DE102013221162A1

DE102013221162A1 - Method and device for producing an electrode

Info

Publication number: DE102013221162A1
Application number: DE201310221162
Authority: DE
Inventors: Markus Cudazzo
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2033-10-19
Also published as: DE102013221162B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode, wobei in einem ersten Schritt eine Schicht eines pulverförmigen Funktionsmaterials mittels eines elektrostatischen Beschichtungsverfahrens als Pulver auf ein Substrat aufgebracht wird, wobei das Funktionsmaterial ein Pulver eines aktiven Materials und ein Pulverförmigen Binder enthält, in einem zweiten Schritt die im ersten Schritt aufgebrachte Schicht kompaktiert und in einem dritten Schritt die kompaktierte Schicht erwärmt wird.The invention relates to a method and a device for producing an electrode, wherein in a first step, a layer of a powdered functional material is applied by means of an electrostatic coating method as a powder on a substrate, wherein the functional material contains a powder of an active material and a powdery binder, in a second step, the layer applied in the first step is compacted and in a third step the compacted layer is heated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode, wobei in einem ersten Schritt eine Schicht eines pulverförmigen Funktionsmaterials mittels eines elektrostatischen Beschichtungsverfahrens als Pulver auf ein Substrat aufgebracht wird, wobei das Funktionsmaterial ein Pulver eines aktiven Materials und ein Pulverförmigen Binder enthält, in einem zweiten Schritt die im ersten Schritt aufgebrachte Schicht kompaktiert und in einem dritten Schritt die kompaktierte Schicht erwärmt wird. The invention relates to a method and a device for producing an electrode, wherein in a first step, a layer of a powdered functional material is applied by means of an electrostatic coating method as a powder on a substrate, wherein the functional material contains a powder of an active material and a powdery binder, in a second step, the layer applied in the first step is compacted and in a third step the compacted layer is heated.

Beispielsweise bei Lithiuminonen-Batterien wird die Kathode gefertigt, indem eine Funktionsschicht aus Lithiumverbindungen, beispielsweise Lithium-Eisenphosphat, und Carbon black in die flüssige bzw. pastöse Phase gebracht wird. Dazu wird das Gemisch aus beispielsweise Lithium-Eisenphosphat und Carbon black (in Mengenverhältnis von z.B. ca. 9:1) in eine organisches Lösungsmittel enthaltende oder wässrige Matrix eingebunden, in der auch Binderanteile gelöst bzw. in einer Latexstruktur suspendiert sind. Das Flüssigsystem wird auf metallische Stromkollektoren mittels Rakelauftrag, Walzenauftrag oder mittels einer Breitschlitzdüse aufgetragen. Im Trocknungsprozess wird das meist sehr hoch siedende Lösemittel (z.B. NMP) in langen Umlufttrocknerstrecken verdunstet. Das Bindemittel wirkt als Klebstoff und verklebt das Funktionspulver mit dem metallischen Stromkollektor. Die VOC-Emissionen werden i.d.R. thermisch nachverbrannt. Dabei entstehen CO2-Emissionen oder werden mit entsprechendem energetischem Aufwand rückgewonnen. Der Prozess erfordert einen hohen Energie- und Materialeinsatz sowie einen hohen Platzbedarf. For example, in lithium ion batteries, the cathode is made by a functional layer of lithium compounds, such as lithium iron phosphate, and carbon black is brought into the liquid or pasty phase. For this purpose, the mixture of, for example, lithium iron phosphate and carbon black (in the ratio of, for example, about 9: 1) is incorporated into an organic solvent-containing or aqueous matrix in which binder components are also dissolved or suspended in a latex structure. The liquid system is applied to metallic current collectors by means of knife coating, roller application or by means of a slot die. In the drying process, the usually very high boiling solvent (e.g., NMP) is evaporated in long convection dryer lines. The binder acts as an adhesive and bonds the functional powder to the metallic current collector. The VOC emissions are reported i.d.R. thermally burned. This produces CO2 emissions or be recovered with the corresponding energy expenditure. The process requires a high energy and material input and a high space requirement.

Die hohen erforderlichen Energie- und Materialmengen sowie der hohe Platzbedarf bei der Produktion von Elektroden wurde bisher in Kauf genommen, da bisher keine Alternative bekannt ist. Es ist unumstritten, dass die Batterieproduktionstechnik der kostenbestimmende Faktor bei der Batterieherstellung ist. The high energy and material requirements as well as the high space requirements in the production of electrodes have been accepted until now, as no alternative is known so far. It is undisputed that battery production technology is the cost-determining factor in battery production.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode anzugeben, durch welches Energie- und Materialmengen sowie der Platzbedarf reduziert werden kann. The object of the present invention is to provide a method and a device for producing an electrode, by means of which quantities of energy and material as well as the space requirement can be reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 1 sowie wie die Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 24. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Erfindungsgemäßen Vorrichtung an. This object is achieved by the method for producing an electrode according to claim 1 as well as the device for producing an electrode according to claim 24. The respective dependent claims indicate advantageous developments of the method according to the invention and of the device according to the invention.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode angegeben, bei welchem in einem ersten Schritt eine Schicht eines pulverförmigen Funktionsmaterials mittels eines elektrostatischen Beschichtungsverfahrens als Pulver auf ein Substrat aufgebracht wird. According to the invention, a method for producing an electrode is specified, in which, in a first step, a layer of a powdered functional material is applied as a powder to a substrate by means of an electrostatic coating method.

Unter einem Pulver und einem pulverförmigen Material sollen hier Materialen mit einer Vielzahl von Teilchen verstanden werden, die lose vorliegen, z.B. als Schüttgut, und nicht in eine Matrix eingebunden sind. By a powder and a powdery material are meant materials having a plurality of particles which are loosely present, e.g. as a bulk material, and are not embedded in a matrix.

Unter einem elektrostatischen Beschichtungsverfahren sollen solche Verfahren verstanden werden, bei welchen die Pulverteilchen mittels elektrostatischer Wechselwirkung auf ein Substrat aufgebracht werden. An electrostatic coating process should be understood as meaning those processes in which the powder particles are applied to a substrate by means of electrostatic interaction.

Erfindungsgemäß enthält das Funktionsmaterial ein Pulver eines aktiven Materials und einen pulverförmigen Binder. Das Funktionsmaterial liegt vorteilhaft als homogene Mischung der beiden Pulver vor. According to the invention, the functional material contains a powder of an active material and a powdery binder. The functional material is advantageously present as a homogeneous mixture of the two powders.

Unter einem Binder wird hier vorzugsweise ein Stoff verstanden, durch den Feststoffe mit feinem Zerteilungsgrad, wie zum Beispiel Pulver, miteinander und/oder auf bzw. mit einer Unterlage verklebbar sind. A binder is here preferably understood to be a substance by means of which solids with a fine degree of dispersion, such as, for example, powder, can be bonded to one another and / or to or with a substrate.

Unter einem aktiven Material wird hier vorzugsweise ein elektrochemisch aktives Material verstanden. By an active material is meant here preferably an electrochemically active material.

Bevorzugt kann das Funktionsmaterial Mischungen mit drei oder mehr Komponenten enthalten, nämlich mit aktivem Material, Leitadditiv, mit dem Ladungen zum Stromkollektor bzw. Substrat transportiert wird, und Bindemittel. Das Leitadditiv kann beispielsweise Carbon Black, Graphen, Carbon-Nanotubes, Graphit oder Mischungen dieser Materialien aufweisen. The functional material may preferably contain mixtures with three or more components, namely with active material, conductive additive with which charges are transported to the current collector or substrate, and binders. The conductive additive may comprise, for example, carbon black, graphene, carbon nanotubes, graphite or mixtures of these materials.

Es wird dann in einem zweiten Schritt die im ersten Schritt aufgebrachte Schicht kompaktiert. Unter der Kompaktierung einer Schicht soll hier bevorzugt ein Verfahren verstanden werden, mittels dessen die Schichtdicke des auf das Substrats aufgebrachten pulverförmigen Funktionsmaterials verkleinert wird. Bevorzugterweise erfolgt die Kompaktierung durch Beaufschlagung der Schicht des pulverförmigen Funktionsmaterials mit einem Druck. It is then compacted in a second step, the applied in the first step layer. The compacting of a layer should preferably be understood here as meaning a method by means of which the layer thickness of the pulverulent functional material applied to the substrate is reduced. Preferably, the compaction takes place by applying a pressure to the layer of the powdered functional material.

Erfindungsgemäß wird dann in einem dritten Schritt die kompaktierte Schicht erwärmt. According to the invention, the compacted layer is then heated in a third step.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in einem optionalen vierten Schritt, der nach dem dritten Schritt ausgeführt wird, die Schicht des Funktionsmaterials erneut kompaktiert werden. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, in an optional fourth step, after the third step is executed, the layer of functional material to be compacted again.

Bevorzugterweise wird das pulverförmige Funktionsmaterial im elektrostatischen Beschichtungsverfahren durch Kontaktaufladung ohne Coronabildung elektrisch geladen. Dabei kann die Entstehung einer Corona durch geeignete Methoden unterbunden werden. Vorteilhafterweise wird der an Hochspannung gelegte Applikationsbereich baulich so gestaltet, dass keine Spitzen oder Kanten auftreten, an denen eine hohe Feldstärke entsteht. Vorteilhafterweise werden Kanten, die nicht vermeidbar sind, mit elektrisch isolierenden Materialien versiegelt. Beispielsweise können Spitzen und/oder Kanten mit Kleber aus einer Heißklebepistole, und/oder mit coronaresistentem Polyimid- und/oder mit Klarlack versiegelt werden. Vorteilhafterweise werden diese Materialien porenfrei aufgetragen. Preferably, the powdered functional material is electrically charged in the electrostatic coating process by contact charging without corona formation. In this case, the formation of a corona can be prevented by suitable methods. Advantageously, the applied to high voltage application area is structurally designed so that no peaks or edges occur at which a high field strength arises. Advantageously, edges that are unavoidable are sealed with electrically insulating materials. For example, tips and / or edges may be sealed with adhesive from a hot melt gun, and / or with corona-resistant polyimide and / or clearcoat. Advantageously, these materials are applied without pores.

Für die elektrochemische Aktivität der aufgebrachten Schicht, z.B. beim Einsatz der Elektrode als Batterieelektrode, spielt die Porosität der Schicht eine wichtige Rolle. Einerseits sollte der Elektrolyt in die Schicht eindringen können, andererseits führen zu voluminöse Poren zu einer schlechten Leistungsdichte der Batteriezelle. Um die Porosität der im ersten Schritt aufgebrachten Schicht des pulverförmigen Funktionsmaterials zu verbessern wird die Schicht im zweiten Schritt kompaktiert. Grundsätzlich kann die Kompaktierung beispielsweise mittels eines Pressprozesses durchgeführt werden, was jedoch das Problem mit sich bringt, dass unter Umständen lose und schlecht anhaftende Pulverschicht abplatzt, oder dass sich die Pulverschicht auf dem Presswerkzeug statt auf dem Substrat abscheidet. For the electrochemical activity of the applied layer, e.g. When using the electrode as a battery electrode, the porosity of the layer plays an important role. On the one hand, the electrolyte should be able to penetrate into the layer, on the other hand lead to voluminous pores to a poor power density of the battery cell. In order to improve the porosity of the powdered functional material layer applied in the first step, the layer is compacted in the second step. In principle, the compacting can be carried out, for example, by means of a pressing process, which, however, entails the problem that possibly loose and poorly adhering powder layer flakes off, or that the powder layer separates on the pressing tool instead of on the substrate.

Durch die erfindungsgemäße Abfolge von Kompaktier- und Wärmebehandlungsschritten kann eine wohldefinierte Porosität und eine gute Haftung an dem Substrat, beispielsweise einer Stromkollektorfolie, erzielt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für einen Roll-To-Roll Prozess, also einen Prozess, bei dem nach der Applikation der funktionalen Schicht die beschichtete Rollware im Durchlaufverfahren wieder aufgewickelt werden kann, ohne dass dabei die Funktionspulverschicht beschädigt wird oder sich an der Walze anstelle der Stromkollektorfolie abscheidet. By means of the sequence of compacting and heat treatment steps according to the invention, a well-defined porosity and good adhesion to the substrate, for example a current collector foil, can be achieved. The inventive method is suitable for a roll-to-roll process, ie a process in which after application of the functional layer, the coated rolled goods can be rewound in a continuous process, without causing the functional powder layer is damaged or on the roller instead of the Current collector film deposits.

Der zweite Schritt des Kompaktierens sowie gegebenenfalls der vierte Schritt des Kompaktierens können vorteilhafterweise so durchgeführt werden, dass die Schichtdicke stufenweise beispielsweise auf zweidrittel der ursprünglichen Schichtdicke kompaktiert wird. Vorteilhafterweise wird die Schichtdicke auf weniger als ¾ der ursprünglichen Schichtdicke und/oder auf mehr als ¼, vorzugsweise mehr als ½ der ursprünglichen Schichtdicke kompaktiert. The second step of the compacting and, if appropriate, the fourth step of compacting can advantageously be carried out such that the layer thickness is compacted stepwise, for example, to two-thirds of the original layer thickness. Advantageously, the layer thickness is compacted to less than ¾ of the original layer thickness and / or to more than ¼, preferably more than ½ of the original layer thickness.

Für die Kompaktierung im zweiten Schritt und/oder im vierten Schritt kann die aufgebrachte Schicht mit einem Druck von größer oder gleich 0,002 bar, vorzugsweise größer oder gleich 0,005 bar, vorzugsweise größer oder gleich 0,01 bar, und/oder kleiner oder gleich 1 bar, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,8 bar, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,6 bar, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,3 bar beaufschlagt werden. Zur Kompaktierung kann vorzugsweise ein Liniendruck von größer oder gleich 200 N/m, vorzugsweise von größer oder gleich 600 N/m, vorzugsweise von größer oder gleich 800 N/m und/oder kleiner oder gleich 2000 N/m, vorzugsweise kleiner oder gleich 1800 N/M, vorzugsweise kleiner oder gleich 1600 N/m, vorzugsweise kleiner oder gleich 1400 N/m, vorzugsweise kleiner oder gleich 1200 N/M eingesetzt werden. For the compaction in the second step and / or in the fourth step, the applied layer with a pressure of greater than or equal to 0.002 bar, preferably greater than or equal to 0.005 bar, preferably greater than or equal to 0.01 bar, and / or less than or equal to 1 bar , preferably less than or equal to 0.8 bar, preferably less than or equal to 0.6 bar, preferably less than or equal to 0.3 bar are applied. For compaction, preferably a line pressure of greater than or equal to 200 N / m, preferably greater than or equal to 600 N / m, preferably greater than or equal to 800 N / m and / or less than or equal to 2000 N / m, preferably less than or equal to 1800 N / M, preferably less than or equal to 1600 N / m, preferably less than or equal to 1400 N / m, preferably less than or equal to 1200 N / M are used.

Bevorzugterweise ist der Druck zum Kompaktieren im zweiten Schritt, also im ersten Kompaktierungsschritt, geringer als im vierten Schritt, also im zweiten Kompaktierungsschritt. Preferably, the pressure for compaction in the second step, ie in the first compaction step, is less than in the fourth step, ie in the second compaction step.

Im ersten Schritt kann die Kompaktierung beispielsweise dadurch geschehen, dass das im ersten Schritt beschichtete Substrat zwischen zwei dichaneinanderlegenden Walzen hindurchfährt. Die beiden Walzen können dabei mit zueinander parallelen Walzenachsen nebeneinander angeordnet sein. Der Abstand der beiden Walzen wird in Abhängigkeit von der Dicke des Substrats und der Dicke der im ersten Schritt aufgebrachten Schicht so gewählt, dass die aufgebrachte Schicht zwischen den Walzen mit dem genannten Druck beauflagt wird. Ein dabei aufgebrachter Liniendruck von beispielsweise 200–2000 N/m entspricht beispielsweise einem tatsächlichen Druck von ca. 10000–100000 Pa, beziehungsweise 0,1–1 bar. In the first step, the compaction can be done, for example, by the fact that the substrate coated in the first step passes between two rollers that lie against each other. The two rolls can be arranged side by side with mutually parallel roll axes. The distance between the two rolls is selected as a function of the thickness of the substrate and the thickness of the layer applied in the first step such that the applied layer is subjected to said pressure between the rolls. An applied line pressure of, for example, 200-2000 N / m corresponds, for example, to an actual pressure of about 10000-100000 Pa, or 0.1-1 bar.

Bevorzugterweise wird im zweiten Schritt, also im ersten Kompaktierungsschritt, ein möglichst niedriger Pressdruck verwendet, dabei jedoch die Presszeit, also jene Zeit, über welche der genannte Druck aufgebracht wird, hinreichend hoch gewählt. Preferably, in the second step, ie in the first compaction step, the lowest possible pressing pressure is used, but the pressing time, ie the time over which said pressure is applied, is chosen to be sufficiently high.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann dies dadurch erzielt werden, dass eine zur Kompaktierung verwendete Kompaktierwalze von dem Substrat mit der darauf angeordneten Schicht teilweise umlaufen wird. In diesem Fall läuft also das Substrat auf die Kompaktierwalze zu und wird an dieser um einen Winkel von vorzugsweise größer oder gleich 90° auf den Umfang der Kompaktierwalze abgelenkt. Es umläuft dann die Kompaktierwalze entlang deren Umfang auf zumindest der Hälfte ihres Umfangs, um dann um einen Winkel von vorzugsweise kleiner oder gleich 90° von der Oberfläche der Kompaktierwalze weggeführt zu werden. In a preferred embodiment of the invention, this can be achieved by partially circulating a compacting roller used for compaction of the substrate with the layer arranged thereon. In this case, so the substrate runs on the Kompaktierwalze and is deflected at this by an angle of preferably greater than or equal to 90 ° to the circumference of the Kompaktierwalze. It then revolves around the compacting roll along the circumference of at least half of its circumference, to then be led away at an angle of preferably less than or equal to 90 ° from the surface of the compacting roll.

Die Zeit des Kompaktierens im zweiten Schritt ist vorzugsweise größer oder gleich 0,05 Sekunden, vorzugsweise größer oder gleich 0,08 Sekunden, vorzugsweise größer oder gleich 0,13 Sekunden, vorzugsweise größer oder gleich 0,2 Sekunden, vorzugsweise größer oder gleich 0,4 Sekunden, vorzugsweise größer oder gleich 0,6 Sekunden, vorzugsweise größer oder gleich 1 Sekunde, vorzugsweise größer oder gleich 1,4 Sekunden und/oder kleiner oder gleich 2 Sekunden, vorzugsweise kleiner oder gleich 1,8 Sekunden, vorzugsweise kleiner oder gleich 1,6 Sekunden. Da jedoch eine hohe Zeit des Kompaktierens die Verwendung eines geringen Druckes ermöglicht, was die Qualität der kompaktierten Schicht verbessert, sind die angegeben oberen Grenzen weniger entscheidend als die genannten unteren Grenzen. The time of compaction in the second step is preferably greater than or equal to 0.05 seconds, preferably greater than or equal to 0.08 seconds, preferably greater than or equal to 0.13 seconds, preferably greater than or equal to 0.2 seconds, preferably greater than or equal to 0, 4 seconds, preferably greater than or equal to 0.6 seconds, preferably greater than or equal to 1 second, preferably greater than or equal to 1.4 seconds and / or less than or equal to 2 seconds, preferably less than or equal to 1.8 seconds, preferably less than or equal to 1 , 6 seconds. However, since a high compaction time allows the use of a low pressure, which improves the quality of the compacted layer, the upper bounds indicated are less critical than the lower bounds mentioned.

Beispielsweise kann der Druck in einer Größenordnung von 200–3000 Pa liegen, die Kompaktierzeit je nach Prozessgeschwindigkeit (beispielsweise 0,05–0,5 Meter pro Sekunde), Walzendurchmesser (beispielsweise 80–200 mm) und Umschlingungsgrad bei beispielsweise zwischen 0,2 und 2 Sekunden. For example, the pressure may be in the order of 200-3000 Pa, the compaction time depending on the process speed (for example, 0.05-0.5 meters per second), roll diameter (for example, 80-200 mm) and degree of wrap at, for example, between 0.2 and 2 seconds.

Für die Walzenoberfläche der genannten Kompaktierwalze des zweiten Schritts kommen vorzugsweise Materialien mit einer definierten niedrigen Härte zum Einsatz, vorzugsweise nicht jedoch gehärtete Stähle, da diese harten Materialien beim ersten Kompaktierschritt (also dem zweiten Schritt) die Beschichtung zerstören könnten. Weist beispielsweise das Substrat Kunststoff und/oder eine Kunststofffolien-Ummantelung auf, kann die Walzenoberfläche vorteilhafterweise Aluminium aufweisen oder daraus bestehen. Dabei hat vorzugsweise das Aluminium eine sehr geringe Rautiefe, ist also beispielsweise poliertes Aluminium oder Aluminiumfolie, mit welcher die Kompaktierwalze ummantelt ist. For the roll surface of said compacting roll of the second step are preferably used materials with a defined low hardness, but preferably not hardened steels, since these hard materials in the first compacting step (ie the second step) could destroy the coating. If, for example, the substrate comprises plastic and / or a plastic film jacket, the roll surface may advantageously comprise or consist of aluminum. In this case, preferably, the aluminum has a very small roughness, so it is for example polished aluminum or aluminum foil, with which the compacting roller is coated.

Ein Durchmesser der Kompaktierwalze, die im zweiten Schritt verwendet werden kann, ist vorzugsweise größer oder gleich 80 mm, besonders bevorzugst größer gleich 100 mm, vorzugweise größer oder gleich 120 mm und/oder kleiner oder gleich 180 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 150 mm. A diameter of the compacting roller which can be used in the second step is preferably greater than or equal to 80 mm, more preferably greater than or equal to 100 mm, preferably greater than or equal to 120 mm and / or less than or equal to 180 mm, preferably less than or equal to 150 mm.

Es ist optional auch möglich, weiter Walzen um die Kompaktierwalze herum anzuordnen, mittels welcher das Substrat, vorteilhafterweise mit den genannten Liniendrücken, gegen die Kompaktierwalze gepresst wird. Die weiteren Walzen können dabei mit zur Achse der Kompaktierwalze parallelen Achsen angeordnet sein und in einem solchen Abstand, dass angesichts der gegebenen Dicke von Substrat und Schicht der gewünschte Liniendruck erzielt wird. Optionally, it is also possible to further arrange rollers around the compacting roll, by means of which the substrate, advantageously with the mentioned line ridges, is pressed against the compacting roll. The further rolls can be arranged with axes parallel to the axis of the compacting roll and at such a distance that, given the given thickness of substrate and layer, the desired line pressure is achieved.

Vorteilhafterweise umläuft das Substrat mit der darauf angeordneten Schicht des pulverförmigen Funktionsmaterials die genannte Kompaktierwalze so, dass das pulverförmige Funktionsmaterial die Kompaktierwalze berührt, während das Substrat der Kompaktierwalze abgewandt ist. Sind die genannten weiteren Walzen vorgesehen, so kontaktieren diese dann vorteilhafterweise das Substrat. Advantageously, the substrate with the layer of pulverulent functional material arranged thereon circulates said compacting roller so that the powdered functional material contacts the compacting roller while the substrate faces away from the compacting roller. If the said further rollers are provided, they then advantageously contact the substrate.

Es ist bevorzugt, dass die Kompaktierwalze auf einer Temperatur größer oder gleich 130°C, vorzugsweise größer oder gleich 140°C und/oder kleiner oder gleich 180°C, vorzugsweise kleiner oder gleich 170°C, vorzugsweise von 150°C gehalten wird. Bei 150°C liegt der Erweichungsbereich von PVDF-Pulver, was vorteilhaft als Binder im pulverförmigen Funktionsmaterial zum Einsatz kommen kann. Bei deutlich höheren Temperaturen würde dieses Pulver schmelzen, was die Schicht des Funktionsmaterials zerstören würde. Auch bei zu niedrigen Temperaturen von kleiner als 130°C kann die aufgebrachte Schicht in diesem Fall zerstört werden. It is preferred that the compacting roll is maintained at a temperature greater than or equal to 130 ° C, preferably greater than or equal to 140 ° C, and / or less than or equal to 180 ° C, preferably less than or equal to 170 ° C, preferably 150 ° C. At 150 ° C, the softening range of PVDF powder, which can be used advantageously as a binder in the powdered functional material. At significantly higher temperatures, this powder would melt, which would destroy the layer of functional material. Even at too low temperatures of less than 130 ° C, the applied layer can be destroyed in this case.

Vorzugsweise wird außerdem die zumindest eine genannte weitere Walze, die das Substrat gegen die Kompaktierwalze presst, auf eine Temperatur von kleiner oder gleich 50°C, vorzugsweise kleiner oder gleich 40°C, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 30°C und/oder größer oder gleich 5°, vorzugsweise größer oder gleich 10°C, besonders bevorzugt von 20°C gehalten. Wird diese Temperatur zu hoch, also größer als 50°C gewählt, kann die aufgebrachte Schicht beim Kompaktiervorgang zerstört werden. Preferably, the at least one further roller which presses the substrate against the compacting roll is also at a temperature of less than or equal to 50 ° C, preferably less than or equal to 40 ° C, more preferably less than or equal to 30 ° C and / or greater equal to 5 °, preferably greater than or equal to 10 ° C, more preferably maintained at 20 ° C. If this temperature is chosen too high, ie greater than 50 ° C, the applied layer can be destroyed during the compacting process.

Nach dem Durchführen des dritten Schrittes kann die kompaktierte Schicht mit dem Substrat aufgerollt werden. Sie kann dann zur Durchführung des vierten Schrittes wieder abgerollt werden. Es ist jedoch auch möglich, den vierten Schritt des zweiten Kompaktierens online durchzuführen, so dass das beschichtete Substrat nach dem dritten Schritt unmittelbar zu einer Vorrichtung zur Durchführung des vierten Schrittes weitergeleitet wird, ohne vorher aufgewickelt zu werden. Im Falle des Offlineprozesses endet der Inlineprozess vorteilhafterweise nach dem drittem Schritt und es kann ein aufwickeln des beschichteten Substrats erfolgen. Die Rolle kann dann in einem Offlineprozess wieder abgerollt werden und durch einen Kompaktierungsschritt gefahren werden. After performing the third step, the compacted layer can be rolled up with the substrate. It can then be unrolled to perform the fourth step again. However, it is also possible to perform the fourth step of the second compaction on-line, so that the coated substrate after the third step is forwarded directly to a device for performing the fourth step without being wound up beforehand. In the case of the offline process, the in-line process advantageously ends after the third step and the coated substrate can be wound up. The roll can then be unrolled again in an offline process and run through a compaction step.

Bei Inline-Durchführung des vierten Schrittes kann dieser in den Roll-To-Roll Prozess integriert werden. Dies führt einerseits zu einer Vereinfachung des Prozesses, andererseits kann jedoch die Freiheit der Parameterwahl, beispielsweise der Geschwindigkeit, eingeschränkt sein. With inline implementation of the fourth step, this can be integrated into the roll-to-roll process. On the one hand this leads to a simplification of the process, on the other hand, however, the freedom of the parameter selection, for example the speed, can be restricted.

Sowohl im Falle der inline Durchführung wie auch im Falle der offline Durchführung des vierten Schrittes kann vorzugsweise ein Zwei-Walzensystem eingesetzt werden, wobei das beschichtete Substrat zum Kompaktieren zwischen den beiden Walzen hindurchgeführt wird. Der Abstand der parallel zueinander angeordneten Walzen wird dabei so gewählt, dass bei gegebener Schichtdicke und Dicke des Substrates die Schicht mit dem gewünschten Druck beaufschlagt wird. Ein Aufwärmen bzw. Kühlen der Walzen ist möglich, jedoch nicht mehr erforderlich, da die Schicht bereits hinreichend stabil ist. Both in the case of in-line implementation and in the case of the offline implementation of the fourth step, a two-roller system can preferably be used, wherein the coated substrate for compacting between the two rollers is passed. The distance between the rollers arranged parallel to one another is selected so that the layer is subjected to the desired pressure for a given layer thickness and thickness of the substrate. A warming or cooling of the rollers is possible, but no longer necessary, since the layer is already sufficiently stable.

Vorzugsweise wird das Kompaktieren im vierten Schritt mit einem Druck von kleiner oder gleich 500 bar, vorzugsweise kleiner oder gleich 300 bar, vorzugsweise kleiner oder gleich 100 bar und/oder größer oder gleich 10 bar, vorzugsweise größer oder gleich 30 bar, vorzugsweise größer oder gleich 80 bar durchgeführt. Bevorzugterweise kann ein Liniendruck von kleiner oder gleich 100000 N/m, vorzugsweise kleiner oder gleich 50000 N/m, vorzugsweise kleiner oder gleich 40000 N/m und/oder größer oder gleich 1000 N/m, vorzugsweise größer oder gleich 10000 N/m, vorzugsweise größer oder gleich 30000 N/m angewandt werden. Es ist hier vorteilhaft wenn der Druck bzw. Liniendruck im vierten Schritt größer ist als im zweiten Schritt. Preferably, in the fourth step, the compacting is carried out at a pressure of less than or equal to 500 bar, preferably less than or equal to 300 bar, preferably less than or equal to 100 bar and / or greater than or equal to 10 bar, preferably greater than or equal to 30 bar, preferably greater than or equal to 80 bar performed. Preferably, a line pressure of less than or equal to 100,000 N / m, preferably less than or equal to 50,000 N / m, preferably less than or equal to 40,000 N / m and / or greater than or equal to 1000 N / m, preferably greater than or equal to 10000 N / m, preferably greater than or equal to 30,000 N / m are used. It is advantageous here if the pressure or line pressure in the fourth step is greater than in the second step.

Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Prozessgeschwindigkeit von größer oder gleich 0,05 m/s, vorzugsweise größer oder gleich 0,1 m/s, vorzugsweise größer oder gleich 0,2 m/s und/oder kleiner oder gleich 0,5 m/s, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,4 m/s, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,3 m/s durchgeführt. Advantageously, the inventive method with a process speed of greater than or equal to 0.05 m / s, preferably greater than or equal to 0.1 m / s, preferably greater than or equal to 0.2 m / s and / or less than or equal to 0.5 m / s, preferably less than or equal to 0.4 m / s, preferably less than or equal to 0.3 m / s performed.

Im dritten Schritt wird die kompaktierte Schicht erwärmt. Dabei wird die Erwärmung vorzugsweise durch Einstrahlung von Infrarotstrahlung erzielt, bevorzugt mit einer Leistungsdichte von größer oder gleich 50 kW/m² bevorzugt größer oder gleich 80 kW/m², bevorzugt größer oder gleich 100 kW/m² und/oder kleiner oder gleich 150 kW/m², bevorzugt kleiner oder gleich 130 kW/m², bevorzugt kleiner oder gleich 110 kW/m². In the third step, the compacted layer is heated. The heating is preferably achieved by irradiation of infrared radiation, preferably with a power density of greater than or equal to 50 kW / m ^2, preferably greater than or equal to 80 kW / m ² , preferably greater than or equal to 100 kW / m ² and / or less than or equal to 150 kW / m ² , preferably less than or equal to 130 kW / m ² , preferably less than or equal to 110 kW / m ² .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zu Erwärmung ein mittelwelliger Infrarotstrahler, wie beispielsweise ein Carbonstrahler, verwendet. In an advantageous embodiment of the invention, a medium-wave infrared radiator, such as a carbon radiator, is used for heating.

Vorteilhafterweise wird der Strahler mit der genannten Leistungsdichte in einem Abstand von ≥ 20 mm, bevorzugt ≥ 40 mm und/oder ≤ 100 mm, bevorzugt ≤ 80mm, vorzugsweise ≤ 60 mm vom beschichteten Substrat entfernt angeordnet. Hierdurch kann ein Binder wie beispielsweise ein PVDF-Binder in wenigen Sekunden aufschmelzen und dadurch die Haftung zum Untergrund erheblich verbessern. Ein Aufschmelzen des Binders vor der Kompaktierung wäre nicht möglich, da sonst nach der Kompaktierung in der Schicht Risse entstünden. Darüber hinaus ist im nicht kompaktierten Zustand die Wärmeleitfähigkeit der Schicht so gering, dass eine erhebliche höhere Strahlungsdauer nötig wäre. Der dritte Schritt wird daher vorzugsweise nach dem zweiten Schritt ausgeführt. Advantageously, the radiator with the stated power density at a distance of ≥ 20 mm, preferably ≥ 40 mm and / or ≤ 100 mm, preferably ≤ 80mm, preferably ≤ 60 mm away from the coated substrate. As a result, a binder such as a PVDF binder melt in a few seconds and thereby significantly improve the adhesion to the substrate. A melting of the binder prior to compaction would not be possible, since otherwise cracking would occur after compaction in the layer. Moreover, in the non-compacted state, the thermal conductivity of the layer is so low that a considerably longer radiation time would be necessary. The third step is therefore preferably carried out after the second step.

Bevorzugterweise wird das pulverförmige Funktionsmaterial in erstem Schritt mit einem Schichtgewicht von größer oder gleich 60 g/m², vorzugsweise größer oder gleich 100 g/m², vorzugsweise größer oder gleich 120 g/m² und/oder kleiner oder gleich 200 g/m², vorzugsweise kleiner oder gleich 180 g/m², vorzugsweise kleiner oder gleich 150 g/m², vorzugsweise kleiner oder gleich 130 g/m² aufgetragen. Bei den in folgendem beschriebenen vorteilhaften Materialien kann hierbei ungefähr 1 g/m² einem µm an Schichtdicken entsprechen. Die oben genannten Werte können also für diese Materialien auch als Schichtdicke in Mikrometer angesehen werden. Preferably, the powdered functional material in the first step with a coating weight of greater than or equal to 60 g / m ² , preferably greater than or equal to 100 g / m ² , preferably greater than or equal to 120 g / m ² and / or less than or equal to 200 g / m ² , preferably less than or equal to 180 g / m ² , preferably less than or equal to 150 g / m ² , preferably less than or equal to 130 g / m ² applied. In the case of the advantageous materials described in the following, approximately 1 g / m ^{2 can} correspond to one μm of layer thicknesses. The above values can therefore also be regarded as layer thicknesses in microns for these materials.

Erfindungsgemäß enthält das Funktionsmaterial ein Pulver eines aktiven Materials und einen pulverförmigen Binder. Vorteilhafterweise kann das aktive Material eine Lithiumverbindung, vorzugsweise LiFePO₄, LiCoO₂, LiNiO₂, LiNi₁ xCo_xO₂, LiNi_0.85Co_0.1Al_0.05O₂, LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O₂, LiMn₂O₄ sein oder vorteilhaft auch Graphit, nanokristallines amorphes Silizium, Graphen und/oder Carbon Black. Carbon Black kann hierbei als Leitadditiv fungieren. According to the invention, the functional material contains a powder of an active material and a powdery binder. Advantageously, the active material may be or may be a lithium compound, preferably LiFePO ₄ , LiCoO ₂ , LiNiO ₂ , LiNi ₁ _x Co _x O ₂ , LiNi _0.85 Co _0.1 Al _0.05 O ₂ , LiNi _0.33 Co _0.33 Mn _0.33 O ₂ , LiMn ₂ O ₄ also graphite, nanocrystalline amorphous silicon, graphene and / or carbon black. Carbon Black can act as a guide additive.

Der pulverförmige Binder kann vorteilhafterweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufweisen oder daraus bestehen. Dabei kann dieser Binder bevorzugt einer Teilchengröße von größer oder gleich 5 µm, vorzugsweise größer oder gleich 8 µm und/oder kleiner oder gleich 15 µm, vorzugsweise kleiner oder gleich 12 µm, vorzugweise kleiner oder gleich 10 µm haben. Eine Partikelgröße des Binders ist vorzugsweise kleiner oder gleich 15 µm, da sonst hohe Anteile an Bindemittel eingesetzt werden müssen um anschließend bei der Elektrodenproduktion eine ausreichende Haftung zum Substrat, also dem Stromkollektor, zu erhalten. The powdered binder may advantageously comprise or consist of polyvinylidene fluoride (PVDF). In this case, this binder may preferably have a particle size of greater than or equal to 5 microns, preferably greater than or equal to 8 microns and / or less than or equal to 15 microns, preferably less than or equal to 12 microns, preferably less than or equal to 10 microns. A particle size of the binder is preferably less than or equal to 15 .mu.m, since otherwise high proportions of binder must be used in order subsequently to obtain sufficient adhesion to the substrate, ie the current collector, during electrode production.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise Elektroden für Batterien, Akkumulatoren, Galvanische Zellen, Supercaps, Brennstoffzellen, Lithiumionen-Akkus, und ähnliche Energiespeicher hergestellt werden. With the method according to the invention, for example, electrodes for batteries, accumulators, Galvanic cells, supercaps, fuel cells, lithium ion batteries, and similar energy storage can be produced.

Die hergestellte Elektrode kann eine Anode sein. In diesem Falle kann vorteilhaft das Funktionsmaterial eine Mischung aus beispielsweise Carbon Black, Graphit und Binder enthalten oder sein. Alternativ zu Carbon Black und Graphit kann auch nanokristallines amorphes Silizium eingesetzt werden. Im Falle von Supercaps können Mischung aus Graphen und Binder gemischt werden. The manufactured electrode may be an anode. In this case, the functional material may advantageously contain or be a mixture of, for example, carbon black, graphite and binder. As an alternative to carbon black and graphite, nanocrystalline amorphous silicon can also be used. In the case of supercaps, mixtures of graphene and binder can be mixed.

Die hergestellte Elektrode kann auch eine Kathode sein. In diesem Fall kann beispielsweise 6–10 Gewichtsprozent Carbon Black und 6–10 Gewichtsprozent PVDF der Lithiumverbindung (z.B. Lithiumeisenphosphat) beigemengt werden. Auch wenn die Elektrode eine Anode oder eine Supercap ist, kann dem Graphit bzw. Graphen bzw. Carbon Black ebenfalls ca. 6–10 Gewichtsprozent PVDF beigemengt werden. The prepared electrode may also be a cathode. In this case, for example, 6-10 weight percent of carbon black and 6-10 Percent by weight PVDF of the lithium compound (eg lithium iron phosphate) are added. Even if the electrode is an anode or a supercap, the graphite or carbon black can also be admixed with about 6-10% by weight of PVDF.

Vorteilhafterweise werden die eingesetzten Pulver vor dem Mischen oder vor dem Auftragen auf das Substrat getrocknet, um Restwasseranteile auszutreiben. Dies kann z.B. durch Vakuumtrocknung unter Temperatureinwirkung geschehen. Im Labormaßstab kann dieser Prozess beispielsweise in einer Glove-Box durchgeführt werden. Advantageously, the powders used are dried before mixing or before application to the substrate in order to drive off residual water fractions. This can e.g. done by vacuum drying under the influence of temperature. On a laboratory scale, this process can be carried out, for example, in a glove box.

Das Mischen der verschiedenen pulverförmigen Materialien zum pulverförmigen Funktionsmaterial kann vorteilhaft durch diffuses Mischen erfolgen. Beispielsweise kann hierzu ein Trommelmischer eingesetzt werden und vorteilhafterweise anschließend eine Propellermühle. Mit der Propellermühle erfolgt bei den eingesetzten sehr kleinen Partikeln nicht notwendigerweise eine Verfeinerung, es werden jedoch Agglormerate zerschlagen. Durch mehrminütiges Mahlen kann sich bei gleichem Binderanteil die Haftung des Funktionsmaterials auf dem Substrat (d.h. dem Stromkollektor bzw. der Elektrode) erheblich verbessern. Dadurch kann der Binderanteil in der Pulvermischung deutlich reduziert werden. The mixing of the various powdery materials into the powdered functional material can advantageously be effected by diffuse mixing. For example, for this purpose, a drum mixer can be used and advantageously then a propeller mill. The propeller mill does not necessarily refine the very small particles used, but agglomerates are broken. By grinding for several minutes, with the same amount of binder, the adhesion of the functional material to the substrate (i.e., the current collector or electrode) can be significantly improved. As a result, the binder content in the powder mixture can be significantly reduced.

Sind die Funktionsmaterialien, wie beispielsweise Lithiumverbindungen, gegen Luftsauerstoff bzw. Stickstoff empfindlich, so kann der Mischprozess bevorzugt unter Inertgasbedingungen erfolgen, beispielsweise in einer Glove-Box. If the functional materials, such as, for example, lithium compounds, are sensitive to atmospheric oxygen or nitrogen, then the mixing process can preferably take place under inert gas conditions, for example in a glove box.

Bevorzugterweise ist eine Teilchengröße zumindest einer Komponente des aktiven Materials größer oder gleich 2 µm, vorzugsweise größer oder gleich 3 µm und/oder kleiner oder gleich 10 µm, vorzugsweise kleiner oder gleich 8 µm, vorzugweise kleiner oder gleich 5 µm. Preferably, a particle size of at least one component of the active material is greater than or equal to 2 microns, preferably greater than or equal to 3 microns and / or less than or equal to 10 microns, preferably less than or equal to 8 microns, preferably less than or equal to 5 microns.

Eine Teilchengröße eines anteils von Carbon Black des aktiven Materials ist vorzugsweise größer oder gleich 0,2 µm, vorzugsweise größer oder 0,3 µm und/oder kleiner oder gleich 1 µm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,8 µm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,5 µm. A particle size of a proportion of carbon black of the active material is preferably greater than or equal to 0.2 μm, preferably greater than or equal to 0.3 μm and / or less than or equal to 1 μm, preferably less than or equal to 0.8 μm, preferably less than or equal to zero , 5 μm.

Das Substrat, also der Stromkollektor, kann vorteilhafterweise Aluminium aufweisen oder daraus bestehen. The substrate, ie the current collector, may advantageously comprise or consist of aluminum.

Im Folgenden soll eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode angegeben werden, mit welcher vorteilhafterweise das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Elektrode ausgeführt werden kann. Bevorzugt kann also die erfindungsgemäße Vorrichtung der Durchführung zur oben beschriebenen Verfahrensschritte eingerichtet sein. In the following, a device according to the invention for producing an electrode is to be specified, with which advantageously the above-described method for producing an electrode can be carried out. Preferably, therefore, the device according to the invention can be configured to carry out the method steps described above.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode weist eine elektrostatische Pulverbeschichtungsvorrichtung auf, mit der eine Schicht eines pulverförmigen Funktionsmaterials mittels eines elektrostatischen Beschichtungsverfahrens auf ein Substrat aufbringbar ist. Die oben genannten Definitionen gelten hier entsprechend. The device according to the invention for producing an electrode has an electrostatic powder coating device with which a layer of a powdered functional material can be applied to a substrate by means of an electrostatic coating method. The definitions above apply accordingly.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist außerdem eine Kompaktierungsvorrichtung auf, mit der die durch die elektrostatische Pulverbeschichtungsvorrichtung aufbringbare Schicht kompaktierbar ist. The device according to the invention also has a compacting device with which the layer which can be applied by the electrostatic powder coating device can be compacted.

Darüber hinaus weißt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Erwärmungsvorrichtung auf, mit der die durch die Kompaktierungsvorrichtung kompaktierte Schicht erwärmbar ist. In addition, the device according to the invention has a heating device with which the layer compacted by the compacting device can be heated.

Vorteilhafterweise ist also mit der elektrostatischen Pulverbeschichtigunsvorrichtung der erste Schritt des oben beschriebenen Verfahrens durchführbar, mit der Kompaktierungsvorrichtung der zweite oben beschriebene Schritt und mit der Erwärmungsvorrichtung der dritte oben beschriebene Schritt. Advantageously, therefore, with the electrostatic powder coating device, the first step of the method described above is feasible, with the compacting device the second step described above and with the heating device the third step described above.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung eine weitere Kompaktierungsvorrichtung auf, mit der die durch die Erwärmungsvorrichtung erwärmte Schicht erneut kompaktierbar ist. Die weitere Kompaktierungsvorrichtung kann zur Durchführung des oben beschriebenen vierten Schrittes eingerichtet sein. Advantageously, the device has a further compacting device with which the layer heated by the heating device can be compacted again. The further compaction device can be set up to carry out the fourth step described above.

Die elektrostatische Pulverbeschichtungsvorrichtung, die erste Kompaktierungsvorrichtung und die Erwärmungsvorrichtung können als Roll-To-Roll Prozess inline realisiert sein. Hierbei kann das Substrat selbst, ohne umlaufendes Band, transportiert werden. The electrostatic powder coating apparatus, the first compacting apparatus and the heating apparatus may be realized in-line as a roll-to-roll process. In this case, the substrate itself can be transported without circulating belt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrostatische Beschichtungsvorrichtung einen Pulvervorratsbehälter und eine Rüttelrinne aufweisen. Dabei kann der Pulvervorratsbehälter so angeordnet sein, dass pulverförmiges Material in die Rüttelrinne rieseln kann. Die Rüttelrinne kann so ausgestaltet sein, dass das Funktionsmaterial durch Rütteln der Rüttelrinne von einem Bereich, wo das Pulver aus dem Pulvervorratsbehälter auf die Rüttelrinne rieselt zu einem Ausgang der Rüttelrinne bewegbar ist, von wo es auf das Substrat bewegt wird. Es kann an die Rüttelrinne eine Hochspannung gegenüber Erde anlegbar sein, mittels welcher das Funktionsmaterial elektrostatisch aufladbar ist. Das Funktionsmaterial wird dann durch elektrostatische Kraftwirkung auf das Substrat bewegt. In an advantageous embodiment of the invention, the electrostatic coating device may comprise a powder reservoir and a vibrating channel. In this case, the powder reservoir may be arranged so that powdery material can trickle into the vibrating trough. The vibrating trough may be configured such that the functional material is movable by shaking the vibrating trough from an area where the powder from the powder reservoir trickles to the vibrating trough to an exit of the vibrating trough, from where it is moved onto the substrate. It can be applied to the Rüttelrinne a high voltage to earth, by means of which the functional material is electrostatically chargeable. The functional material is then moved by electrostatic force on the substrate.

Vorteilhafterweise wird die Rüttelrinne mit hochglänzender Oberfläche und geringer Rautiefe hergestellt, beispielsweise aus Stahl. Besonders bevorzugt werden Kanten der Rüttelrinne mit Heißkleber und/oder Polyimid-Klebeband oder einem anderen isolierenden Material versiegelt, so dass keine Korona entsteht. Advantageously, the vibrating trough is produced with a high-gloss surface and a small roughness, for example made of steel. Particularly preferably, edges of the vibrating trough are sealed with hot-melt adhesive and / or polyimide adhesive tape or another insulating material so that no corona is formed.

Das Rütteln kann beispielsweise mittels eines pneumatisch betriebenen Vibrators erzielt werden. The shaking can be achieved for example by means of a pneumatically operated vibrator.

Vorteilhafterweise wird die Rüttelrinne elektrisch isoliert aufgebaut, so dass kein Kontakt zu geerdeten Komponenten besteht. Es kann dann mittels eines elektrostatischen Hochspannungsgenerators eine Hochspannung von beispielsweise zwischen 10–30 kV angelegt werden. Advantageously, the vibrating channel is constructed electrically isolated, so that there is no contact with earthed components. It can then be applied by means of an electrostatic high voltage generator, a high voltage of, for example, 10-30 kV.

Vorteilhafterweise ist die Rüttelrinne gegenüber der Horizontalen in einem Winkel von ungleich Null geneigt, so dass sich das Pulver unter Wirkung der Gravitationskraft beim Rütteln der Rinne in dieser fortbewegt. Vorteilhafterweise kann die Rüttelrinne in Verbindung mit einer Absaugvorrichtung zum Absaugen von Overspray eingesetzt werden. Advantageously, the vibrating trough is inclined at a non-zero angle with respect to the horizontal, so that the powder moves away under the action of the gravitational force when the trough is shaken. Advantageously, the vibrating channel can be used in conjunction with a suction device for the extraction of overspray.

Alternativ kann die elektrostatische Beschichtungsvorrichtung ein elektrostatischer Bandbeschichter sein, bei dem das Funktionsmaterial mittels eines Bandes, vorzugsweise Polyimidfolie aufweisend oder daraus bestehend, zu einer Walze transportierbar ist, an die eine Hochspannung gegenüber Erde anlegbar ist. Auf diese Weise kann das Funktionsmaterial bei Kontakt mit der Walze elektrostatisch aufgeladen werden. Die angelegte Hochspannung kann beispielsweise zwischen 10 und 30 kV liegen. Das Band wird vorzugsweise halbleitfähig realisiert. Alternatively, the electrostatic coating device may be an electrostatic belt coater in which the functional material is transportable by means of a belt, preferably comprising or consisting of polyimide film, to a roller to which a high voltage can be applied with respect to ground. In this way, the functional material can be electrostatically charged upon contact with the roller. The applied high voltage may for example be between 10 and 30 kV. The band is preferably realized semi-conductive.

Das pulverförmige Funktionsmaterial ist auf das Band beispielsweise mittels eines Pulvervorratsbehälters aufbringbar, der eine Siebfläche aufweist. Das Pulvergemisch kann dann über die Siebfläche, beispielsweise aufgrund einer Vibration des Siebes, nach unten auf das Band rieseln. Es wird dann mittels des Bandes zu der auf Hochspannung gesetzten Walze transportiert, wo sich das Pulver mittels Kontaktaufladung auflädt. Das Band kann vorteilhafterweise um die Hochspannungswalze sowie eine weitere Walze gespannt sein, die mit einer zur Hochspannungswalze parallelen Achse angeordnet ist. Dabei kann die weitere Walze, die nicht unter Hochspannung steht, angetrieben sein. Auf diese Weise wird das Band mittels der weiteren Walze bewegt. Das auf das Band gerieselte Funktionsmaterial wird mit dem Band in Richtung der auf Hochspannung gesetzten Walze bewegt. The powdered functional material can be applied to the belt, for example by means of a powder reservoir, which has a screen surface. The powder mixture can then trickle down over the screen surface, for example due to vibration of the screen, onto the belt. It is then transported by means of the belt to the high tension roller, where the powder charges by means of contact charging. The band may advantageously be stretched around the high-tension roll as well as another roll arranged with an axis parallel to the high-tension roll. In this case, the other roller, which is not under high voltage, be driven. In this way, the tape is moved by means of the further roller. The functional material dropped onto the belt is moved with the belt in the direction of the high-tensioned roller.

Die elektrostatische Beschichtungsvorrichtung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auch eine Scheibe aufweisen, die um eine durch einen Mittelpunkt der Scheibe verlaufende Drehachse drehbar ist. In diesem Fall kann an die Scheibe eine Spannung anlegbar sein, beispielsweise zwischen 10-30 kV, und das Funktionsmaterial auf die Scheibe aufbringbar sein und durch Kontakt mit der Scheibe elektrostatisch aufladbar sein. Bevorzugterweise ist dabei die rotierende elektrostatische Scheibe nicht in elektrischem Kontakt mit geerdeten Komponenten. In an advantageous embodiment of the invention, the electrostatic coating apparatus may also comprise a disk which is rotatable about an axis of rotation passing through a center of the disk. In this case, a voltage can be applied to the disk, for example between 10-30 kV, and the functional material can be applied to the disk and can be electrostatically charged by contact with the disk. Preferably, the rotating electrostatic disk is not in electrical contact with grounded components.

Das Funktionsmaterial kann vorteilhafterweise mittels eines Rüttelbehälters auf die elektrostatisch geladene Scheibe aufbringbar sein, der das Pulvergemisch auf der Scheibe verteilt. The functional material can advantageously be applied by means of a Rüttelbehälters on the electrostatically charged disc, which distributes the powder mixture on the disc.

Vorteilhafterweise wird in dieser Ausgestaltung der elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung das Substrat, auf welches das pulverförmige Funktionsmaterial aufgebracht wird, über der Oberfläche der Scheibe in einem Abstand vorbeigeführt, der so gewählt ist, dass das durch die Scheibe geladene Pulver mittels elektrostatischer Kraftwirkung auf das Substrat bewegt wird. Dabei ist vorzugsweise das Substrat geerdet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Substrat auf einem isolierenden Band, beispielsweise Polyimid aufweisend oder daraus bestehend, transportiert werden. Advantageously, in this embodiment of the electrostatic coating apparatus, the substrate to which the powdered functional material is applied, passes over the surface of the disc at a distance which is chosen so that the powder loaded by the disc is moved by means of electrostatic force on the substrate. In this case, preferably, the substrate is grounded. In an advantageous embodiment, the substrate can be transported on an insulating tape, for example comprising polyimide or consisting thereof.

Das Substrat kann vorteilhafterweise über Rollen geführt werden. Dabei ist vorteilhafterweise eine Rolle der Scheibe am nächsten gelegen. Eine Achse dieser Rolle verläuft vorzugsweise radial zur Scheibe, also in Richtung auf deren Mittelachse zu. The substrate can advantageously be guided over rollers. It is advantageously a role of the disc located closest. An axis of this roller preferably extends radially to the disc, ie in the direction of its central axis.

Eine Vorrichtung zum Aufbringen des Pulvers auf die Scheibe weist vorzugsweise eine radial verlaufende Kante auf, über welche das Pulver auf die Scheibe rieselt. Beispielsweise durch einen geeigneten Rüttelbehälter kann sicher gestellt werden, dass das Pulver gleichmäßig über die gesamte Länge dieser Kante auf die Scheibe rieselt. Hierdurch wird erreicht, dass das Pulver gleichförmig auf das radial an der Scheibe vorbeigeführte Band aufgetragen werden kann. A device for applying the powder to the disk preferably has a radially extending edge over which the powder trickles onto the disk. For example, by means of a suitable vibrating container it can be ensured that the powder trickles evenly over the entire length of this edge onto the disk. This ensures that the powder can be uniformly applied to the radially guided past the disc band.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrostatische Beschichtungsvorrichtung eine Walze aufweisen, an die eine Hochspannung gegenüber Erde von beispielsweise zwischen 10–30 kV anlegbar ist und auf welche das Funktionsmaterial aufbringbar ist, so dass es durch Kontakt der Walze aufgeladen wird. Die elektrostatische Beschichtungsvorrichtung kann außerdem eine geerdete Gegenwalze aufweisen, über welche das Substrat läuft und durch welche das Substrat geerdet wird. Die Gegenwalze und die auf Hochspannung gelegte Walze werden in einem solchen Abstand zueinander angeordnet, dass sich das pulverförmige Funktionsmaterial aufgrund der Wirkung der elektrostatischen Kraft auf das Substrat bewegt, vorzugsweise dort, wo es die Gegenwalze umläuft. Bevorzugterweise sind die auf Hochspannung gelegte Walze und die Gegenwalze mit parallelen Achsen angeordnet. In an advantageous embodiment of the invention, the electrostatic coating device may comprise a roller to which a high voltage to earth of for example between 10-30 kV can be applied and on which the functional material can be applied, so that it is charged by contact of the roller. The electrostatic coating apparatus may further comprise a grounded mating roll over which the substrate passes and through which the substrate is grounded. The backing roll and the high-tension roll are arranged at such a distance from each other that the powdered functional material due to the effect of moves electrostatic force to the substrate, preferably where it rotates the counter roll. Preferably, the high-tension roll and the backing roll are arranged with parallel axes.

Die Beschichtungsvorrichtung kann außerdem einen Pulverzudosierbehälter aufweisen, mittels welchem das pulverförmige Funktionsmaterial auf die auf Hochspannung gelegte Walze verteilt wird. Beispielsweise kann das Pulver über einen Propeller oder Schwingkopf durch ein Sieb auf der Walze verteilt werden. Die Pulverdosierung zu diesem Behälter kann beispielsweise über eine Pulver-Dichtstrompumpe erfolgen. The coating apparatus may further comprise a powder metering container by means of which the powdered functional material is distributed to the high-tensioned roller. For example, the powder can be distributed via a propeller or oscillating head through a sieve on the roller. The powder dosage to this container can be done for example via a powder-dense phase pump.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Kompaktierungsvorrichtung eine erste Walze und zumindest eine Gegenwalze aufweisen, zwischen denen das Substrat mit dem Funktionsmaterial hindurchgeführt wird, und die mit parallelen Achsen so angeordnet sind, dass durch Druck der Walzen das Funktionspulver auf dem Substrat kompaktiert wird. Bevorzugterweise sind die Walzen unabhängig voneinander auf einer konstanten Temperatur haltbar. In an advantageous embodiment of the invention, the compacting device may comprise a first roller and at least one counter-roller, between which the substrate is passed with the functional material, and which are arranged with parallel axes so that by pressing the rollers, the functional powder is compacted on the substrate. Preferably, the rolls are independently stable at a constant temperature.

Es soll stets jene Walze, die mit dem Funktionsmaterial in Berührung kommt, als Kompaktierwalze bezeichnet werden und jene Walze, die mit dem Substrat in Kontakt kommt, als Gegenwalze. It should always be that roller, which comes into contact with the functional material in contact, called Kompaktierwalze and that roller, which comes into contact with the substrate, as a counter roll.

Die Gegenwalze ist vorzugsweise auf einer geringeren Temperatur haltbar als die Kompaktierwalze. Die Kompaktierwalze kann vorteilhafterweise so temperiert werden, dass der Binder erweicht wird. The backing roll is preferably durable at a lower temperature than the compacting roll. The compacting roller can advantageously be tempered so that the binder is softened.

Ein Durchmesser der Kompaktierwalze kann vorzugsweise größer oder gleich 80 mm, vorzugsweise größer oder gleich 100 mm, besonders bevorzugt größer oder gleich 130 mm und/oder kleiner oder gleich 200 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 180 mm sein. A diameter of the compacting roller may preferably be greater than or equal to 80 mm, preferably greater than or equal to 100 mm, particularly preferably greater than or equal to 130 mm and / or less than or equal to 200 mm, preferably less than or equal to 180 mm.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umläuft das Substrat mit dem Funktionsmaterial die Kompaktierwalze entlang eines Teils ihres Umfanges, es berührt die Kompaktierwalze also nicht nur linienförmig. Vorzugsweise umläuft das Substrat mit dem Funktionsmaterial dabei die Kompaktierwalze entlang mehr als der Hälfte des Umfangs der Kompaktierwalze, also Ω-förmig. In diesem Fall können mehrere Gegenwalzen vorgesehen sein, die entlang des Umfangs der Kompaktierwalze mit zu dieser parallelen Walzenachsen so angeordnet sind, dass sie das Substrat auf die Kompaktierwalze drücken. Der Abstand der Kompaktierwalze zu den Gegenwalzen wird abhängig von den Durchmessern dieser Walzen und der Dicke des Substrates mit dem darauf angeordneten Funktionsmaterial so gewählt, dass der gewünschte Druck bzw. Liniendruck zur Kompaktierung des Funktionsmateriales realisiert wird. In a preferred embodiment of the invention, the substrate with the functional material circulates around the compacting roller along a part of its circumference, thus not only touching the compacting roller in a linear manner. In this case, the substrate with the functional material preferably circulates along the compacting roll along more than half of the circumference of the compacting roll, ie in an Ω-shaped manner. In this case, a plurality of counter-rollers may be provided, which are arranged along the circumference of the compacting roll with parallel to these roll axes so that they press the substrate onto the compacting roll. The distance of the compacting to the counter-rollers is selected depending on the diameters of these rolls and the thickness of the substrate with the functional material arranged thereon so that the desired pressure or line pressure for compacting the functional material is realized.

Das Substrat kann nach Verlassen und vor Erreichen der Kompaktierwalze mittels weiterer Walzen so umgelenkt werden, dass es vor und hinter dem Kompaktierungsschritt in beliebigen Winkeln führbar und dadurch in einen Roll-To-Roll Prozess integrierbar ist. After leaving and before reaching the compacting roller, the substrate can be deflected by means of further rollers in such a way that it can be guided at any angle in front of and behind the compaction step and thus integrated into a roll-to-roll process.

Die Erwärmungsvorrichtung kann vorteilhafterweise ein Infrarotstrahler, besonders bevorzugt ein Carboninfrarotstrahler sein. The heating device may advantageously be an infrared radiator, more preferably a carbon infrared radiator.

Auch die weitere Kompaktierungsvorrichtung kann vorteilhafterweise mittels zweier Walzen realisiert sein, zwischen denen das Substrat mit der Funktionsschicht nach dem Erwärmen hindurchgeführt wird. Wiederum sind die Walzen dabei so bemessen und in einem solchen Abstand mit parallelen Achsen zueinander angeordnet, dass sie den gewünschten Druck auf das Substrat mit dem Funktionsmaterial aufbringen. Für den weiteren Kompaktierungsschritt ist es bevorzugt, wenn die Walzen das Substrat linienförmig kontaktieren. Die Walzen können hier vorteilhaft harte Walzen sein. Sie können beispielsweise Chromstahl aufweisen oder daraus bestehen. The further compacting device can advantageously also be realized by means of two rollers, between which the substrate with the functional layer is passed after the heating. Again, the rollers are dimensioned and arranged at such a distance with parallel axes to each other that they apply the desired pressure to the substrate with the functional material. For the further compaction step, it is preferred if the rollers contact the substrate in a line-shaped manner. The rollers can advantageously be hard rollers here. They can, for example, comprise or consist of chrome steel.

Im folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Die in den Beispielen beschriebenen Merkmale können dabei unabhängig vom konkreten Beispiel realisiert sein und zwischen den Beispielen kombiniert werden. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche oder entsprechende Merkmale. In the following, the invention will be explained by way of example with reference to some figures. The features described in the examples can be realized independently of the specific example and combined between the examples. Like reference numerals denote the same or corresponding features.

Es zeigt It shows

1 eine elektrostatische Beschichtungsvorrichtung mit einer Rüttelrinne, 1 an electrostatic coating device with a vibrating trough,

2 einen elektrostatischen Bandbeschichter, 2 an electrostatic coil coater,

3 einen elektrostatische Beschichtungsvorrichtung mit einer rotierenden Scheibe, 3 an electrostatic coating device with a rotating disk,

4 eine elektrostatische Beschichtungsvorrichtung mit einer rotierenden Walze, 4 an electrostatic coating device with a rotating roller,

5 eine Vorrichtung zum Durchführen eines Kompaktierschrittes, 5 a device for carrying out a compacting step,

6 eine Vorrichtung zur Durchführung des ersten Kompaktierschrittes, 6 a device for carrying out the first compacting step,

7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode, 7 a device according to the invention for producing an electrode,

8 den spezifischen Widerstand einer Funktionsschicht in Abhängigkeit vom Carbon Black-Gehalt und 8th the resistivity of a functional layer as a function of the carbon black content and

9 die parasitäre Abscheidung von Funktionspulver an der Kompaktierwalze für verschiedene Materialien in der in Abhängigkeit von der Temperatur der Kompaktierwalze. 9 the parasitic deposition of functional powder on the compacting roll for various materials as a function of the temperature of the compacting roll.

Erfindungsgemäß wird eine Elektrode hergestellt, indem in einem ersten Schritt eine Schicht des pulverförmigen Funktionsmaterials mittels eines elektrostatischen Beschichtungsverfahrens als Pulver auf ein Substrat aufgebracht wird, wobei das Funktionsmaterial ein Pulver eines aktiven Materials und einen pulverförmigen Binder enthält. In einem zweiten Schritt wird die im ersten Schritt aufgebrachte Schicht kompaktiert, und in einem dritten Schritt die kompaktierte Schicht erwärmt. Mischungen des Funktionsmaterials können beispielsweise Lithiumverbindungen, wie z.B. Lithiumeisenphosphat aufweisen, sowie beispielsweise Carbon Black und PVDF als Binder in verschiedenen Mengenverhältnissen. Mit derartigen Mischungen lässt sich ein gutes Beschichtungsergebnis erzielen. Entmischungserscheinungen treten nur in geringen Maßen auf, obwohl sich die Binderteilchen als Einzelkomponente fast nicht abscheiden würden. According to the invention, an electrode is produced in that, in a first step, a layer of the powdered functional material is applied as a powder to a substrate by means of an electrostatic coating method, the functional material containing a powder of an active material and a powdery binder. In a second step, the layer applied in the first step is compacted, and in a third step, the compacted layer is heated. Mixtures of the functional material may include, for example, lithium compounds, e.g. Have lithium iron phosphate, and for example carbon black and PVDF as a binder in various proportions. With such mixtures, a good coating result can be achieved. Demixing phenomena occur only to a small extent, although the binder particles would hardly separate as a single component.

Eine mögliche Erklärung, ohne Anspruch auf Vollständigkeit oder Richtigkeit, könnte sein, dass sehr feine Carbon Black-Partikel die Lithiumverbindungsteilchen und die PVDF-Teilchen umhüllen und mit sich zur Gegenelektrode transportieren. Die PVDF-Teilchen scheiden sich dabei, obwohl fast ungeladen, mit auf der Gegenelektrode ab. Die Lithiumverbindungsteilchen scheiden sich auf ähnlichem Wege ab, allerdings sind diese aufgeladen und geben aufgrund ihrer Halbleitfähigkeit die Ladung nicht sofort ab, sondern behalten sie für einige Sekunden. Die insgesamt sehr feine Pulvermischung könnte auch aufgrund der Van-der-Waals-Kräfte an dem Substrakt anhaften. A possible explanation, without claim to completeness or correctness, could be that very fine carbon black particles envelop the lithium compound particles and the PVDF particles and transport them to the counterelectrode. The PVDF particles separate, although almost uncharged, with on the counter electrode. The lithium compound particles are deposited in a similar way, but these are charged and do not give off the charge immediately because of their semiconductivity, but keep it for a few seconds. The overall very fine powder mixture could also adhere to the sub-tract due to van der Waals forces.

Das Ergebnis ist insofern überraschend, als die Einzelkomponenten folgende Effekte zeigen. Beim nichtleitenden Binder erfolgt durch die Kontaktaufladung fast keine Aufladung, da die Aufladezeit proportional zum spezifischen Widerstand ist, so dass bei elektrisch isolierenden Materialien Aufladezeiten von Sekunden bis Minuten auftreten. Nur vereinzelte Partikel werden von der aufgeladenen Elektrode zur geeerdeten Gegenelektrode abgeschieden und haften dort aufgrund der Coulomb-Kräfte an. The result is surprising in that the individual components show the following effects. With the non-conductive binder, there is almost no charge as a result of the contact charging, since the charging time is proportional to the specific resistance, so that charging times of seconds to minutes occur with electrically insulating materials. Only isolated particles are deposited from the charged electrode to the grounded counter electrode and adhere there due to Coulomb forces.

Die reinen Lithiumverbindungen scheiden sich recht gut als Einzelkomponenten mittels der Kontaktaufladung ab, da elektrische halbleitfähige Materialien mit einem spezifischen Widerstand von weniger als GΩm bereits sehr gut für die Kontaktaufladung geeignet sind. Die Anhaftung der Gegenelektrode erfolgt vermutlich aufgrund einer Kombination aus Coulomb-Kraft sowie der Van-der-Waals Kraft, die bei den feinen Partikeln bereits zur Wirkung kommt. The pure lithium compounds separate quite well as individual components by means of contact charging, since electrical semiconductive materials with a specific resistance of less than GΩm are already very well suited for contact charging. The adhesion of the counter electrode is believed to be due to a combination of Coulomb force and the van der Waals force, which already occurs in the fine particles.

Versuche zeigen, dass sich Graphit oder Carbon Black hervorragend auflädt, allerdings werden diese Partikel an der geerdeten Gegenelektrode umgeladen und können abprallen und sich wieder zur Aufladeelektrode zurückbewegen. Anscheinend reicht hier die Van-der-Waals Kraft nicht aus, um eine Haftung der Partikel an der Gegenelektrode zu erzielen. Experiments show that graphite or carbon black charges well, but these particles are transferred to the grounded counter electrode and can rebound and move back to the charging electrode. Apparently, the van der Waals force is not sufficient here to achieve adhesion of the particles to the counterelectrode.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können z.B. zur Herstellung von Kathoden oder Anoden für Batterien, zur Herstellung von Elektroden für Supercaps oder Brennstoffzellen eingesetzt werden. Eine weitere mögliche Anwendung ist die elektrostatische Pulverbeschichtung von mittels Leitadditiven wie beispielsweise Carbon Black leitfähig eingestellten Pulverlacken. Die Leitadditive können als Dry-Blend-System dem Pulverlack zugemischt werden. Da bei der Kontaktaufladung vorzugsweise keine Corona entsteht, kann diese Methode insbesondere zur Beschichtung halbleitfähiger Substrate, z.B. für Holzwerkstoffe, eingesetzt werden. The method and the device according to the invention can e.g. for the production of cathodes or anodes for batteries, for the production of electrodes for supercaps or fuel cells. Another possible application is the electrostatic powder coating of conductive coatings such as carbon black conductive powder coatings. The conductive additives can be added to the powder coating as a dry-blend system. Since contact charging preferably does not produce corona, this method can be used in particular for coating semiconductive substrates, e.g. for wood-based materials.

1 zeigt eine elektrostatische Beschichtungsvorrichtung zum Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer elektrostatischen Rüttelrinne 11. Die elektrostatische Rüttelrinne 11 ist länglich ausgebildet und in ihrer Längsrichtung gegenüber der Horizontalen in einem Winkel von ungleich Null geneigt. Die Rüttelrinne 11 kann hierbei in einer Schnittebene senkrecht zu ihrer Längsrichtung ein V-förmiges Profil aufweisen. An einem oberen Ende der Rüttelrinne 11 kann ein Pulvervorratsbehälter 12 angeordnet sein, aus welchem pulverförmiges Funktionsmaterial, beispielsweise über einen Spalt, in die Rüttelrinne rieselt. Die Rüttelrinne kann beispielsweise mittels eines pneumatisch betriebenen Vibrators vibriert werden, so dass das Pulver durch die Vibration aus dem Pulvervorratsbehälter 12 in die Rüttelrinne 11 rieselt und sich in der Rüttelrinne 11 entlang der Längsachse zu deren unterem Ende hin bewegt. 1 shows an electrostatic coating apparatus for use in the method according to the invention and the device according to the invention with an electrostatic vibrating trough 11 , The electrostatic vibrating trough 11 is elongated and inclined in its longitudinal direction relative to the horizontal at a non-zero angle. The vibrating trough 11 In this case, in a sectional plane perpendicular to its longitudinal direction, it may have a V-shaped profile. At an upper end of the vibrating trough 11 can be a powder reservoir 12 be arranged from which powdered functional material trickles, for example, via a gap in the vibrating trough. The vibrating trough can be vibrated, for example by means of a pneumatically operated vibrator, so that the powder from the powder reservoir by the vibration 12 into the vibrating trough 11 trickles down and in the vibrating trough 11 moved along the longitudinal axis to the lower end.

Die Rüttelrinne kann auf einer Hochspannung, beispielsweise zwischen 10 und 30 kV gegenüber Erde gelegt werden. Dadurch kann sich das Pulver in Kontakt mit der Rüttelrinne 11 elektrostatisch aufladen. The vibrating trough can be placed at a high voltage, for example between 10 and 30 kV with respect to ground. This allows the powder in contact with the vibrating trough 11 electrostatically charged.

Die Rüttelrinne 11 ist gegenüber geerdeten Teilen elektrisch isoliert. Kanten können mit Heißkleber und/oder Polyimidklebeband oder anderen isolierenden Materialien so versiegelt sein, dass keine Corona entsteht. The vibrating trough 11 is electrically insulated from earthed parts. Edges may be sealed with hot melt and / or polyimide tape or other insulating materials so that no corona is formed.

Die gezeigte Vorrichtung kann außerdem einen Absaugtrichter 13 zur Absaugung von Overspray, also nicht auf dem Substrat abgeschiedenem Pulver, aufweisen. Das in 1 nicht gezeigte Substrat wird in diesem Beispiel zwischen der oberen Öffnung 14 des Overspraytrichters und dem unteren Ende der Rüttelrinne 11 vorbei geführt. Das Substrat kann geerdet sei, so dass sich das aus der Rüttelrinne 11 herunterrieselnde Pulver mittels der elektrostatischen Wechselwirkung auf das Substrat bewegt und dort abgeschieden wird. The device shown can also have a suction funnel 13 for the extraction of overspray, so not deposited on the substrate powder. This in 1 not shown substrate is in this example between the upper opening 14 the overspray funnel and the lower end of the vibrating trough 11 passed by. The substrate may be grounded, leaving that from the vibrating trough 11 down-flowing powder is moved by the electrostatic interaction on the substrate and deposited there.

Der Absaugtrichter 13 weist an seinem unteren Ende Öffnungen 15a, 15b zur Erzeugung eines Unterdrucks auf, so dass ein Luftstrom in den Trichter hinein entsteht, der Overspraypulver mit sich trägt. The suction funnel 13 has openings at its lower end 15a . 15b to generate a negative pressure, so that an air flow into the funnel is formed, which carries Overspraypulver with it.

2 zeigt einen elektrostatischen Bandbeschichter, der als elektrostatische Beschichtungsvorrichtung im erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann. 2 shows an electrostatic coil coater, which can be used as an electrostatic coating apparatus in the method and apparatus of the invention.

Der in 2 gezeigte Bandbeschichter weist einen Pulvervorratsbehälter 21 auf, aus welchem pulverförmiges Funktionsmaterial auf ein Band rieselt. Das Band ist vorzugsweise halbleitfähig und kann beispielsweise Polyimid enthalten oder daraus bestehen. Das Band 22 verläuft über eine Antriebswalze 23 sowie eine zu dieser mit paralleler Achse angeordnete Hochspannungswalze 24. Der Pulvervorratsbehälter 21 ist über dem Band 22 angeordnet, so dass Pulver aus dem Pulvervorratsbehälter 21 heraus nach unten auf das Band 22 rieseln kann. Das Band 22 wird mittels der Antriebswalze 23 so bewegt, dass das aus dem Pulvervorratsbehälter 21 auf das Band 22 rieselende Funktionspulver in Richtung der Hochspannungswalze 24 bewegt wird. An der Hochspannungswalze 24 lädt sich das Pulver dann elektrostatisch auf. The in 2 Ribbon coater shown has a powder reservoir 21 on, from which powdered functional material trickles on a tape. The tape is preferably semiconductive and may, for example, contain or consist of polyimide. The ribbon 22 runs over a drive roller 23 and a high-pressure roller arranged parallel to this axis 24 , The powder reservoir 21 is disposed above the belt 22 so that powder from the powder reservoir 21 out down on the tape 22 can trickle. The ribbon 22 is by means of the drive roller 23 so moved that out of the powder reservoir 21 on the tape 22 trickling functional powder in the direction of the high-tension roller 24 is moved. At the high-tension roller 24 The powder then electrostatically charges.

3 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist eine Scheibe 31 auf, die um eine zur Scheibenfläche senkrecht stehende, den Mittelpunkt der Scheibe durchlaufende, Drehachse drehbar ist. Die Scheibe 31 ist gegenüber Erde auf Hochspannung legbar. Sie ist daher gegenüber allen geerdeten Komponenten elektrisch isoliert. Beispielsweise kann eine Hochspannung zwischen 10 und 30 kV gegenüber Erde an die Scheibe 31 angelegt werden. 3 shows another possible embodiment of an electrostatic coating apparatus for use in the present invention. The device has a disk 31 on, which is rotatable about an axis perpendicular to the disc surface, the center of the disc passing through, rotation axis. The disc 31 is layable with respect to earth on high voltage. It is therefore electrically insulated from all grounded components. For example, a high voltage between 10 and 30 kV to earth to the disk 31 be created.

Die Vorrichtung weist außerdem einen Rüttelbehälter 32 auf, mittels welchem das pulverförmige Funktionsmaterial auf der elektrostatischen Scheibe 31 verteilbar ist. Hierzu weist der Rüttelbehälter einen Vorratsbehälter 33 auf, aus welchem Pulver auf eine schräge Ebene 34 rieseln kann. Die schräge Ebene 34 ist gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von ungleich Null geneigt und hat eine untere gerade Kante, die parallel zur Oberfläche der Scheibe 31 liegt und radial auf die Drehachse der Scheibe 31 hin ausgerichtet ist. Über diese Kante kann Pulver auf die Scheibe 31 rieseln. The device also has a vibrating container 32 on, by means of which the powdered functional material on the electrostatic disk 31 is distributable. For this purpose, the Rüttelbehälter a reservoir 33 on, from which powder on an inclined plane 34 can trickle. The sloping plane 34 is inclined at a non-zero angle with respect to the horizontal and has a lower straight edge parallel to the surface of the disk 31 lies and radially on the axis of rotation of the disc 31 is aligned. Over this edge can powder on the disc 31 trickle.

Die Vorrichtung weist außerdem mit zueinander parallelen Achsen angeordnete Walzen 35, 36 und 37 auf, über welche das Substrat leitbar ist. Die Walze 35 ist dabei der Scheibe 31 am nächsten gelegen. Ihre Walzenachse verläuft radial auf die Drehachse der Scheibe 31 zu und liegt parallel zur Oberfläche der Scheibe 31. In jedem Bereich, wo das Substrat die Walze 35 umläuft, kann Pulver durch elektrostatische Kraft von der Oberfläche der Scheibe 31 auf das Substrat 38 bewegt werden. Hierzu wird vorzugsweise das Substrat 38 geerdet. The device also has rollers arranged parallel to one another 35 . 36 and 37 on, over which the substrate is conductive. The roller 35 is the disc 31 closest. Its roll axis runs radially on the axis of rotation of the disc 31 to and lies parallel to the surface of the disc 31 , In each area where the substrate is the roller 35 can revolve powder by electrostatic force from the surface of the disc 31 on the substrate 38 to be moved. For this purpose, preferably the substrate 38 grounded.

Das Substrat kann selbst über die Walze 35 und die anderen Walzen 36 und 37 verlaufen oder es kann auf einem Transportband transportiert werden, was vorzugsweise elektrisch isolierend ist und beispielsweise ein Polyimidband sein kann. The substrate can even over the roller 35 and the other rollers 36 and 37 run or it can be transported on a conveyor belt, which is preferably electrically insulating and can be, for example, a polyimide tape.

Es sei darauf hingewiesen, dass für die Funktion der Beschichtungsvorrichtung nur die der Scheibe 31 nächstgelegene Rolle 35 wichtig ist. Die Rollen 36 und 37 sind optional und können bei anderem Verlauf des Substrattransportes anders angeordnet sein oder wegfallen. It should be noted that for the function of the coating device only that of the disc 31 nearest role 35 important is. The roles 36 and 37 are optional and can be arranged differently or be omitted in other course of the substrate transport.

In der in 3 gezeigten Vorrichtung rieselt das Pulver aus dem Vorratsbehälter 33 auf die schiefe Ebene 34 und von dort über deren unteren Kante auf die Oberfläche der Scheibe 31. Da die Scheibe 31 auf Hochspannung gelegt ist, wird das Pulver bei Kontakt mit der Scheibe 31 geladen. Es wird dann durch Rotation der Scheibe zur Walze 35 transportiert, wo es durch elektrostatische Kraftwirkung auf das geerdete Substrat 38 abgeschieden wird. Das Substrat 38 wird über die Walze 35 an der Scheibe 31 vorbei bewegt, so dass eine Beschichtung von Substratbändern 38 beliebiger Länge möglich ist. In the in 3 shown device trickles the powder from the reservoir 33 on the inclined plane 34 and from there over its lower edge to the surface of the disc 31 , Because the disc 31 is placed on high voltage, the powder is in contact with the disc 31 loaded. It is then by rotation of the disc to the roller 35 transported by electrostatic force on the grounded substrate 38 is deposited. The substrate 38 gets over the roller 35 at the disc 31 moved past, leaving a coating of substrate tapes 38 any length is possible.

4 zeigt eine weitere mögliche Vorrichtung zur elektrostatischen Beschichtung und Komprimierung, die im erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz kommen kann. 4 shows another possible device for electrostatic coating and compression, which can be used in the method according to the invention and in the device according to the invention.

Die Vorrichtung weist eine rotierende Walze 41 auf, die elektrisch gegenüber geerdeten Komponenten isoliert ist und, beispielsweise mittels eines elektrostatischen Hochspannungsgenerators auf eine Hochspannung, beispielsweise zwischen 10 und 30 kV, gesetzt werden kann. The device has a rotating roller 41 which is electrically insulated from grounded components and can be set to a high voltage, for example between 10 and 30 kV, for example by means of an electrostatic high voltage generator.

Aus einem Pulverdosierbehälter 42 kann Pulver, beispielsweise mittels eines Propellers oder Schwingkopfes, durch ein Sieb auf der Hochspannungswalze 41 verteilt werden. Zu dem Behälter kann das Pulver beispielsweise über eine Pulverdichtstrompumpe transportiert werden. From a powder dosing tank 42 can powder, for example by means of a propeller or oscillating head, through a sieve on the High tension roller 41 be distributed. To the container, the powder can be transported for example via a powder seal pump.

Die Vorrichtung weist außerdem eine Walze 43 auf, über welche das Substrat an der Hochspannungswalze 41 vorbei transportiert wird. Im Bereich der Walze 43 wird Pulver von der Hochspannungswalze 41 mittels elektrostatischer Wechselwirkung auf das Substrat 45 aufgebracht. Die Walze 43 kann vorteilhafterweise geerdet sein. The device also has a roller 43 over which the substrate on the high-tension roll 41 is transported over. In the area of the roller 43 gets powder from the high tension roller 41 by electrostatic interaction on the substrate 45 applied. The roller 43 may be advantageously grounded.

Die gezeigte Vorrichtung weist außerdem eine Vorrichtung zur Komprimierung des Funktionsmaterials auf. Mit der in 4 gezeigten Vorrichtung ist also der erste wie auch der zweite Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar. The device shown also has a device for compressing the functional material. With the in 4 As shown, the first as well as the second step of the method according to the invention can be carried out.

Die Kompaktierungsvorrichtung weist insbesondere eine Kompaktierwalze 44 auf, die von dem Substrat 45 Ω-förmig umlaufen wird. Das Substrat mit der darauf angeordneten Pulverschicht umläuft also die Kompaktierwalze 44 entlang eines Teils ihres Umfangs, so dass die Pulverschicht die Kompaktierwalze 44 flächig kontaktiert. The compacting device has in particular a compacting roller 44 on top of that from the substrate 45 Ω-shaped circulating. The substrate with the powder layer arranged thereon thus revolves around the compacting roller 44 along part of its circumference so that the powder layer is the compacting roll 44 contacted flatly.

Merkmal der Ω-förmigen Umschlingung der Kompaktierwalze ist insbesondere auch, dass der Verlauf des Substrates durch die Kompaktierwalze 44 abgelenkt wird. Das Substrat verläuft also auf die Kompaktierwalze zu und wird beim Erreichen ihrer Oberfläche um einen Winkel von ungleich Null auf die Oberfläche der Kompaktierwalze 44 abgelenkt. A characteristic of the Ω-shaped wrapping of the compacting roll is, in particular, that the course of the substrate through the compacting roll 44 is distracted. Thus, the substrate extends towards the compacting roll and, upon reaching its surface, becomes at a non-zero angle on the surface of the compacting roll 44 distracted.

Die in 4 gezeigte Vorrichtung weist außerdem eine weitere Rolle 46 auf, die der Umlenkung des Substrates 45 im Anschluss an die Kompaktierwalze 44 dient. Die Walze 46 ist optional, sie ist jedoch vorteilhaft, wenn die gezeigte Ω-förmige Umschlingung der Kompaktierwalze 44 gewünscht ist. In the 4 The device shown also has another role 46 on, the deflection of the substrate 45 following the compacting roller 44 serves. The roller 46 is optional, but it is advantageous if the shown Ω-shaped wrap of the compacting 44 is desired.

In 4 läuft während des Beschichtungsvorganges das Substrat 45 zunächst über die Walze 43, wo es mit pulverförmigen Funktionsmaterial belegt wird. Im Anschluss läuft das Substrat um die Kompaktierwalze 44 und dann über die weitere Umlenkrolle 46 in Richtung einer Vorrichtung zur Erwärmung der Funktionsschicht. In 4 During the coating process, the substrate runs 45 first over the roller 43 where it is coated with powdered functional material. The substrate then runs around the compacting roller 44 and then over the further pulley 46 in the direction of a device for heating the functional layer.

Im gezeigten Beispiel ist es vorteilhaft, wenn die Kompaktierwalze so erwärmt wird, dass der Binder des pulverförmigen Funktionsmaterials weich wird, also beispielsweise auf eine Temperatur von ca. 150°C. In the example shown, it is advantageous if the compaction roller is heated so that the binder of the powdered functional material is soft, that is, for example, to a temperature of about 150 ° C.

5 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung der ersten Komprimierung im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, die anstelle der in 4 gezeigten Vorrichtung eingesetzt werden kann. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Situation umläuft das Substrat 45 die Kompaktierwalze 44 nicht Ω-förmig, sondern ist nur linienförmig mit der Kompaktierwalze 44 in Kontakt. Die Kompaktierwalze 44 ändert also die Richtung des Substrates 45 nicht. 5 shows an alternative embodiment of an apparatus for performing the first compression in the second step of the method according to the invention, which instead of in 4 shown device can be used. Unlike the in 4 The situation revolves around the substrate 45 the compacting roller 44 not Ω-shaped, but is only line-shaped with the compacting roller 44 in contact. The compacting roller 44 changes the direction of the substrate 45 Not.

Der Kompaktierwalze 44 gegenüberliegend ist eine Gegenwalze 51 angeordnet, so dass das Substrat 45 mit dem darauf angeordneten Funktionspulver zwischen der Kompaktierwalze 44 und der Gegenwalze 51 mit Druck beaufschlagt wird, wobei der Liniendruck beispielsweise zwischen 200 und 2000 N/m bzw. zwischen 10000 und 1000000 Pa (0,1–1 bar) liegen kann. Beide Walzen 44 und 51 können beispielsweise Durchmesser zwischen 80 und 200 mm haben. The compacting roller 44 opposite is a counter roll 51 arranged so that the substrate 45 with the functional powder arranged thereon between the compacting roller 44 and the counter roll 51 is pressurized, the line pressure may for example be between 200 and 2000 N / m and between 10000 and 1000000 Pa (0.1-1 bar). Both rolls 44 and 51 For example, they can have diameters between 80 and 200 mm.

Sowohl in 4 als auch in 5 ist es vorteilhaft, wenn die Kompaktierwalze Aluminium aufweist oder daraus besteht. As well in 4 as well as in 5 It is advantageous if the compacting roller has aluminum or consists thereof.

Im in 5 gezeigten Beispiel wird die Gegenwalze 51 vorzugsweise temperiert um auf einer Temperatur von beispielsweise 20°C gehalten zu werden. Im Normalfall wird hier also eine Kühlung der Gegenwalze 51 vorgesehen sein. Im in 5 example shown, the counter roll 51 preferably tempered to be maintained at a temperature of for example 20 ° C. In normal cases, so here is a cooling of the backing roll 51 be provided.

Eine Ausgestaltung einer Kompaktierungsvorrichtung, wie in 5 gezeigt, ist auch für eine Kompaktierung im Anschluss an den Erwärmungsschritt, entsprechend dem vierten Schritt, möglich. In diesem Fall kann der Kompaktierschritt offline oder inline vorgesehen sein. Als Material für die Kompaktiervorrichtung eignen sich vorteilhaft harte Walzen, die beispielsweise Chromstahl aufweisen oder daraus bestehen. Es können hierbei im letzten Kompaktierungsschritt Liniendrücke von bis zu ca. 10.000 N/m, also bis zu 50 Millionen Pa (500 bar) zur Kompaktierung ausgeübt werden. Widerum ist es möglich, die Kompaktierwalze 44 zu erwärmen, beispielsweise auf 150°C und die Gegenwalze 51 zu kühlen, beispielsweise auf 20°C. An embodiment of a compacting device, as in 5 is also possible for compaction following the heating step, according to the fourth step. In this case, the compaction step may be provided offline or inline. As a material for the compacting advantageous hard rolls, for example, have chrome steel or consist thereof. In the final compaction step, line pressures of up to about 10,000 N / m, that is up to 50 million Pa (500 bar), can be exercised for compaction. It is also possible to use the compacting roller 44 to heat, for example to 150 ° C and the counter roll 51 to cool, for example to 20 ° C.

6 zeigt beispielhaft eine Kompaktierungsvorrichtung, mit der die Kompaktierung im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft durchführbar ist. Hierbei umläuft wiederum das Substrat 45 die Kompaktierwalze 44 Ω-förmig, wie in 4 gezeigt. Es wird dabei das zunächst horizontal verlaufende Substrat 45 durch Walzen 46 und 64 in Richtung der Kompaktierwalze 44 umgelenkt, umläuft diese dann entlang eines Teils ihres Umfangs, wobei es durch die Kompaktierwalze 44 umgelenkt wird, und wird durch die andere Umlenkrolle 46 bzw. 64 in die Horizontale umgelenkt. Die in 6 gezeigte Anordnung kann als modellhafte Anordnung der in 4 gezeigten Anordnung verstanden werden. Zusätzlich zu den in 4 zur Kompaktierung vorgesehenen Komponenten weist die in 6 gezeigte Anordnung außerdem zusätzliche Anpresswalzen 61, 62 und 63 auf, mit welchen das Substrat gegen die Kompaktierwalze 44 pressbar ist. Dabei wird der Abstand der Anpresswalzen 61, 62 und 63 von der Kompaktierwalze 44 so gewählt, dass bei gegebener Dicke des Substrats und gegebener Dicke der aufgetragenen Pulverschicht der gewünschte Druck zur Kompaktierung erzielt wird. 6 shows by way of example a compacting device with which the compaction in the second step of the method according to the invention is advantageously feasible. Here again the substrate revolves 45 the compacting roller 44 Ω-shaped, as in 4 shown. It will be the first horizontally extending substrate 45 by rolling 46 and 64 in the direction of the compacting roller 44 then deflected along a part of its circumference, passing through the compacting roller 44 is deflected, and is through the other pulley 46 respectively. 64 deflected into the horizontal. In the 6 shown arrangement can be used as a model of the arrangement in 4 be understood arrangement shown. In addition to the in 4 For compaction intended components has in 6 also shown additional arrangement pressure rollers 61 . 62 and 63 on, with which the substrate against the Kompaktierwalze 44 is pressable. In this case, the distance between the pressure rollers 61 . 62 and 63 from the compacting roller 44 chosen so that given the thickness of the substrate and given thickness of the applied powder layer, the desired pressure for compaction is achieved.

In den Beispielen der 4, 5 und 6 sind alle gezeigten Walzen mit zueinander parallelen Walzenachsen nebeneinander angeordnet. Sie können außerdem im wesentlichen die gleiche Breite haben, wobei jedoch nur von Bedeutung ist, dass alle Walzen zumindest die Breite des zu verarbeitenden Substrates 46, also dessen Ausdehnung in Richtung senkrecht zur Transportrichtung, haben. In the examples of 4 . 5 and 6 all rolls shown are arranged side by side with mutually parallel roll axes. They may also have substantially the same width, but only of importance, that all rollers at least the width of the substrate to be processed 46 , So its extension in the direction perpendicular to the transport direction, have.

7 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode. 7 shows an example of a device according to the invention for producing an electrode.

Die gezeigte Vorrichtung weist eine elektrostatische Beschichtungsvorrichtung wie in 4 gezeigt auf. Dabei wird dem Pulverbehälter 42 Pulver über eine Pulverleitung 74 von einem Pulvervorratsgefäß 75 zugeleitet. Das Pulver wird in der Leitung 74 mittels einer Pulver-Dichtstrompumpe 76 transportiert. The device shown has an electrostatic coating device as in FIG 4 shown on. This is the powder container 42 Powder over a powder line 74 from a powder storage vessel 75 fed. The powder is in the pipe 74 by means of a powder seal pump 76 transported.

Wie in 4 wird auch in 7 der erste Kompaktierungsschritt, entsprechend dem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch durchgeführt, dass das Substrat 45 um die Kompaktierwalze 44 geleitet wird, für die die zu 4 gemachten Aussagen entsprechend gelten. Das Substrat verläuft nach dem Kompaktieren durch die Kompaktierwalze 44 zu einer Erwärmungsvorrichtung 73, mit welcher die kompaktierte Schicht erwärmt wird. Die Erwärmungsvorrichtung kann ein Infrarotstrahler sein, beispielsweise ein elektrischer Infrarotstrahler oder mittelwelliger Carbonstrahler, beispielsweise mit einer Leistungsdichte von bis zu ca. 150 kW/m². As in 4 will also be in 7 the first compaction step, in accordance with the second step of the method according to the invention, carried out in that the substrate 45 around the compacting roller 44 is headed, for which the 4 statements made apply accordingly. The substrate passes through the compacting roller after being compacted 44 to a warming device 73 with which the compacted layer is heated. The heating device can be an infrared radiator, for example an electric infrared radiator or medium-wave carbon radiator, for example with a power density of up to approximately 150 kW / m ² .

Im Anschluss an die Erwärmungsvorrichtung 73 verläuft das Substrat zu einem optionalen weiteren Kompaktierschritt, wozu das Substrat 45 zwischen zwei mit parallelen Achsen nebeneinander angeordneten Walzen 71 und 72 hindurchgeführt wird. Für die Walzen 71 und 72 gelten die in 5 zu den Walzen 44 und 51 gemachten Aussagen betreffend den optionalen Kompaktierschritt im Anschluss an die Erwärmung entsprechend. Following the warming device 73 the substrate proceeds to an optional further compacting step, including the substrate 45 between two parallel axes with juxtaposed rollers 71 and 72 is passed. For the rollers 71 and 72 apply in 5 to the rollers 44 and 51 statements made regarding the optional compaction step following the heating accordingly.

Im Anschluss an den optionalen letzten Kompaktierschritt zwischen den Walzen 71 und 72 verläuft das Substrat mit der pulverförmigen Funktionsschicht zu einer Antriebswalze 77. In 7 ist das Substrat 45 umlaufend dargestellt. In der Praxis ist auch eine Ausgestaltung der in 7 gezeigten Vorrichtung möglich, bei welcher das Substrat 45 vor Erreichen der Walze 43 zur Beschichtung von einer Vorratswalze abgerollt wird, und bei welcher das fertig beschichtete Substrat nach dem Passieren der Erwärmungsvorrichtung 73 oder nach dem Passieren der optionalen weiteren Kompaktierungsvorrichtung mit den Rollen 71 und 72 auf einer Rolle aufgerollt wird. Following the optional last compacting step between the rolls 71 and 72 the substrate with the powdered functional layer extends to a drive roller 77 , In 7 is the substrate 45 shown all around. In practice, an embodiment of in 7 possible device in which the substrate 45 before reaching the roller 43 for coating from a supply roll is unrolled, and wherein the finished coated substrate after passing through the heating device 73 or after passing the optional further compacting device with the rollers 71 and 72 being rolled up on a roll.

8 zeigt den spezifischen Widerstand einer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Funktionsschicht auf einem Substrat für mit unterschiedlichen Drücken kompaktierte Schichten in Abhängigkeit vom Anteil an Carbon-Black. Der Anteil an Carbon-Black als Gewichtsanteil ist in Prozent auf der horizontalen Achse aufgetragen und der spezifische Widerstand in Ωm ist auf der vertikalen Achse aufgetragen. Die oberste der gezeigten Linien entspricht der ungepressten Schicht, die mittlere gezeigte Linie entspricht einer mit 1 MPa kompaktierten Schicht und die unterste Linie entspricht einer mit einem Druck von > 10 MPa kompaktierten Schicht. Es ist zu erkennen, dass mit zunehmender Kompaktierung der Schicht der spezifische Widerstand abnimmt. Die Schicht wird also leitfähiger. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass mit steigendem Anteil an Carbon-Black in der Funktionsschicht der spezifische Widerstand ebenfalls abnimmt. Ein erhöhter Carbon-Blackanteil führt also zu einer erhöhten Leitfähigkeit der Schicht. 8th shows the resistivity of a functional layer produced by means of the method according to the invention on a substrate for layers compacted with different pressures as a function of the proportion of carbon black. The percentage of carbon black as weight fraction is plotted as a percentage on the horizontal axis, and the resistivity in Ωm is plotted on the vertical axis. The uppermost of the lines shown corresponds to the unpressed layer, the middle line shown corresponds to a 1 MPa compacted layer, and the lowest line corresponds to a layer compacted with a pressure of> 10 MPa. It can be seen that with increasing compaction of the layer, the resistivity decreases. The layer becomes more conductive. In addition, it can be seen that with increasing proportion of carbon black in the functional layer, the specific resistance also decreases. An increased carbon black content thus leads to an increased conductivity of the layer.

9 zeigt die parasitäre Abscheidung von Funktionspulver auf der Kompaktierwalze in Abhängigkeit von der Temperatur der Kompaktierwalze in Grad Celsius. Dabei ist die Abscheidung in Prozent der Fläche auf der vertikalen Achse angegeben und die Temperatur der Kompaktierwalze in °C auf der horizontalen Achse. Eingezeichnet sind für ein beispielhaftes Funktionspulver und ein beispielhaftes Substrat die parasitäre Abscheidung auf der Kompaktierwalze in Prozent der Fläche auf der vertikalen Achse und die Temperatur der Kompaktierwalze in Grad Celsius auf der horizontalen Achse. Die durchgezogene Linie wurde mit einer Kompaktierwalze aus Aluminium ermittelt, die gestrichelte Linie mit einer Chromstahlwalze und die gestrichpunktete Linie mit einer Kupferwalze. Es ist zu erkennen, dass die parasitäre Abscheidung von der Temperatur der Kompaktierwalze abhängt und, abhängig vom Material der Walze, in einem Bereich um 150°C besonders gering ist. Durch geeignete Wahl der Temperatur der Kompaktierwalze kann daher die parasitäre Abscheidung von Funktionspulver auf der Kompaktierwalze gering gehalten oder ganz vermieden werden. Die Temperatur von 150°C stellt sich bei der beispielhaft verwendeten Mischung ein, wobei der Binder PVDF war. Bei Verwendung anderer Mischungen mit anderen Bindern würde die optimale Temperatur anders liegen. Es wäre für einen Fachmann ohne Schwierigkeiten möglich, festzustellen, welche Temperatur bei gegebener Mischung ideal ist. 9 shows the parasitic deposition of functional powder on the compacting roll as a function of the temperature of the compacting roll in degrees Celsius. The deposition is given as a percentage of the area on the vertical axis and the temperature of the compacting roller in ° C on the horizontal axis. Shown for an exemplary functional powder and example substrate are the parasitic deposition on the compacting roll as a percentage of the area on the vertical axis and the temperature of the compacting roll in degrees Celsius on the horizontal axis. The solid line was determined with a compacting roller made of aluminum, the dashed line with a chromium steel roller and the dotted line with a copper roller. It can be seen that the parasitic deposition depends on the temperature of the compacting roll and, depending on the material of the roll, is particularly low in a range around 150 ° C. By suitable choice of the temperature of the compaction roller, therefore, the parasitic deposition of functional powder can be kept low on the compacting or completely avoided. The temperature of 150 ° C is established in the exemplified mixture where the binder was PVDF. When using other blends with other binders, the optimum temperature would be different. It would be readily possible for a person skilled in the art to determine which temperature is ideal for a given mixture.

Die Forschungsarbeiten, die zu diesen Ergebnissen geführt haben, wurden von der europäischen Union gefördert. The research that led to these results was funded by the European Union.

Claims

Method for producing an electrode, wherein, in a first step, a layer of a powdered functional material is applied as a powder to a substrate by means of an electrostatic coating method, the functional material containing a powder of an active material and a powdery binder, in a second step, the layer applied in the first step is compacted, and in a third step the compacted layer is heated.

Method according to the preceding claim, wherein in a fourth step, which is carried out after the third step, the layer is recompacted.

Method according to one of the two preceding claims, wherein the functional material in the electrostatic coating method is electrically charged by contact charging without Koronabildung.

Method according to one of the preceding claims, wherein the functional material is heated in the second step during the compaction, preferably to a temperature greater than or equal to 130 ° C, preferably greater than or equal to 140 ° C and / or less than or equal to 180 ° C, preferably smaller or equal to 170 ° C, preferably from 150 ° C.

Method according to one of the preceding claims, wherein in the second step and / or in the fourth step, the applied layer for compacting at a pressure of greater than or equal to 0.002 bar, preferably greater than or equal to 0.005 bar, preferably greater than or equal to 0.01 bar, and / or less or equal to 1 bar, preferably less than or equal to 0.8 bar, preferably less than or equal to 0.6 bar, preferably less than or equal to 0.3 bar is applied and / or with a line pressure of greater than or equal to 200 N / m, preferably greater than or equal to 600 N / m , preferably greater than or equal to 800 N / m, and / or less than or equal to 2000 N / m, preferably less than or equal to 1800 N / m, preferably less than or equal to 1600 N / m, preferably less than or equal to 1400 N / m, preferably less or equal to 1200 N / m is applied.

Method according to one of the preceding claims, wherein a time of compaction in the second step in each case greater than or equal to 0.05 s, preferably greater than or equal to 0.08 s, preferably greater than or equal to 0.13 s, preferably greater than or equal to 0.2 s, preferably greater than or equal to 0.4 s, preferably greater than or equal to 0.6 s, preferably greater than or equal to 1 s, preferably greater than or equal to 1.4 s and / or less than or equal to 2 s, preferably less than or equal to 1.8 s, preferably less than or equal to 1.6 s.

Method according to one of the preceding claims, wherein during compaction in the second step, the applied layer on the substrate a compacting roller Ω-shaped, preferably wherein the applied layer contacts the compacting roller and preferably wherein the applied layer with the substrate by means of at least one pressure roller against the Compacting roller is pressed.

Method according to the preceding claim, wherein the at least one pressure roller which contacts the substrate at a temperature of less than or equal to 50 ° C, preferably less than or equal to 40 ° C, preferably less than or equal to 30 ° C and / or greater than or equal to 5 ° C. , preferably greater than or equal to 10 ° C, more preferably maintained at 20 ° C and / or the compaction roller which contacts the layer of the functional material, at a temperature greater than or equal to 130 ° C, preferably greater than or equal to 140 ° C and / or is less than or equal to 180 ° C, preferably less than or equal to 170 ° C, preferably maintained at 150 ° C.

Method according to one of claims 2 to 8, wherein the compacted layer is rolled up on the substrate after the third step and is unrolled before compacting in the fourth step or wherein the compacted layer on the substrate is forwarded immediately to perform the fourth step.

Method according to one of claims 2 to 8, wherein the compacting in the fourth step at a pressure of less than or equal to 500 bar, preferably less than or equal to 300 bar, preferably less than or equal to 100 bar and / or greater than or equal to 10 bar, preferably greater or equal to 30 bar, preferably greater than or equal to 80 bar and / or with a line pressure of less than or equal to 100,000 N / m, preferably less than or equal to 50,000 N / m, preferably less than or equal to 40,000 N / m and / or greater than or equal to 1000 N. / m, preferably greater than or equal to 10000 N / m, preferably greater than or equal to 30,000 N / m is performed.

Method according to one of the preceding claims, wherein the compacting in the fourth step takes place in that the applied layer is passed on the substrate between two rollers for calendering.

Method according to one of the preceding claims, wherein the electrostatic coating method by means of an electrostatic vibrating chute, an electrostatic coil coater of an electrostatic turntable or a rotating electrostatic roller is performed.

Method according to one of the preceding claims, wherein an average field strength of the electric field used for application in the first step is greater than or equal to 0.3 kV / mm, preferably greater than or equal to 0.5 kV / mm, preferably greater than or equal to 0.8 kV / mm, preferably greater than or equal to 1 kV / mm, and / or less than or equal to 1.7 kV / mm, preferably less than or equal to 1.5 kV / mm, preferably less than or equal to 1.3 kV / mm, preferably less than or equal to 1.1 kV / mm.

Method according to one of the preceding claims, wherein in the third step, the compacted layer by irradiation of infrared radiation, preferably with a power density of greater than or equal to 50 kW / m ² , more preferably greater than or equal to 80 kW / m ² , more preferably greater than or equal to 100 kW / m ² , and / or less than or equal to 150 kW / m ² , more preferably less than or equal to 130 kW / m ² , particularly preferably less than or equal to 110 kW / m ² , is heated.

Method according to one of the preceding claims, wherein the powdered functional material in the first step with a layer weight of greater than or equal to 60 g / m ² , preferably greater than or equal to 100 g / m ² , preferably greater than or equal to 120 g / m ² , and / or less than or equal to 200 g / m ² , preferably less than or equal to 180 g / m ² , preferably less than or equal to 150 g / m ² , preferably less than or equal to 130 g / m ^{2 is} applied.

Method according to one of the preceding claims, wherein the active material is a lithium compound, preferably LiFePO ₄ , LiCoO ₂ , LiNiO ₂ , LiNi _1-x Co _x O ₂ , LiNi _0.85 Co _0.1 Al _0.05 O ₂ , LiNi _0.33 Co _0.33 Mn _0.33 O ₂ , LiMn ₂ O ₄ , or consists of, or contains or consists of graphite, nanocrystalline amorphous silicon, graphene and / or carbon black.

Method according to one of the preceding claims, wherein the powdered binder comprises or consists of polyvinylidene fluoride, PVDF, preferably having a particle size of greater than or equal to 5 microns, preferably greater than or equal to 8 microns and / or less than or equal to 15 microns, preferably less than or equal to 12 microns, preferably less than or equal to 10 microns.

The method of any one of the preceding claims, wherein the functional material comprises between 6 and 10 weight percent carbon black and between 6 and 10 weight percent polyvinylidene fluoride.

Method according to one of the preceding claims, wherein a particle size of at least one component of the active material is greater than or equal to 2 microns, preferably greater than or equal to 3 microns and / or less than or equal to 10 microns, preferably less than or equal to 8 microns, preferably less than or equal to 5 microns is.

Method according to one of the preceding claims, wherein a particle size of a proportion of carbon black of the active material is greater than or equal to 0.2 .mu.m, preferably greater than or equal to 0.3 .mu.m and / or less than or equal to 1 .mu.m, preferably less than or equal to 0.8 .mu.m, preferably less than or equal 0.5 μm.

Method according to one of the preceding claims, wherein prior to the first step, the powdered functional material, preferably by means of a drum mixer and / or a propeller mill, is mixed from its constituents and / or homogenized.

Method according to the preceding claim, wherein the mixing and / or homogenization takes place in an inert gas atmosphere.

Method according to one of the preceding claims, wherein the substrate comprises or consists of aluminum.

An apparatus for producing an electrode, comprising an electrostatic powder coating apparatus, with which a layer of a powdered functional material can be applied to a substrate by means of an electrostatic coating method, a compacting device, with which the coatable by the electrostatic powder coating apparatus layer is compactable, and a heating device, with which compacted by the compacting device layer is heated.

Device according to the preceding claim, comprising a further compacting device with which the layer heated by the heating device is again compactable.

Device according to one of the two preceding claims, wherein the electrostatic coating device comprises a powder reservoir and a vibrating trough, wherein the powder reservoir is arranged so that powdered functional material can trickle into the vibrating trough and wherein the vibrating trough is configured so that the functional material by shaking the vibrating trough of an area where it trickles from the powder reservoir to the Rüttelrinne, is movable to an output of Rüttelrinne, from where it is moved to the substrate, wherein the Rüttelrinne a high voltage to earth can be applied, by means of which the functional material is electrostatically chargeable.

Device according to one of claims 24 or 25, wherein the electrostatic coating device is an electrostatic coil coater, wherein the functional material by means of a belt, preferably consisting of polyimide film or consisting thereof, is transportable to a roller to which a voltage to earth can be applied, so that the functional material is electrostatically chargeable.

Device according to one of claims 24 or 25, wherein the electrostatic coating device comprises a disc which is rotatable about an axis of rotation extending through a center of the disc, and to which a voltage can be applied, wherein the functional material can be applied to the disc and by contact with the disc is electrostatically charged.

An apparatus according to any of claims 24 or 25, wherein the electrostatic coating apparatus transfers a roller to which a high voltage can be applied to earth and to which the functional material is applied so as to be rechargeable by contact with the roller and a grounded counter roller which runs the substrate and through which the substrate is grounded, so that the functional material deposited on the substrate.

Device according to one of claims 24 to 29, wherein the compacting device comprises a first roller and at least one counter-roller, between which the substrate is passed with the functional material and which are arranged with parallel axes so that by pressing the rollers, the functional powder is compacted on the substrate, wherein preferably the rolls are independently stable at a constant temperature.

Apparatus according to the preceding claim, wherein the substrate rotates the first roller along at least half its circumference in contact with the first roller, and wherein the substrate coated with the functional material on its side facing away from the first roller in the region of contact with the first roller at least two, preferably three, counter-rollers is contacted.

Device according to one of claims 24 to 31, wherein the heating device comprises or is an infrared radiator, preferably a carbon infrared radiator.

Device according to one of claims 24 to 32, wherein the device, a method according to any one of claims 1 to 23 is feasible.