施加单元20具有一对反向辊26，其将基底30在一个表面上用浆料32涂覆。固体隔膜的浆料32包含溶剂、固体电解质和聚合物粘合剂。基底30特别是铜膜、镍膜或包含铜膜和/或镍膜以及另外其它金属层的复合膜。作为反向辊26的替代方案，浆料32也可以不同的方式和类型施加到基底30上，特别是通过一个或多个狭缝喷嘴。
装置10还包括用于干燥经涂覆的基底34的设备40、42、44。该设备包括干燥单元，该干燥单元包括一个或多个表面发射器40、42、44。干燥单元可以还包括一个或优选多个工艺气体喷嘴52、54，其用于将干燥空气或工艺气体吹入干燥单元中。在该实施例中，表面发射器40、42、44布置在经涂覆的基底34的面向浆料32的一侧。表面发射器40、42、44各自包括激光单元64，其形成VCSEL矩阵66并因此使高能激光辐射68能够耦合到基底30的涂层中。
装置10还包括用于烧结基底30的干燥涂层82的设备46、48、50，特别是烧结单元，其在工艺方向上连接到用于干燥经涂覆的基底34的设备40、42、44。在此，用于烧结的设备46、48、50特别包括其它表面发射器46、48、50，它们也布置在基底30的面向涂层82的一侧。
用于烧结的设备46、48、50特别被设置用于将干燥的经涂覆的基底34的温度从用于干燥的稳态温度TB开始进一步加热到优选1000℃至1200℃的烧结温度TS。在烧结单元中可以布置另外的工艺气体喷嘴56、58，以也向烧结单元供应干燥空气或工艺气体，以优化烧结过程。用于烧结的设备46、48、50也可以被设置用于在烧结之后将具有烧结涂层38的基底30短暂加热到高于烧结温度的温度TL，特别是加热到超过1200℃的温度，以短暂实现金属导电基底30和烧结涂层38之间的连接点处的熔化，由此可以降低经烧结的基底38中的固有应力并可以减少金属导电基底30与固体隔膜80之间的过渡电阻。用于烧结的设备46、48、50也被设计为表面发射器46、48、50，并且各自包括激光单元64，其形成VCSEL矩阵66并且因此使得高能激光辐射68能够耦合到基底30的干燥涂层82中，以烧结该涂层82。
用于干燥的设备40、42、44和用于烧结的设备46、48、50可以布置在共同的加热区22中，该加热区形成工艺室60，该工艺室充满工艺气体，并且在该工艺室中通过工艺气体形成工艺气氛62。此外，支撑辊24可以布置在加热区22中，以在干燥和/或烧结时支撑基底30。
装置10还包括第二偏转辊16，其用于将固体隔膜80从加热区22输出，并供应到第二接收装置18，特别是另一辊、滚筒或心轴上的套筒，在其上可以卷绕具有烧结涂层38的基底30以进行进一步加工。
装置10还包括具有存储单元72和计算单元74的控制器70。用于控制该装置和用于执行根据本发明的方法的机器可读程序代码76存储在存储单元72中。在此，控制器70被设置成用于在通过计算单元74执行机器可读程序代码76时用所述装置10执行根据本发明的生产固体隔膜80的方法。
在图2中显示了生产固体隔膜80的装置10的另一个实施例。在与图1中所示基本相同的结构的情况下，在该实施例中，基底30在两侧涂有浆料32。为此，装置10具有用于将固体隔膜的浆料32施加到金属导电基底30上的设备20、84。在基底30的第一表面上提供第一施加单元20，以将固体隔膜的浆料32施加在金属导电基底30的第一侧上。用于施加浆料32的设备20还包括第二施加单元84，以将固体隔膜的浆料32施加到金属导电基底30的第二侧上。装置10还包括用于干燥和烧结经涂覆的基底34的设备40、42、44、46、48、50、64、66。表面发射器40、42、44、46、48、50优选地布置在引导通过干燥单元的经涂覆的基底34的两侧，即在经涂覆的基底34的上方和下方。特别优选地，在工艺方向上，通过经涂覆的基底34的两侧上的干燥单元和烧结单元，分别交替地布置用于加热涂层82的表面发射器40、42、44、46、48、50和用于吹入干燥空气或工艺气体的工艺气体喷嘴52、54、56、58。
图3显示了在干燥过程和随后的烧结过程中涂有浆料32的基底34。在此，金属导电基底30，优选膜36，特别是铜膜或镍膜或包含铜膜和/或镍膜和另外其它金属层的复合膜优选地至少在一侧上涂有固体隔膜的浆料32。在此，在浆料32或由浆料32形成的涂层82上布置表面发射器40，特别是用于发射高能激光辐射68的具有VSCEL矩阵66的激光单元64，以通过激光辐射68加热金属导电基底30并干燥浆料32。以此方式和类型，涂层82在基底30上干燥，该涂层在后续工艺步骤中通过图1或图2中所示的其它表面发射器42、44、46、48、50加热和烧结，以使得烧结涂层38形成在基底30上，其可以材料配合的形式与金属导电基底30接合。
图4显示了用于实施根据本发明的生产用于电池电芯的固体隔膜80的方法的流程图。在第一方法步骤<100>中，将优选金属的导电基底30供应到涂覆过程。这优选地以带材的形式进行，其从装置10的第一接收装置12，特别是辊展开。在方法步骤<110>中，使用第一施加单元20将固体隔膜的浆料32施加到基底30的第一侧上。随后，在方法步骤<120>中，可以使用第二施加单元84将固体隔膜的另一浆料32施加到基底30的第二侧上。浆料32在基底30的两侧上的施加也可以并行地进行。在该方法的简化实施方案中，基底30也可以仅在一侧涂有浆料，因此可以省略方法步骤<110>或<120>之一。
在方法步骤<130>中，将涂有浆料32的基底34供应到加热区22，其包括干燥单元和烧结单元。干燥单元和烧结单元优选地一起布置在共同的外壳中，以使得经涂覆的基底34连续地首先在方法步骤<140>中通过表面发射器40、42、44、46、48、50、64、66的辐射68加热基底30并在此干燥基底30的涂层82。在干燥之后的方法步骤<150>中，通过所述一个或多个表面发射器40、42、44、46、48、50、64、66加热基底30和浆料32的干燥涂层82，烧结经涂覆的基底34，以使得形成基底30的机械稳定的烧结涂层38。
在进一步的方法步骤<160>中，可以将基底30短暂地加热到高于熔化温度，由此导致基底30和烧结涂层38之间的连接区域熔化，由此可以降低过渡电阻和固有应力。由此既可以提高固体隔膜80的机械强度、又可以提高其热稳定性。
附图标记列表
10 装置
12 第一接收装置
14 第一偏转辊
16 第二偏转辊
18 第二接收装置
20 第一施加单元
22 加热区
24支撑辊
26反向辊
28狭缝喷嘴
30基底
32浆料
34经涂覆的基底
36膜
38烧结涂层
40第一发射器
42第二发射器
44第三发射器
46第四发射器
48第五发射器
50另一发射器
52第一工艺气体喷嘴
54第二工艺气体喷嘴
56第三工艺气体喷嘴
58另一工艺气体喷嘴
60工艺室
62工艺气氛
64激光单元
66VCSEL矩阵
68激光辐射
70控制器
72存储单元
74计算单元
76机器可读程序代码
80固体隔膜
82干燥涂层
84第二施加单元。
Claims (15)
1.生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其包括：
-供应基底(30)，
-将包含固体电解质、聚合物粘合剂和溶剂的陶瓷固体隔膜的浆料(32)施加到基底(30)上，
-干燥涂有浆料(32)的基底(34)，以形成干燥涂层(82)，和
-烧结基底(30)的干燥涂层(82)，其中通过耦合来自表面发射器(40、42、44、46、48、50、64、66)的高能辐射(68)，将涂层(82)加热到用于烧结涂层(82)的工艺温度TP。
2.根据权利要求1所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其特征在于，所述表面发射器(40、42、44、46、48、50)包括VCSEL矩阵(66)。
3.根据权利要求1或2所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其特征在于，所述基底(30)以带材或膜材(36)的形式提供。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其中对所述基底(30)的两个表面涂覆浆料(32)，以使得在基底的两个表面上形成陶瓷固体隔膜(80)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其中所述固体隔膜(80)与所述基底(30)以材料配合的形式接合。
6.根据权利要求5所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其中在烧结过程之后将具有烧结涂层(38)的基底(30)短暂地加热到高于熔化温度，由此使得基底(30)至少部分地夹紧固体隔膜(80)和/或固体隔膜(80)至少部分地被熔化的基底(30)包围。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其中所述固体隔膜(80)的干燥过程、烧结过程和/或冷却过程在工艺气氛下进行。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其中通过表面发射器(40、42、44、46、48、50、64、66)干燥经涂覆的基底(34)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其中所述干燥涂层(82)的层厚度为0.1μm至50μm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其中所述表面发射器(40、42、44、46、48、50、64、66)的辐射(68)的波长为10nm至20000nm。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的方法，其中所述基底(30)为铜膜、镍膜或由两个或更多个金属层制成的复合膜。
12.通过根据权利要求1至11中任一项的方法生产的用于电池电芯的固体隔膜(80)。
13.生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的装置，其包括
-用于供应基底(30)的设备(12、14)，
-用于将固体隔膜的浆料(32)施加到基底(30)上的设备，
-用于干燥涂有浆料(32)的基底(30)以形成干燥涂层(82)的设备(40、42、44、46、48、50、64、66)，
-用于烧结基底(30)的干燥涂层(82)的设备(40、42、44、46、48、50、64、66)，其中设备(40、42、44、46、48、50、64、66)具有至少一个表面发射器(40、42、44、46、48、50、64、66)，其用于将干燥涂层(82)加热到用于烧结涂层(82)的工艺温度TP。
14.根据权利要求13所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的装置，其中用于干燥和/或烧结基底(30)的涂层的设备(40、42、44、46、48、50、64、66)包括多个串联连接的表面发射器(40、42、44、46、48、50)。
15.根据权利要求13或14所述的生产用于电池电芯的固体隔膜(80)的装置，其中用于干燥和/或烧结基底(30)的涂层的设备(40、42、44、46、48、50、64、66)包括多个表面发射器(40、42、44、46、48、50)，其中这些表面发射器(40、42、44、46、48、50)的至少两个布置在基底(30)的不同侧。
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