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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Dicke einer mit einem Nassbeschichtungsverfahren auf einem Substrat aufgebrachten Schicht, wobei die Schicht nach dem Aufbringen getrocknet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei der Beschichtung von Substraten mit einem Material ergibt sich häufig das Erfordernis, eine gleichmäßige Schicht mit einer vorgegebenen Dicke zu erzeugen. So ist beispielsweise bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Batteriezellen die Qualität der Beschichtung der Elektroden mit dem Aktivmaterial von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Batteriezellen. Insbesondere die Kapazität der Batteriezellen und deren Streuung sind abhängig von einer gleichmäßigen Schichtdicke sowie von einer nur gering um ihren Sollwert streuenden Schichtdicke. Bei der Elektrodenbeschichtung wird das Aktivmaterial der Elektrode in Form einer sogenannten Slurry (ein fließfähiger Brei) nass auf die Trägerfolien der Elektroden aufgebracht. Bei Lithium-Ionen-Batteriezellen wird für die Anode häufig ein Material basierend auf natürlichen und/oder synthetischen Graphiten und bei der Kathode ein Material basierend auf der Kombination verschiedener Lithium-Metall-Oxide aufgebracht.
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Für das Beschichten der Substrate werden die Aktivmaterialien in einem Mischprozess unter Beigabe von Lösungsmitteln zu der Slurry aufbereitet. Im Falle der Fertigung von Lithium-Ionen-Batteriezellen wird für das Anodenmaterial üblicherweise ein wasserbasiertes Lösungsmittel eingesetzt und bei der Fertigung der Kathode ein Lösungsmittel auf Basis von N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) verwendet. Bei der Elektrodenfertigung kommt als Substrat eine Trägerfolie zum Einsatz, die bei der Anode üblicherweise aus Kupfer und bei der Kathode üblicherweise aus Aluminium besteht. Die Foliendicke liegt dabei im Bereich von etwa 10 µm. Die Schichtdicke des Materials, welches auf die Folie aufgebracht wird, ist abhängig von der Auslegung der Batteriezellen und liegt beispielsweise zwischen etwa 20 µm und 200 µm.
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Nach dem Nassbeschichten des Substrats wird dieses in einem Trockenofen getrocknet, damit das Lösungsmittel aus dem beschichteten Material ausdampfen kann. Das Beschichtungsverfahren läuft üblicherweise kontinuierlich von Rolle zu Rolle ab, wobei die Länge des Trockenofens, abhängig von der Produktionsgeschwindigkeit, üblicherweise zwischen 10 m und 30 m beträgt.
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Nach dem Trocknen wird die Dicke der aufgebrachten Schicht gemessen. Sollen beide Seiten des Substrats mit Material beschichtet werden, kann das Substrat anschließend einem weiteren Beschichtungsschritt zugeführt werden. Die Dicke der aufgebrachten Schicht ist von einer Vielzahl von Prozessparametern abhängig, wie beispielsweise der Konsistenz der Slurry, dem Druck, mit dem das Material dem Spritzkopf, mit dem dieses auf dem Substrat aufgebracht wird, zugeführt wird, der Geometrie der Düsen im Spritzkopf und der Transportgeschwindigkeit des Substrats. Werden am Ende des Produktionsprozesses von der vorgegebenen Soll-Schichtdicke abweichende Schichtdicken gemessen, werden ein oder mehrere Prozessparameter angepasst, um die Dicke der aufgebrachten Schicht zu korrigieren, so dass die tatsächliche Schichtdicke möglichst in einem Fenster von ±1 µm um den vorgegebenen Sollwert liegt.
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Aus
CN 102125907 ist eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mit Aktivmaterialien zur Fertigung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batteriezellen bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Beschichtungseinrichtung und einen Trockner sowie zwei Messeinrichtungen und ein Steuergerät. Die erste Messeinrichtung ist vor der Beschichtungsvorrichtung angeordnet und dient zum Messen einer Dicke einer in einem vorangegangenen Beschichtungsschritt aufgebrachten Schicht. Die zweite Messeinrichtung ist nach dem Trockner angeordnet und misst die Schichtdicke auf dem fertigen getrockneten Substrat. Die Messwerte der beiden Messeinrichtungen werden vom Steuergerät genutzt, um die Beschichtungsvorrichtung zu regeln. Dabei wird abhängig von den gemessenen Schichtdicken die Zufuhr an Beschichtungsmaterial gesteuert.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass über die vorgesehene Messeinrichtung, auf die Breite des Substrats bezogen, die Schichtdicke nur an einer einzigen Messposition ermittelt wird. Ein zeitgleiches Messen der Schichtdicke verteilt über die gesamte Breite des Substrats ist nicht möglich. Dies wird anhand der 1 verdeutlicht. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer üblichen Beschichtungsvorrichtung. Dabei wird in der Beschichtungsvorrichtung 10 ein Substrat 12 in Transportrichtung 14 bewegt. Das Substrat 12 passiert dabei einen Spritzkopf 20, durch den eine Schicht 18 auf das Substrat 12 aufgebracht wird. Nach der Beschichtung durchläuft das Substrat 12 einen Trockner 30. Nach dem Trockner 30 ist ein Messkopf 32 angeordnet, über den die Dicke der aufgebrachten Schicht 18 ermittelt werden kann. Um Informationen über die Dicke der aufgebrachten Schicht 18 über die gesamte Breite des Substrats 12 zu erhalten, wird der Messkopf 32, wie mit dem Pfeil mit Bezugszeichen 36 angedeutet, über die Breite des Substrats 12 bewegt. Der Bereich auf dem Substrat 12, in dem eine Messung der Schichtdicke erfolgt ist, ist in der Darstellung gemäß 1 mit der Linie 40 markiert. Daraus ist ersichtlich, dass bei einer konstanten Verfahrgeschwindigkeit des Messkopfs 32 ein dreieckförmiger Verlauf der Schichtdickenmessung erfolgt. Eine zeitgleiche Messung der Schichtdicke über die gesamte Breite der Elektrode ist nicht möglich. Des Weiteren kann keine Information über den zeitlichen Verlauf an einer, auf die Breite des Substrats bezogenen, festen Positionen ermittelt werden, da die Position des Messkopfs 32 zeitlich variiert wird. Dadurch wird eine automatisierte Regelung der Schichtdicke, welche in der Regel ein zeitkontinuierliches Signal voraussetzt, erschwert.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zur Überwachung der Dicke einer mit einem Nassbeschichtungsverfahren auf einem Substrat aufgebrachten Schicht vorgeschlagen, wobei die Schicht nass aufgetragen wird und die Schicht nach dem Aufbringen getrocknet wird, wobei die Nassschichtdicke vor dem Trocknen an mindestens zwei über die Breite des Substrats verteilten Messpositionen gemessen wird und eine von der jeweiligen Messposition abhängige Regelung des Auftrags in Abhängigkeit der gemessenen Schichtdicke erfolgt.
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Die Beschichtungsvorrichtung umfasst dabei einen Spritzkopf, mit dem Material auf das Substrat aufgebracht werden kann. Das Material ist in einem Lösungsmittel gelöst, welches anschließend in einem Trockner verdampft wird. Zur Messung der Dicke der aufgebrachten Schicht werden über die Breite des Substrats gesehen mehrere Messeinrichtungen angeordnet, mit denen die Schichtdicke ermittelt werden kann. Diese Messeinrichtungen sind stationär angeordnet und liefern ein Messsignal, welches zur Regelung des Schichtauftrags genutzt wird. Die Regelung erfolgt dabei bevorzugt abhängig von der jeweiligen Position der Messeinrichtung in Bezug auf die Breite des Substrats, so dass beispielsweise in einer Situation, in der ein über die Breite des Substrats ungleichmäßiger Auftrag erfolgt, eine Korrektur möglich ist.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Regelkreis verwendet, der als Eingangsgrößen eine Soll-Schichtdicke und eine gemessene Schichtdicke umfasst und als Ausgangsgröße ein Steuersignal für mindestens eine Regelgröße des Nassbeschichtungsverfahrens generiert.
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Der Regelkreis kann über ein Regelgerät umgesetzt sein, wobei jeder dem Fachmann bekannte Regler eingesetzt werden kann, beispielsweise ein PID (Proportional-Integral-Differenzial)-Regler, ein PI-Regler oder auch ein einzelner Proportional- oder Integral-Regler.
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Die durch den Regler beeinflussten Regelgrößen des Nassbeschichtungsverfahrens umfassen beispielsweise die Geschwindigkeit, mit der das Substrat unter dem Spritzkopf vorbeigeführt wird, den Druck des Materials im Spritzkopf, die Geometrie von Düsen des Spritzkopfs und die Zusammensetzung des aufgebrachten Materials.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Spritzkopf mindestens eine Düse, wobei der Druck des Beschichtungsmaterials in der Düse des Spritzkopfs geregelt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Spritzkopf mehrere Düsen, wobei jede Düse des Spritzkopfs unabhängig von den anderen Düsen geregelt wird. Dabei wird in einer Ausführungsform der Erfindung zur Regelung einer Düse des Spritzkopfs eine Messposition dieser Düse zugordnet.
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Für die unabhängige Regelung der Düsen kann jeder Düse ein eigener Regelkreis zugeordnet werden, der einen oder mehrere Parameter des Beschichtungsverfahrens regelt. Bevorzugt wird die Regelung so ausgeführt, dass sich die aufgebrachte Schichtdicke immer innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters von beispielsweise ±1 µm um die geforderte Soll-Schichtdicke liegt.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Regelung des Drucks durch Steuern einer materialzuführenden Pumpe und/oder durch Steuern eines Druckregelventils.
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Bei der Ansteuerung von Druckregelventilen ist es bevorzugt, dass jeder Düse des Spritzkopfs ein eigenes Druckregelventil zugeordnet wird, so dass sich eine unabhängige Regelung der Düsen erreichen lässt.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Messpositionen so über die Breite des Substrats verteilt, dass diese an Stellen angeordnet sind, an denen eine Schichtdicke erwartet wird, die oberhalb oder unterhalb einer mittleren Schichtdicke liegt.
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So ist es beispielsweise denkbar, dass ein Spritzkopf aufgrund der verwendeten Geometrie der Düsen des Spritzkopfs an einigen Bereichen dazu neigt, eine größere Menge Material aufzutragen, als an anderen Stellen. Eine in einem solchen Bereich angeordnete Messposition liefert dann für eine Regelung der Düse geeignete Daten, um den Schichtauftrag so zu regeln, dass die Dicke der aufgetragenen Schicht innerhalb eines Toleranzbereichs um die Soll-Schichtdicke liegt.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die aufgebrachte Schicht ein Aktivmaterial für eine Elektrode einer Batterie. Dabei kommt beispielsweise bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Batteriezellen für die Anode ein auf natürlichen oder synthetischen Graphiten basierendes Material und für die Kathode eine Kombination aus verschiedenen Lithium-Metall-Oxiden zum Einsatz. Als Substrate bei der Elektrodenfertigung werden beispielsweise Kupfer für die Anode und Aluminium für Fertigung der Kathode eingesetzt. Die Dicken der verwendeten Substrate liegen dabei üblicherweise im Bereich von etwa 10 µm. Die Dicke der aufgebrachten Schicht des Aktivmaterials liegt bei der Fertigung von Elektroden für Batteriezellen je nach Auslegung der Zellen zwischen etwa 20 µm und 200 µm. Dabei ist es möglich, durch zweifaches Durchlaufen des Beschichtungsverfahrens das Substrat von beiden Seiten zu beschichten.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung der Dicke einer mit einem Nassbeschichtungsverfahren auf einem Substrat aufgebrachten Schicht, umfassend einen Spritzkopf und einen Trockner, wobei vor dem Trockner mindestens zwei Messeinrichtungen zur Messung der Schichtdicke entlang der Breite des Substrats verteilt angeordnet sind und ein Regelgerät vorgesehen ist, welches eingerichtet ist, aus der gemessenen Schichtdicke mindestens ein von den Positionen der Messeinrichtungen abhängiges Regelsignal für den Spritzkopf zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist der Spritzkopf so ausgeführt, dass der Druck in einer Düse des Spritzkopfs unabhängig von den weiteren Düsen regelbar ist und das Steuergerät ist eingerichtet, jeder Düse des Spritzkopfs eine Messeinrichtung zuzuordnen.
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Dabei wird im Steuergerät insbesondere für jede Düse des Spritzkopfs ein Regelkreis implementiert, der als Eingangsgröße eine Soll-Schichtdicke und eine gemessene Schichtdicke umfasst und als Ausgangssignal ein Steuersignal für mindestens eine Regelgröße des Nassbeschichtungsverfahrens generiert. Diese Regelgröße ist insbesondere der Druck einer Düse des Spritzkopfs.
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In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist den Düsen des Spritzkopfs jeweils ein Druckregelventil zugeordnet, welches zur Regelung des Drucks in der jeweiligen Düse eingerichtet ist.
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Dabei wird das Druckregelventil insbesondere über ein Regelsignal des Steuergeräts gesteuert, wobei das Steuergerät für jede Düse einen eigenen Regelkreis implementiert.
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Vorteile der Erfindung
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Mittels der mindestens einen stationär angeordneten Messeinrichtung wird eine zeitkontinuierliche Messung der Schichtdicke ermöglicht. Diese zeitkontinuierliche Messung steht dabei zeitgleich für mehrere über die Breite des Substrats verteilte Messpositionen zur Verfügung, sofern mehrere Messeinrichtungen verwendet werden. Dies erleichtert zum einen die Implementierung eines automatischen Regelsystems, da für diese bevorzugt zeitkontinuierliche Signale eingesetzt werden. Diese Information steht dabei gleichzeitig für mehrere über die Breite des Substrats verteilte Messpositionen zur Verfügung, so dass der Materialauftrag über die gesamte Breite des Substrats überwacht werden kann.
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Die erfindungsgemäße Überwachung der Dicke der aufgetragenen Schicht ermöglicht den Aufbau von Schichtdickenregelungen, bei denen mehrere unabhängig voneinander steuerbare Beschichtungsdüsen im Spritzkopf zum Einsatz kommen. Dabei kann für die Regelung eine direkte Zuordnung zwischen einer Messeinrichtung und einem Bereich des Spritzkopfs erfolgen. Die Messpositionen können so verteilt werden, dass insbesondere die Bereiche des Substrats überwacht werden, in denen aufgrund der Geometrie der verwendeten Düsen das Material eher zu dick bzw. eher zu dünn aufgetragen wird.
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Des Weiteren wird erfindungsgemäß die Schichtdicke vor dem Durchlaufen des Trockners gemessen, das heißt es wird die Dicke der noch nassen Schicht unmittelbar nach dem Auftrag des Materials gemessen. Dies reduziert die zeitliche Latenz zwischen dem Aufbringen der Beschichtung und der Messung der Dicke der aufgebrachten Schicht deutlich und erleichtert den Einsatz eines automatischen Regelsystems, da durch die reduzierte Latenz ein solches Regelsystem wesentlich schneller auf festgestellte Abweichungen der Schichtdicke von der Soll-Schichtdicke reagieren kann.
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Des Weiteren wir durch diese Anordnung der Messeinrichtung die Menge an produziertem Ausschuss reduziert, da beschichtete Substrate, deren Schichtdicke außerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters liegen, unmittelbar nach dem Beschichten erkannt werden können, und nicht erst nachdem, abhängig von der Länge des Trockners, 10 m bis 30 m des Substrats mit ungeeigneten Parameter beschichtet worden sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Beschichtungsanlage nach dem Stand der Technik von oben,
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung von oben,
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3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung von der Seite und
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4 einen Spritzkopf, der in mehrere unabhängig voneinander regelbare Bereiche unterteilt ist.
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1 zeigt eine Beschichtungsvorrichtung gemäß des Stands der Technik in einer schematischen Darstellung von oben.
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Der 1 kann eine Beschichtungsvorrichtung 10 entnommen werden, bei der ein Substrat 12 entlang einer Transportrichtung 14 bewegt wird. Dabei passiert das Substrat 12 einen Spritzkopf 20, über den ein in einem Lösungsmittel gelöstes Material als Schicht 18 auf das Substrat 12 aufgebracht wird. Die aufgebrachte Schicht 18 durchläuft als nächstes einen Trockner 30, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Nach dem Trocknen durch den Trockner 30 wird das Substrat 12 mit der aufgebrachten Schicht 18 unter einen Messkopf 32 geführt. Der Messkopf 32 führt dabei eine Bewegung senkrecht zur Transportrichtung 14 des Substrats 12 aus, wie sie mit den Pfeilen mit Bezugszeichen 36 angedeutet ist.
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Mit Hilfe des Messkopfes 32 wird die Dicke der getrockneten Schicht 18 ermittelt, wobei die Stellen des Substrats 12, an denen eine Schichtdickenmessung vorgenommen wurde, mit dem Bezugszeichen 40 markiert sind.
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Bei einer Abweichung der über den Messkopf 32 gemessenen Dicke der Schicht 18 nach dem Trocknen durch den Trockner 30 von einer vorgegebenen Soll-Schichtdicke, wird eine Anpassung der Prozessparameter vorgenommen. Dabei ergibt sich das Problem, dass sich eine Korrektur nicht mehr auf denjenigen Teil des Substrats 12 auswirken kann, der zwischen dem Spritzkopf 20 und dem Messkopf 32 liegt. Je nach Länge des Trockners 30, der abhängig von der Transportgeschwindigkeit des Substrats 12 zwischen etwa 10 m und 30 m liegt, ergibt sich demnach eine große Menge Ausschuss, bei dem die Dicke der Schicht 18 nicht den Vorgaben entspricht.
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Des Weiteren ergibt sich durch den kontinuierlichen Transport des Substrats 12 und der Bewegung 36 des Messkopfs 32 für den Bereich, an dem eine Schichtdickenmessung vorgenommen wurde, ein dreiecksförmiger Verlauf. Bezogen auf eine bezüglich der Breite des Substrats 12 konstanten Messposition liegt somit kein zeitkontinuierliches Messsignal vor. Eine Implementierung einer automatischen Regelung der Schichtdicke wird dadurch erschwert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und in der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung.
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In 2 ist eine Beschichtungsvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Ein zugeführtes Substrat 12 wird in Transportrichtung 14 bewegt und passiert dabei zuerst einen Spritzkopf 20, anschließend sechs stationäre Messköpfe 32 zur Bestimmung der Nassschichtdicke und als letztes einen Trockner 30. Beim Passieren des Spritzkopfs 20 wird auf das Substrat 12 eine Schicht 18 aufgetragen. Das Material wird im Spritzkopf 20 in Form einer Slurry, das heißt in Form eines Breis zugeführt und nass auf dem Substrat 12 aufgebracht. Direkt im Anschluss an den Spritzkopf 20 passiert das beschichtete Substrat 12 die sechs stationär angeordneten Messköpfe 32. Mit diesen sechs Messeinrichtungen wird die Nassschichtdicke an sechs Messpositionen ermittelt. Zusammen mit der Bewegung des Substrats 12 in Transportrichtung 14 ergeben sich sechs Bereiche in Form von parallelen Linien 38, an denen die Nassschichtdicke gemessen worden ist.
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Die aus der Überwachung der Dicke der mit dem Nassbeschichtungsverfahren auf dem Substrat 12 aufgebrachten Schicht 18 ermittelten Daten können in einer Ausführungsform des Verfahrens genutzt werden, um über ein Regelgerät 46 einen oder mehrere Prozessparameter des Nassbeschichtungsverfahrens zu regeln. Dazu wird im Regelgerät 46 ein Regelkreis implementiert, der beispielsweise als Proportional-Integral-Differenzial (PID)-Regler umgesetzt sein kann. Als Eingangsgrößen für die Regelung dienen unter anderem die gemessenen Nassschichtdicken sowie die vorgegebene Soll-Schichtdicke. Das Regelgerät 46 erzeugt daraus als Ausgangsgröße ein Steuersignal, mit dem ein oder mehrere Prozessparameter beeinflusst werden können. Dies kann beispielsweise der Druck des Beschichtungsmaterials bzw. der Slurry im Spritzkopf 20 sein.
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Bei der Regelung wirkt sich vorteilhaft aus, dass zwischen dem Aufbringen der Schicht 18 durch den Spritzkopf 20 und der Messung der Nassschichtdicke durch die Messköpfe 32 nur eine geringe Zeitspanne vergeht. Dadurch kann der Regelkreis schnell auf Abweichungen reagieren.
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Des Weiteren ist es in einer Ausführungsform des Verfahrens möglich, den Spritzkopf 20 in mehrere, voneinander unabhängig regelbare Bereiche zu unterteilen. Dabei kann das Regelgerät 46 jedem dieser getrennt regelbaren Bereiche des Spritzkopfs 20 einen oder gegebenenfalls mehrere der Messköpfe 32 zuordnen. Ebenfalls ist es denkbar, für jeden der getrennt regelbaren Bereiche im Regelgerät 46 einen eigenen Regler zu implementieren.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung in einer Ansicht von der Seite.
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In 3 ist ersichtlich, dass ein zu beschichtendes Substrat 12 über mehrere Rollen 16 geführt wird. Dabei wird das Substrat 12 entlang der Transportrichtung 14 geführt und erreicht als erstes den Spritzkopf 20. Der Spritzkopf 20 umfasst Düsen 22, über die Material in Form von einer Schicht 18 auf das Substrat 12 nass aufgebracht wird. Das Material wird aus einem Materialvorrat 26 über eine Fördereinrichtung 24 den Düsen 22 im Spritzkopf 20 zugeführt. Das Material ist dabei in einem Lösungsmittel gelöst und liegt in Form einer Slurry, das heißt in Form eines fließfähigen Breis vor.
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Im Fall der Herstellung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batteriezellen wird als Substrat 12 eine Metallfolie eingesetzt, deren Stärke zwischen ca. 2 µm und ca. 20 µm liegt, insbesondere ca. 10 µm beträgt. Bei der Fertigung der Anode wird üblicherweise eine Kupferfolie und bei der Fertigung der Kathode wird üblicherweise eine Aluminiumfolie eingesetzt. Die Materialien, mit denen die Metallfolien beschichtet werden, basieren im Falle der Fertigung der Anode auf natürlichen und/oder synthetischen Graphiten und sind üblicherweise in einem wasserbasierenden Lösungsmittel gelöst. Bei der Fertigung der Kathode basiert das Material üblicherweise auf einer Kombination von verschiedenen Lithium-Metall-Oxiden, die beispielsweise in einem Lösungsmittel auf Basis von N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) gelöst sind.
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Die Dicke der Materialschicht, die nass auf das Substrat aufgetragen wird, ist abhängig von der Auslegung der Batteriezellen und beträgt typischerweise zwischen 20 µm und 200 µm. Dabei ist es für die Qualität der Batterie von entscheidender Bedeutung, dass der Schichtauftrag gleichmäßig ist und nur gering vom Sollwert abweicht. Typischerweise wird gefordert, dass die Abweichung vom Sollwert weniger als 1 µm beträgt.
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Nach dem Auftragen der Schicht 18 gelangt das Substrat 12 zu einer Messeinrichtung 32, mit der die Nassschichtdicke 44 ermittelt wird. Anschließend wird die Schicht 18 zusammen mit dem Substrat 12 dem Trockner 30 zugeführt, der je nach Transportgeschwindigkeit des Substrats 12 eine Länge zwischen etwa 10m und 30 m aufweist. In dem Trockner 30 verdampft das verwendete Lösungsmittel aus der Schicht 18. Je nach Ausführungsform der Vorrichtung kann gegebenenfalls nach dem Trockner 30 ein weiterer Messkopf 34 angeordnet sein, der die Trockenschichtdicke 42 ermittelt.
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Die über die Messköpfe 32, 34 ermittelten Schichtdicken 42, 44 können für eine Regelung der Dicke der Schicht 18 auf eine vorgegebene Soll-Schichtdicke verwendet werden. Dazu können abhängig von den gemessenen Schichtdicken 42, 44 Prozessparameter des Nassbeschichtungsverfahrens angepasst werden. Die anpassbaren Prozessparameter umfassen dabei den Druck des Materials in der Düse 22, den Abstand der Düse 22 zum Substrat 12, die Transportgeschwindigkeit des Substrats 12 und die Geometrie der Düsen 22. Des Weiteren ist es denkbar, als Parameter die Zusammensetzung des Slurrys, also die Zusammensetzung des Materials, mit dem das Substrat beschichtet wird, zu verändern. Auf diese Weise kann die Viskosität des Materials beeinflusst werden, wobei die Materialviskosität eine entscheidende Größe für die Dicke des Materialauftrags ist.
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4 zeigt einen Spritzkopf, der mehrere getrennt voneinander regelbare Düsen umfasst. 4 zeigt einen Spritzkopf 20, der drei Düsen 22 umfasst. Jeder der Düsen 22 verfügt über einen eigenen Zuführbereich 54 für das Beschichtungsmaterial. Jedem Zuführbereich 54 ist an der Verbindung zu einem Materialvorratsbehälter 50 ein Druckregelventil 52 zugeordnet. In dem Vorratsbehälter 50 befindet sich zur Beschichtung vorgesehenes Material bzw. Slurry, welches über eine Pumpe 24 gefördert wird.
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Über das dem jeweiligen Zuführbereich 54 zugeordnete Druckregelventil 52, lässt sich in Abhängigkeit eines Regelsignals der Druck der der jeweiligen Düse 22 zugeführten Slurry einstellen. Um eine gleichmäßige Dicke der Schicht 18 über die gesamte Breite des Substrats 12 zu gewährleisten, können beispielsweise drei Messköpfe 32 über die Breite des Substrats 12 verteilt angeordnet werden, wobei jeder Messkopf 32 über eine Regelung einer der unabhängig voneinander regelbaren Düsen 22 bzw. deren Regelventile 52, zugeordnet wird. Dadurch steht für eine Regelung der Nassschichtdicke für jede der drei Düsen 22 kontinuierlich ein Messsignal der Schichtdicke zur Verfügung. Durch das Regelgerät kann dabei für jede der Düsen 22 eine von den weiteren Düsen unabhängige Regelung implementiert werden.
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In einer weiteren Variante ist es beispielsweise denkbar, bei der Messung der Schichtdicke sechs stationäre Messköpfe einzusetzen und jeder Düse 22 zwei dieser Messeinrichtungen zuzuordnen, so dass jeder Düse 22 des Spritzkopfs 20 jeweils zwei kontinuierliche Schichtdickensignale zur Verfügung stehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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