DE102016212610B4

DE102016212610B4 - Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung und Verfahren zur Pulverbeschichtung eines Substrats

Info

Publication number: DE102016212610B4
Application number: DE102016212610.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Cudazzo; Andreas Lenz; Inga Landwehr
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Universitaet Stuttgart
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Universitaet Stuttgart
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2036-07-12
Also published as: DE102016212610A1

Abstract

Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung, aufweisendeinen nach oben offenen Fluidisierbehälter (1), einen im Fluidisierbehälter (1) angeordneten Fluidisierboden (3), durch den hindurch Fluidisiergas (8) von unterhalb des Fluidisierbodens (3) einem Bereich im Inneren des Fluidisierbehälters (1) oberhalb des Fluidisierbodens (3) zuführbar ist,einen unterhalb des Fluidisierbodens (3) in den Fluidisierbehälter (1) einmündenden Einlass (2), durch welchen das Fluidisiergas (8) in den Fluidisierbehälter (1) einleitbar ist, sowiezumindest eine Elektrode (5), die im Fluidisierbehälter (1) angeordnet ist,und eine Elektrode (7), die über dem Fluidisierbehälter (1) angeordnet ist,wobei die Elektrode (5) im Fluidisierbehälter und die über dem Fluidisierbehälter (1) angeordnete Elektrode (7) so ausgestaltet und so angeordnet sind, dass zwischen ihnen ein elektrisches Feld ausbildbar ist, durch das keine Dauerkorona erzeugt wird, aber im Fluidisierbehälter (1) fluidisiertes Pulver in Richtung der über dem Fluidisierbehälter (1) angeordneten Elektrode (7) bewegbar ist,wobei das Pulver eine Mischung eines Funktionsmaterials und eines Bindermaterials aufweist, wobei das Funktionsmaterial Aktivkohle, Graphit, Manganoxid, Titanoxid, Lithiumeisenphosphat und/oder Nickelverbindungen aufweist und das Bindermaterial PVDF, Polytetrafluorethylen und/oder Polysiloxane aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung, mit der Pulver mittels eines elektrischen Feldes ohne Dauerkoronabildung auf ein Substrat aufbringbar ist sowie ein Verfahren zur Pulverbeschichtung unter Verwendung dieser Fluidisierungsvorrichtung.
Bei Speicherzellen, wie Batterien und Kondensatoren, werden Elektroden gefertigt, indem die Funktionsschicht, meist bestehend aus elektrochemisch aktiven Materialien, Leitadditiven und Binderanteilen in die flüssige bzw. pastöse Phase gebracht wird. Dazu wird das Gemisch oft in eine ein organisches Lösemittel enthaltende oder wässrige Matrix eingebunden, in der auch Binderanteile gelöst bzw. in einer Latexstruktur suspendiert sind. Das Flüssiglacksystem wird auf die metallischen Stromkollektoren mittels Rakelauftrag, Walzenauftrag oder mittels einer Breitschlitzdüse aufgetragen, im Trocknungsprozess wird das Lösemittel in langen Umluftrocknerstrecken verdunstet. Das Bindemittel dient als Klebstoff für die Haftung des Funktionspulvers am meist metallischen Strom-Kollektor. Die VOC-Emissionen werden i.d.R. thermisch nachverbrannt oder werden mit entsprechendem energetischem Aufwand rückgewonnen. Der Prozess erfordert einen hohen Energie- und Materialeinsatz und hat eine schlechte CO₂-Bilanz.
Die hohen erforderlichen Energie- und Materialmengen sowie der hohe Platzbedarf bei der Produktion von Elektroden wurde bisher in Kauf genommen, da keine ernstzunehmende Alternative bekannt ist. Es ist unumstritten, dass die Batterieproduktionstechnik der kostenbestimmende Faktor der Batterieherstellung ist.
Statt des Auftrags aus der flüssigen bzw. pastösen Phase mittels Rakel-, Walzen- oder Breischlitzdüsenauftrag kann ein Gemisch aus elektrochemisch aktivem Funktionsmaterial, pulverförmigen Binder und z.T. Leitadditiven als Dry-Blend Mischung ohne Lösemittel auf dem Stromkollektor appliziert werden. Vor dem Mischprozess werden die eingesetzten Pulver i.d.R. unter Temperatureinwirkung vakuumgetrocknet um Restwasseranteile auszutreiben. Dies erfolgt im Labormaßstab in einem Exsikkator oder einem Vakuumtrockner. Das Mischen der Materialien erfolgt i.d.R. zunächst durch ein diffuses Mischen z.B. mittels eines Trommelmischers, anschließend mittels einer Propellermühle. Beim Binderpulver sollte dessen mittlere Partikelgröße vorzugsweise nicht > 15 µm liegen, da sonst zu hohe Anteile an Bindemittel eingesetzt werden müssen um anschließend bei der Elektrodenproduktion eine ausreichende Haftung zum Substrat, der Stromkollektorfolie, zu erhalten. Mit diesem Propellermischer erfolgt bei den eigesetzten sehr kleinen Partikeln keine wesentliche Verfeinerung mehr, es werden aber Agglomerate zerschlagen. Durch mehrminütigen Einsatz der Propellermühle mit entsprechenden Pausezeiten zum Abkühlen der Materialmischung verbessert sich bei gleichem Binderanteil die Haftung der funktionalen Schicht auf dem Stromkollektor (der Elektrode) erheblich bzw. es kann der Binderanteil in der Pulvermischung deutlich reduziert werden. Bei hinsichtlich Luftsauerstoff bzw. Stickstoff empfindlichen Materialien erfolgt der Mischprozess bevorzugt in der Glove-Box unter Inertgasbedingungen.
Typische Materialmischungen weisen zum Beispiel 80-97 Gew.-% Funktionsmaterial und 3-20 Gew.-% Binder+Leitadditiv auf.
Die elektrostatische Applikation erfolgt aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit des Pulvergemisches nicht mittels der Koronaaufladung, wie dies bei der elektrostatischen Pulverbeschichtung mit Pulverlacken meist der Fall ist. Die traditionell bei Pulverlacken eingesetzte Koronaaufladung erzielt bei den verwendeten Funktionspulvern-Mischungen keine hinreichend guten Ergebnisse in Bezug auf die Homogenität der Abscheidung. Versuche mit dem für große Flächen prinzipiell in Frage kommenden elektrostatischen Fluidisierbett der DE 10 2004 010 177 basierend auf dem Prinzip der Koronaaufladung zeigen bei den Funktionspulvermischungen Inhomogenitäten im Fluidiserbett und bei der Abscheidung, da das Pulver elektrisch halbleitfähig bis leitfähig ist und die Pulverschicht im Fluidisierbett einen Faraday-Käfig bildet, so dass keine ausreichende Feldkraft hin zum Substrat besteht.
Bei der Kontaktaufladung der Pulver mittels einer elektrostatischen Rüttelrinne, einer elektrostatischen Bandbeschichtung oder eines elektrostatischen Drehtellers bzw. einer rotierenden elektrostatischen Walze wurden z.T. zu große Inhomogenitäten der Schichtdicke erzeugt. Daher wurde das Verfahren bisher noch nicht in den industriellen Maßstab umgesetzt.
Die DE 10 2010 044 552 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für Speicherzellen für elektrische Energie, bei welchem ein Elektrodenmaterial in Pulverform auf ein Substrat aufgebracht wird. Das Aufbringen erfolgt hierbei dadurch, dass die Pulverteilchen des Elektrodenmaterials mittels eines elektrischen Feldes auf das Substrat bewegt werden.
Die US 3,402,814 A beschreibt ein Verfahren zum elektrostatischen Sortieren von pulverförmigen oder granularen Produkten.
Die US 3,985,297 A beschreibt eine Pulverbeschichtungsvorrichtung, wo Farbpulver mittels einer Entladung aufgeladen wird. Das Farbpulver wird mittels eines elektrischen Feldes in Richtung einer zu beschichtenden Fläche beschleunigt.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung und ein Verfahren zur Pulverbeschichtung anzugeben, mit dem pulverförmiges Beschichtungsmaterial homogen auf ein Substrat aufbringbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren zur Pulverbeschichtung eines Substrats nach Anspruch 12. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtung und des Verfahrens zur Pulverbeschichtung eines Substrats gemäß der Erfindung an.
Erfindungsgemäß wird eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung angegeben, die einen nach oben offenen Fluidisierbehälter aufweist. Allgemein wird hier eine Richtung als „oben“ bezeichnet, die der Richtung „unten“ entgegengesetzt ist. Vorzugsweise bezeichnet „oben“ jene der Schwerkraft entgegengesetzte Richtung und „unten“ jene Richtung, in welche die Schwerkraft wirkt.
Vorzugsweise weist der Fluidisierbehälter nach oben, wo er offen ist, eine Öffnung auf, die von einer Wand des Fluidisierbehälters umlaufen wird. Vorzugsweise wird der Fluidisierbehälter an seiner unteren Seite durch einen Boden abgeschlossen. Optional kann der Boden zumindest eine Öffnung zur Zuführung von Fluidisiergas aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Fluidisierbehälter eine kubische Form haben, wobei die Seitenwände parallel zueinander stehen und senkrecht auf dem Boden stehen und mit ihren oberen Kanten einen Rand der Öffnung bilden.
Erfindungsgemäß ist in dem Fluidisierbehälter ein Fluidisierboden angeordnet, durch den hindurch Fluidisiergas von unterhalb des Fluidisierbodens einem Bereich im Inneren des Fluidisierbehälters oberhalb des Fluidisierbodens zuführbar ist. Vorzugsweise ist der Fluidisierboden flächig ausgestaltet und besonders bevorzugt eben, wobei er vorteilhafterweise parallel zum Boden und/oder zur oberen Öffnung des Fluidisierbehälters angeordnet ist. Der Fluidisierboden kann vorteilhafterweise mit seinem Rand an den Seitenwänden des Fluidisierbehälters so anliegen, dass kein Fluidisiergas am Rand des Fluidisierbodens vorbeiströmen kann. Besonders bevorzugt liegt also der gesamte Rand des Fluidisierbodens an den Wänden des Fluidisierbehälters an.
Das Innere des Fluidisierbehälters ist jener Bereich, der einerseits zwischen den Wänden des Fluidisierbehälters liegt und andererseits zwischen dem Boden und der Öffnungsfläche der oberen Öffnung liegt. Die Öffnungsfläche ist dabei jene Fläche, die durch den Rand der Öffnung begrenzt wird.
Erfindungsgemäß weist die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung außerdem einen Einlass für Fluidisiergas auf, der unterhalb des Fluidisierbodens in den Fluidisierbehälter einmündet und durch welchen das Fluidisiergas in den Fluidisierbehälter einleitbar ist. Die Einleitung des Fluidisiergases kann beispielsweise durch eine geeignete Pumpe erfolgen oder dadurch, dass das Fluidisiergas mit einem Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck gespeichert ist. Wird Fluidisiergas in den Fluidisierbehälter eingeleitet, so strömt es von unterhalb des Fluidisierbodens durch den Fluidisierboden in den Bereich oberhalb des Fluidisierbodens.
Erfindungsgemäß ist zumindest eine Elektrode im bzw. im Innern des Fluidisierbehälters angeordnet. Diese Elektrode kann unter dem Fluidisierboden angeordnet sein oder in jenem Bereich, in dem das Pulver vorliegt, also über dem Fluidisierboden. In letzterem Fall kann sie von Pulver umströmt sein. Die Elektrode kann einen elektrischen Anschluss aufweisen, mittels welchem sie auf ein elektrisches Potential legbar ist. Erfindungsgemäß ist außerdem eine Elektrode vorgesehen, die über dem Fluidisierbehälter angeordnet ist. Die im Fluidisierbehälter angeordnete Elektrode und die über dem Fluidisierbehälter angeordnete Elektrode sind so ausgestaltet und so angeordnet, dass zwischen ihnen ein elektrisches Feld ausbildbar ist, durch das keine Dauerkorona erzeugt wird, aber im Fluidisierbehälter fluidisiertes Pulver in Richtung der über dem Fluidisierbehälter angeordneten Elektrode bewegbar ist. Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass durch eine solche Ausgestaltung Pulverteilchen bewegbar sind. Es wird vermutet, dass für diesen Effekt von Bedeutung ist, dass die Pulverteilchen durch Influenz im Elektrischen Feld polarisiert werden und dadurch eine Kraft im Elektrischen Feld erfahren.
Hier ist eine Dauerkorona zu unterscheiden von einer intermittierenden Korona. Der Unterschied ist allgemein anerkannt und stellt sich wie folgt dar. Nach dem Erreichen einer Korona-Einsatzspannung ergibt sich zunächst eine intermittierende Korona aufgrund der statistisch streuenden Bereitstellung von Startelektronen. Bei etwas höherer Spannung verändern sich die Feldverhältnisse durch Raumladungsbildung vor der Spitze. Es kommt zur Ausbildung einer stabilen und kontinuierlich brennenden Glimmentladung. Diese stabile und kontinuierlich brennende Glimmentladung ist im abgedunkelten Raum als gleichmäßiges bläuliches Glimmen zu erkennen. (Andreas Küchler, „Hochspannungstechnik“ 2. Auflage, Springer Verlag). Die stabile und kontinuierlich brennende Glimmentladung wir hier als Dauerkorona bezeichnet. Eine intermittierende Korona stört die erfindungsgemäße Bewegung des Pulvers nicht in jedem Fall, sie darf daher gegebenenfalls auftreten. Sie wäre dabei lediglich ein parasitärer Effekt. Bevorzugt ist allerdings, dass sie nicht auftritt. Eine Dauerkorona soll jedoch nicht auftreten. Der Begriff „Korona“ als solcher soll die intermittierende Korona und die Dauerkorona umfassen. Bevorzugt aber nicht notwendig tritt also keine Korona auf.
Es kann nun ein Pulver, mit welchem ein Substrat zu beschichten ist, in den Bereich im Inneren des Fluidisierbehälters oberhalb des Fluidisierbodens eingebracht werden. Darüber hinaus kann das zu beschichtende Substrat über der Öffnung, mit welcher der Fluidisierbehälter nach oben offen ist, angeordnet werden. Dabei kann das Substrat elektrisch so kontaktiert werden, dass die Spannung zwischen der Elektrode im Inneren des Fluidisierbehälters und dem Substrat anliegt. In diesem Fall bildet das Substrat die Elektrode über dem Fluidisierbehälter. Es ist jedoch auch möglich, dass das Substrat aus Sicht des Fluidisierbehälters hinter dem Substrat angeordnet ist, zum Beispiel indem die Elektrode das Substrat trägt. In diesem Fall durchstoßenen die Feldlinien des elektrischen Feldes das Substrat. Trägt die Elektrode das Substrat, so ist sie vorzugweise flächig ausgestaltet und mit ihrer Fläche zur Öffnung des Fluidisierbehälters parallel angeordnet.
Wird nun Fluidisiergas in den Fluidisierbehälter eingeleitet und strömt durch den Fluidisierboden, so wird das Pulver über dem Fluidisierboden fluidisiert. Die zwischen den Elektroden anliegende Spannung erzeugt ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden, durch welches die Teilchen des pulverförmigen Beschichtungsmaterials eine Kraft erfahren und in Richtung der Elektrode über dem Fluidisierbehälter bewegt werden. Dadurch können die Teilchen auf dem Substrat abgeschieden werden. Bevorzugt bildet die Elektrode im Innern des Fluidisierbehälters die Kathode.
Vorzugsweise ist die Elektrode im Innern des Fluidisierbehälters so ausgestaltet, dass zwischen dieser Elektrode und der Elektrode über dem Fluidisierbehälter ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt wird, wenn die Spannung angelegt wird.
Erfindungsgemäß sind die Elektroden so ausgestaltet, dass die Bildung einer Korona verhindert wird. Hierzu kann die Elektrode im Inneren des Fluidisierbehälters zum Beispiel eine kugelförmige oder zylinderförmige Elektrode oder eine Plattenelektrode mit abgerundeten Kanten sein. Auch eine zylinderförmige Elektrode mit konvexen, insbesondere halbkugelförmigen Stirnflächen und eine prolate oder oblate Ellipsoidform (Brotlaibform) sind möglich. Dabei ist jeweils vorzugsweise der minimale Krümmungsradius der Elektrode bzw. deren Oberfläche größer oder gleich 2mm, besonders bevorzugt größer oder gleich 5mm, besonders bevorzugt größer oder gleich 10mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die zumindest eine Elektrode im Inneren des Fluidisierbehälters ein leitfähiges und/oder metallisches Netz mit einer Gewebefeinheit von kleiner oder gleich 300 Mesh, vorzugsweise kleiner oder gleich 100 Mesh, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 100 Mesh und/oder größer oder gleich 5 Mesh, vorzugsweise größer oder gleich 10 Mesh sein. Ein Drahtdurchmesser eines Drahtes, aus dem das Netz gewoben ist, kann vorzugsweise größer oder gleich 100 µm, vorzugsweise größer oder gleich 150 µm und/oder kleiner oder gleich 250 µm, vorzugsweise kleiner oder gleich 200 µm sein.
Sofern die Elektroden kugelförmig oder zylinderförmig sind, ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl solcher Elektroden im Fluidisierbehälter angeordnet ist. Besonders bevorzugt überdecken die Elektroden dabei den Boden, den Fluidisierboden oder die Unterseite des Fluidisierbehälters gleichmäßig. Im Normalfall werden die Elektroden jedoch dabei voneinander beabstandet sein.
Ist die Elektrode im Innern des Fluidisierbehälters eine Plattenelektrode oder eine Netzelektrode, so kann vorteilhaft eine einzelne Elektrode zum Einsatz kommen, die sich flächig und eben erstreckt und parallel zur Unterseite bzw. zum Boden des Fluidisierbehälters angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Plattenelektroden vorzusehen, die entsprechend in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Fluidisierboden ein poröser Sinterboden sein. Durch seine Porosität kann er eine Vielzahl von Poren oder Kanälen aufweisen, die sich von einer Unterseite des Sinterbodens zu einer Oberseite des Sinterbodens durchgehend erstrecken, so dass das Fluidisiergas hindurchströmen kann. Vorzugsweise sind dabei die Poren bzw. Kanäle so bemessen, dass das Beschichtungspulver nicht durch die Kanäle rieselt.
Ein solcher Fluidisierboden kann vorteilhaft durch Sintern beispielsweise von Polyethylen, Quarzglas oder Borosilikatglas hergestellt werden.
Der Fluidisierboden ist vorzugsweise nicht oder nur geringfügig elektrisch leitend da vorzugsweise das Pulver nicht elektrisch in Kontakt mit dem Fluidisierboden stehen sollte, da sonst eine Kontaktaufladung oder Koronaaufladung entstehen kann, die parasitäre Auswirkungen auf die Beschichtung hätte und zu Schichtdicken-Inhomonigeten führen würde.
Eine Porengröße der Poren des Sinterbodens ist vorzugsweise größer oder gleich 5 µm, besonders bevorzugt größer oder gleich 10 µm, besonders bevorzugt größer oder gleich 30 µm und/oder kleiner oder gleich 50 µm, vorzugsweise kleiner oder gleich 30 µm. Die Porengröße ist dabei die Ausdehnung der Poren in Richtung senkrecht zur ihrer Durchlassrichtung für das Fluidisiergas.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung eine Fluidisiergaszufürvorrichtung aufweisen, mit der das Fluidisiergas in den Fluidisierbehälter einleitbar ist. Vorzugweise erlaubt die Fluidisiergaszufürvorrichtung, das Fluidisiergas mit einer Geschwindigkeit von größer oder gleich 0,01 m/s und/oder kleiner oder gleich 0,05 m/s durch den Sinterboden zu führen. Es wird hierbei die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidisiergases durch den Sinterboden angegeben. Die Geschwindigkeit des Fluidisiergases durch jene Öffnung, durch welche es in den Fluidisierbehälter eintritt, hängt von der Öffnungsfläche dieser Eintrittsöffnung ab, ist aber für das Funktionieren der Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Ist die Strömgeschwindigkeit durch den Fluidisierboden und die Fläche des Fluidisierbodens bekannt, so kann die Strömung durch die Einlassöffnung abhängig von der Fläche dieser Öffnung ohne Probleme berechnet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung eine Spannungserzeugungsvorrichtung aufweisen, mit der eine Spannung zwischen der Elektrode im Innern des Fluidisierbehälters und der Elektrode über dem Fluidisierbehälter anlegbar ist. Die Spannungserzeugungsvorrichtung ist also einerseits an die Elektrode im Innern des Fluidisierbehälters angeschlossen und andererseits mit der Elektrode über dem Fluidisierbehälter in elektrischem Kontakt. Sind mehrere Elektroden im Bereich unterhalb des Fluidisierbodens vorgesehen, so liegen diese vorzugsweise gegenüber der Elektrode über dem Fluidisierbehälter auf einem gleichen Potential. Sie sind also an der Spannungserzeugungsvorrichtung bevorzugt parallel angeschlossen. Vorzusgweise ist die Spannungserzeugungsvorrichtung so angeordnet, dass die Elektrode im Inneren des Fluidiserbehälters die Kathode ist.
Mit der Spannungserzeugungsvorrichtung kann vorteilhafterweise eine Spannung von größer oder gleich 10 kV, vorzugsweise größer oder gleich 30 kV, besonders bevorzugt größer oder gleich 50 kV und/oder kleiner oder gleich 80 kV, vorzugsweise kleiner oder gleich 70 kV, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 60 kV, gemessen zwischen der Elektrode im Innern des Fluidisierbehälters und dem Substrat oder einer hinter dem Substrat angeordneten Elektrode über dem Fluidisierbehälter angelegt werden.
Vorteilhafterweise kann das Substrat dadurch elektrisch kontaktiert sein, dass es auf einen leitfähigen Träger angeordnet ist, der mit der Spannungserzeugungsvorrichtung kontaktiert ist und der als Elektrode über dem Fluidisierbehälter fungiert. Der leitfähige Träger kann zum Beispiel ein Magnetband sein. Ist das Substrat magnetisch, so kann es dann durch das Magnetband getragen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung eine Transportvorrichtung aufweisen, mit welcher das zu beschichtende Substrat an der oberen Öffnung des Fluidisierbehälters vorbeibewegbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, große Flächen des Substrates zu beschichten. Insbesondere kann das Substrat aufgerollt sein und zur Beschichtung von einer Rolle abgerollt werden. Es kann dann an der Öffnung des Fluidisierbehälters vorbeibewegt werden. Das beschichtete Substrat wird dann bevorzugt wieder aufgerollt. Bevorzugterweise kann die durch die Fluidisierungsvorrichtung aufgebrachte Schicht vor dem Aufrollen kompaktiert werden.
Auch das genannte Magnetband kann als Transportvorrichtung dienen.
Vorteilhafterweise kann das Fluidisiergas Luft aufweisen oder sein. Um eine chemische Reaktion des Pulvers mit Luftsauerstoff oder Stickstoff zu vermeiden kann jedoch auch beispielsweise Inertgas wie Stickstoff oder Argon als Fluidisiergas eingesetzt werden.
Das Pulver weist vorzugsweise leitfähige, halbleitfähige und/oder isolierende Teilchen auf. Besonders bevorzugt ist eine Mischung aus leitfähigen und nichtleitfähigen Teilchen. Als isolierend können zum Beispiel Teilchen angesehen werden, deren Widerstand größer oder gleich 10, vorzugsweise 100 TΩ ist. Als leitfähig können zum Beispiel Teilchen angesehen werden, deren Widerstand kleiner oder gleich 10 GΩ ist.
Erfindungsgemäß weist das Pulver eine Mischung eines Funktionsmaterials und eines Bindermaterials auf, wobei das Funktionsmaterial Aktivkohle, Graphit, Manganoxid, Titanoxid, Lithiumeisenphosphat und/oder Nickelverbindungen aufweist und das Bindermaterial PVDF, Polytetrafluorethylen und/oder Polysiloxane aufweist.
Bei den Mischungen kann es sich bevorzugt um Funktionsmaterialien für elektrische Speicherzellen handeln, die zum Beispiel zwischen 80% und 97% der Gesamtmenge beinhalten. Bei den Bindematerialien können vorzugsweise PVDF, PTFE (Polytetrafluorethylen), verschiedene Polysiloxane mit 2-10 Gew.-% eingesetzt werden, als Leitadditiv vorzugsweise Active Carbon sowie ferner Graphene und Carbon-Nanotubes mit 0-10%.
Entmischungserscheinungen treten hier nur in vernachlässigbarem Maße auf. Ohne Anspruch auf Richtigkeit findet in diesem Pulver offenbar bei den leitfähigen oder halbleitfähigen Materialien eine Ladungsverschiebung statt, während die elektrisch isolierenden Partikel wohl polarisiert werden, so dass bereits im Partikelflug ein Verbund aus leitfähigen, halbleitfähigen und elektrisch isolierenden Partikel entsteht. Es kann je nach Anwendung beispielsweise ein Schichtgewicht zwischen 60 und 400 g/m² angestrebt werden.
Als Substrat können beispielsweise metallische Folien zum Einsatz kommen, die zum Beispiel Nickel, Aluminium oder Kupfer aufweisen. Auch Streckmetallfolien und metallische Schäume kommen als Substrat in Frage.
Die Fluidisierung der Teilchen des Beschichtungsmaterials ist deshalb von Bedeutung, da für eine homogene Applikation von Pulvern oder Pulvermischungen Voraussetzung ist, dass sich die Partikel bei der Ladungsverschiebung durch Influenz nicht berühren. Dies wird durch die Fluidisierung der Pulvermischung erreicht. Es kann sich dann die Ladung innerhalb des einzelnen Partikels verschieben, sodass eine Feldkraft hin zum geerdeten Substrat resultiert. Als Schüttgut würde sich eine solche Pulvermischung nicht mittels Influenz abscheiden lassen. Grund hierfür ist insbesondere, dass die Teilchen, wenn sie sich elektrisch leitend berühren, einen Faraday-Käfig bilden, wodurch das elektrische Feld nur auf die Teilchen der Oberfläche wirkt. Durch Fluidisierung der Teilchen wird dieser Effekt verhindert.
Die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung der Erfindung eignet sich besonders zur Herstellung von Elektroden für elektrische Speicherzellen, wie beispielsweise Batterien und Kondensatoren. Das genannte Substrat kann dann ein Stromkollektor sein. Der Stromkollektor kann einseitig oder zweiseitig beschichtet werden. Bei metallischen Schäumen als Substrat kann der Schaum auf der Rückseite geerdet sein, beispielsweise mittels eines Magnetbands, wenn es sich um Nickelschaum handelt. Auf diese Weise kann ein guter Verbund mit dem Nickelschausubstrat erzielt werden. Das pulverförmige Material kann in den Nickelschaum eindringen.
Es ist möglich, auch die mittels des Magnetbandes geerdete Rückseite des Substrats mit Funktionsmaterial zu beschichten, vorzugsweise mit etwas geringeren Mengen. Vorteilhafterweise entsteht ein Gradient beim Eindringen des Pulvers, sodass die Pulvermenge in Richtung des Inneren des Substrates stetig abnimmt.
Vorteilhafterweise kann das aufgebrachte Pulver nach der Beschichtung kompaktiert werden. Ist das Substrat ein metallischer Schaum, so kann vorzugsweise auch dieser kompaktiert werden, sodass eine geeignete Porosität einstellbar ist. Hierdurch kann die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden.
Auch metallische Folien als Substrat können einseitig oder beidseitig beschichtet werden. Im Falle von beidseitigen Beschichtungen ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung in zwei Stufen erfolgt. Dabei kann zunächst eine Seite beschichtet werden und diese dann mittels einer Temperaturbehandlung und/oder Kompaktierung gefestigt werden. Danach kann die Rückseite beschichtet werden und ebenfalls anschließend temperaturbehandelt und/oder kompaktiert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung einen Vibrator aufweisen, mit dem das Fluidisierbett rüttelbar ist. Das Fluidisierbett ist dabei das fluidisierte Pulver über dem Fluidisierboden. Der Vibrator wirkt vorzugsweise auf den Fluidisierbehälter und/oder den Fluidisierboden.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zur Pulverbeschichtung eines Substrates angegeben. Dabei wird das Substrat über einem nach oben offenen Fluidisierbehälter einer elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben angeordnet. Es wird dann in dem Bereich im Inneren des Fluidisierbehälters oberhalb des Fluidisierbodens ein pulverförmiges Beschichtungsmaterial, vorzugweise wie vorstehend beschrieben, eingebracht und Fluidisiergas von unterhalb des Fluidisierbodens durch den Fluidisierboden dem Bereich im Inneren des Fluidisierbehälters oberhalb des Fluidisierbodens zugeführt. Es wird dann eine Spannung zwischen der zumindest einen Elektrode im Fluidisierbehälter und dem der über dem Fluidisierbehälter angeordneten Elektrode angelegt. Wie vorstehend beschrieben, wird hierdurch das pulverförmige Beschichtungsmaterial auf das Substrat bewegt.
Die für die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung oben gemachten Aussagen gelten für das erfindungsgemäße Verfahren analog.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Substrat in einem Abstand von größer oder gleich 0,02 m, vorzugsweise größer oder gleich 0,05 m und/oder von kleiner oder gleich 0,25 m, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,2 m zur im Fluidisierbehälter angeordneten Elektrode angeordnet werden.
Liegt die angelegte Spannung zwischen 10 kV und 80 kV, so können typischerweise Feldstärken zwischen circa 200.000 V/m und 1.500.000 V/m erzeugt werden.
Vorteilhafterweise kann das pulverförmige Beschichtungsmaterial mit einer Füllhöhe von 0,005 m, vorzugsweise größer oder gleich 0,01 m, vorzugsweise größer oder gleich 0,03 m und/oder kleiner oder gleich 0,06 m, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,05 m, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,04 m in den Bereich im Inneren des Fluidisierbehälters oberhalb des Fluidisierbodens eingebracht werden. Die genannten Füllhöhen werden dabei im fluidisierten Zustand des Pulvers bestimmt.
Eine Flächenbeladung der Pulverschicht auf dem Substrat ist definiert als die Masse des Beschichtungsmaterials pro Fläche des Substrats. Die Flächenbeladungsdichte kann im erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres durch die Zeit, welche die Beschichtung in einem bestimmten Bereich des Substrats durchgeführt wird, eingestellt werden. Nach Erreichen der erforderlichen Flächenbeladung kann die Spannung unterbrochen oder abgestellt werden oder der entsprechende Bereich von oberhalb der Öffnung wegbewegt werden. Letzteres kann beispielsweise durch einen kontinuierlichen Transport des Substrats an der Öffnung des Fluidisierbehälters vorbei erreicht werden.
Vorzugsweise werden erfindungsgemäß Flächenbeladungen von größer oder gleich 40 g/m², vorzugsweise größer oder gleich 60 g/m², vorzugsweise größer oder gleich 100 g/m², besonders bevorzugt größer oder gleich 150 g/m², besonders bevorzugt größer oder gleich 200 g/m² und/oder kleiner oder gleich 400 g/m², vorzugweise kleiner oder gleich 300 g/m², besonders bevorzugt kleiner oder gleich 250 g/m² abgeschieden.
Das pulverförmige Beschichtungsmaterial kann vorzugsweise wie folgt zusammengesetzt sein.
Wie bereits beschrieben kann vorteilhafterweise das Substrat an der oberen Öffnung des Fluidisierbehälters, mit welcher dieser nach oben offen ist, vorbeibewegt werden. Vorzugsweise wird dabei das Substrat parallel zu einer Ebene, in der sich die Öffnung erstreckt, im Bereich über der Öffnung bewegt. Eine Geschwindigkeit des vorbeibewegten Substrats kann dabei vorteilhaft größer oder gleich 0,2 m/s, besonders bevorzugt größer oder gleich 0,3 m/s, besonders bevorzugt größer oder gleich 0,35 m/s sein, besonders bevorzugt größer oder gleich 0,5 m/s, besonders bevorzugt größer oder gleich 0,7 m/s, und/oder kleiner oder gleich 1,5 m/s, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1 m/s.
Im folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Die in den Figuren gezeigten Merkmale können auch unabhängig vom konkreten Beispiel realisiert sein und zwischen den einzelnen Beispielen kombiniert werden. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche oder entsprechende Merkmale.
Es zeigt

1 eine elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Plattenelektrode,
2 eine erfindungsgemäße elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung mit Kugelelektroden oder Zylinderelektroden ,
3 eine erfindungsgemäße elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung mit Kugelelektroden oder Zylinderelektroden über dem Fluidisierboden,
4 eine Abhängigkeit einer Flächenbeladung eines Nickelschaum-Stromkollektors zur spezifischen Ladung des Funktionsmaterials (Aktivkohle) bei unterschiedlichen Binderpulvern und Binderkonzentrationen.

1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung im Schnitt in einer vertikalen Schnittebene. Die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung weist einen Fluidisierbehälter 1 auf, der nach oben offen ist. In dem Fluidisierbehälter ist ein Fluidisierboden 3 angeordnet, durch den hindurch Fludisiergas 8 von unterhalb des Fluidisierbodens 3 einem Bereich dem Inneren des Fluidisierbehälters 1 oberhalb des Fluidisierbodens 3 zuführbar ist. In diesem Bereich oberhalb des Fluidisierbodens 3 liegt ein pulverförmiges Beschichtungsmaterial 4 vor, dass durch die Fluidisierluft 8 fluidisiert wird. Unterhalb des Fluidisierbodens 3 mündet ein Einlass 2 in den Fluidisierbehälter 1, durch welchen das Fluidisiergas in den Fluidisierbehälter einleitbar ist.
Die elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung gemäß 1 weist außerdem eine plattenförmige Elektrode 5 auf, die im Fluidisierbehälter 1 unterhalb des Fluidisierbodens 3 angeordnet ist. Sie ist im gezeigten Beispiel mit zum Fluidisierboden 3 paralleler Ebene horizontal ausgerichtet. Die plattenförmige Elektrode weist abgerundete Kanten auf, deren Krümmungsradius so gemessen ist, dass keine Dauerkorona, vorzugsweise keine Korona, bei anlegen einer Spannung zwischen der Elektrode 5 und einer Gegenelektrode 7 entsteht. Der minimale Krümmungsradius aller Kanten dieser Elektrode ist 3 mm.
Der Fluidisierboden 3 kann ein poröser Sinterboden sein, der beispielsweise Polyethylen, Quarzglas oder Borosilikatglas aufweist oder daraus besteht.
Über dem nach oben offenen Fluidisierbehälter 1 ist ein zu beschichtendes Substrat 6 angeordnet, dass seinerseits auf einer Folie 7 getragen wird. Im gezeigten Beispiel ist die Folie 7 geerdet, so dass sie als eine Elektrode über dem Fluidisierbehälter fungiert. An der Elektrode 5 ist ein Potential gegenüber dieser Elektrode 7 angelegt. Durch das Potential entsteht zwischen der Elektrode 5 und der Elektrode 7 ein elektrisches Feld, mittels welchem das pulverförmige Beschichtungsmaterial 4 auf das Substrat 6 bewegt wird, welches aber keine Dauerkorona erzeugt.
Im gezeigten Beispiel kann das Substrat 6 an der oberen Öffnung des Fluidisierbehälters 1 in eine Richtung parallel zur Öffnungsfläche der Öffnung vorbei bewegt werden.
Die Fluidisierungsvorrichtung kann einen in der Figur nicht gezeigten Vibrator aufweisen, mit dem das Fluidisierbett 4 rüttelbar ist. Dieser kann beispielsweise am Fluidisierbehälter 1 und/oder am Fluidisierboden 3 angreifen.
Die Öffnung 2, durch welche das Fluidisiergas ins Innere des Behälters 1 einleitbar ist, ist im gezeigten Beispiel in eine Seitenwand des Behälters 1 unterhalb des Fluidisierbodens eingebracht.
2 und 3 zeigen eine alternative Ausgestaltung der elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Sie stimmen mit jener in 1 gezeigten weitgehend überein mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Merkmale. Bezüglich der im Folgenden nicht weiter beschriebenen Merkmale sei auf 1 verwiesen.
In 2 und 3 sind im Fluidisierbehälter anstelle der plattenförmigen Elektrode 5 der 1 im Innern des Fluidisierbehälters eine Mehrzahl, hier vier, kugelförmige Elektroden 5a, 5b unterhalb des Fluidisierbodens 3 in 2 und oberhalb des Fluidisierbodens in 3 angeordnet. Die Elektroden können auch zylinderförmige Elektroden 5a, 5b sein. Die Elektroden 5a, 5b sind in 2 über einem Boden des Fluidisierbehälters 1 aber unter dem Fluidisierboden 3 angeordnet und in 3 über dem Fluidisierboden im Pulver 4. Sie bedecken den Boden im Wesentlichen gleichförmig. Ein Krümmungsradius der kugelförmigen oder zylinderförmigen Elektroden ist so gemessen, dass eine Koronabildung verhindert wird.
Der Fluidisierbehälter kann in den gezeigten Beispielen der 1, 2 und 3 ein elektrisch isolierendes Material wie beispielsweise PVC aufweisen oder daraus bestehen. Im gezeigten Beispiel kann der Sinterboden eine Dicke von beispielsweise 5 mm haben und eine Porengröße von 10 bis 30 µm aufweisen. Er kann beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 0,01 bis 0,03 m/s mit Fluidisiergas, beispielsweise Luft, durchströmt werden.
Das Band 7, mit dem das Substrat 6 gehalten wird, kann beispielsweise ein Magnetband sein, das vorzugsweise umläuft. Auf diese Weise kann das Substrat 6 einzeln oder kontinuierlich an der Öffnung des Fluidisierbehälters 1 vorbeibewegt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit denen in 1, 2 und 3 gezeigten Fluidisierungsvorrichtungen beispielhaft wie folgt ausgeführt werden.
Ein Pulver-Fluidisierungsbehälter 1 wird mit Luft durch die Einlassöffnung 2 versorgt, die mit einer Strömungsgeschwindigkeit von ca. 0,01 bis 0,05 m/s den porösen Sinterboden 3 durchströmt. Wahlweise können auch Inertgase wie Stickstoff oder Argon eingesetzt werden, wenn Funktionsmaterialien chemisch mit dem Luftsauerstoff bzw. Stickstoff reagieren. Das Pulver/die Pulvermischung 4 gerät in einen flüssigkeitsähnlichen (fluidisierten) Zustand, bei dem sich die Partikel nur noch sporadisch berühren. Die Elektroden, eine abgerundete, geschliffene Plattenelektrode 5 oder mehrere Kugelelektroden mit glatter Oberfläche 5b sind hochspannungsführend. Die Spannung liegt z. B. zwischen 10 und 80 kV. Typische Feldstärken liegen bei ca. 200.000 bis 1.500.000 V/m. Der Abstand Elektrode/Gegenelektrode 6 liegt z.B.zwischen 0,04 und 0,25 m. Die Füllhöhe der fluidisierten Pulverschicht beträgt z. B. 0,005 bis 0,06 m. Das Substrat kann beispielsweise eine metallische Folie (Aluminium, Kupfer, Nickel) oder ein metallischer Schaum (Nickel, Aluminium etc.) sein. Zwischen 40 und ca. 400 g/m² Pulver wird auf die Oberfläche appliziert, je nach Anwendung. Wir dein Gemisch aus elektrisch leitfähigem und isolierendem Material appliziert, dann kann es vorteilhaft sein, dass Leitadditive wie Carbon black in geringen Mengen (3-4 Gew.-%) beigement werden, um eine homogene Abscheidung der Partikelmischung zu gewährleisten. Dies ist bei elektrochemischen Funktionspulvern auch zur Erreichung hoher Wirkungsgrade bei der Batteriefunktion vorteilhaft. Die Zeitdauer für die Applikation beträgt je nach Parametereinstellung ca. 3-5 s. Mit einem 1 m langen Fluidisierbett lässt sich im Durchlaufverfahren also beispielsweise eine Geschwindigkeit zwischen 0,2 und 0,35 m/s erzielen. Mittels eines Vibrators, der das Fluidisierbett rüttelt, lässt sich die Fluidisierung des Pulvers verbessern und damit die Flächenleistung um weitere ca. 20 % steigern.
Die 4 zeigt im Fallbeispiel von elektrischen Speicherzellen, dass bei einer Beladung des Inneren des Nickelschaums mit einer Mischung aus Aktivkohle und entsprechenden Pulver-Bindern mit ca. 0,2 kg/m² stabil hohe Werte der spezifischen Ladung des Funktionsmaterials von ca. 20 Ah/kg erzielt werden. Es handelt sich um eine einseitige Beschichtung, wobei ein Magnetband auf der nicht zu beschichteten Rückseite des Nickelschaums die gleichmäßige Erdung und die Maskierung der Rückseite des Nickelschaums sicherstellt. Das über den Nickelschaum überlappende Magnetband vermeidet Umgriff-Anteile des Pulvers und homogenisiert das elektrische Feld im Kantenbereich des Nickelschaums
Mit der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem umweltfreundlich sowie energie- und materialeffizient Funktionsschichten auf Stromkollektorfolien für Elektroden von Energiespeicher- bzw. Energiewandlersysteme für elektrische Energie appliziert werden können. Der Platzbedarf der Produktionsanlage wird im Vergleich zum Stand der Technik erheblich reduziert. Die Investitionskosten für die Beschichtungsanlage werden minimiert. Die Energiekosten können aufgrund des effizienten Produktionsprozesses bedeutend reduziert werden.
Da das Verfahren sich für elektrisch leitfähige/halbleitfähige wie isolierende Materialien sowie deren Mischung eignet, ist es geeignet zur Herstellung von Kathoden und Anoden für Batterien, Elektroden für Supercaps, sowie Elektroden für Brennstoffzellen. Eine weitere Anwendung für die neue elektrostatische Applikationsmethode ist die traditionelle elektrostatische Pulverbeschichtung, wenn auf flache oder rotationssymetrische Substrate, sowie andere einfache bzw. immer wiederkehrende Stückgüter, appliziert wird. Ebenfalls möglich ist der Einsatz beim elektrostatischen Beflocken, vorausgesetzt die Flock-Materialien sind ausreichend fluidisierbar.

Claims

Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung, aufweisend einen nach oben offenen Fluidisierbehälter (1), einen im Fluidisierbehälter (1) angeordneten Fluidisierboden (3), durch den hindurch Fluidisiergas (8) von unterhalb des Fluidisierbodens (3) einem Bereich im Inneren des Fluidisierbehälters (1) oberhalb des Fluidisierbodens (3) zuführbar ist, einen unterhalb des Fluidisierbodens (3) in den Fluidisierbehälter (1) einmündenden Einlass (2), durch welchen das Fluidisiergas (8) in den Fluidisierbehälter (1) einleitbar ist, sowie zumindest eine Elektrode (5), die im Fluidisierbehälter (1) angeordnet ist, und eine Elektrode (7), die über dem Fluidisierbehälter (1) angeordnet ist, wobei die Elektrode (5) im Fluidisierbehälter und die über dem Fluidisierbehälter (1) angeordnete Elektrode (7) so ausgestaltet und so angeordnet sind, dass zwischen ihnen ein elektrisches Feld ausbildbar ist, durch das keine Dauerkorona erzeugt wird, aber im Fluidisierbehälter (1) fluidisiertes Pulver in Richtung der über dem Fluidisierbehälter (1) angeordneten Elektrode (7) bewegbar ist, wobei das Pulver eine Mischung eines Funktionsmaterials und eines Bindermaterials aufweist, wobei das Funktionsmaterial Aktivkohle, Graphit, Manganoxid, Titanoxid, Lithiumeisenphosphat und/oder Nickelverbindungen aufweist und das Bindermaterial PVDF, Polytetrafluorethylen und/oder Polysiloxane aufweist.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zumindest eine Elektrode (5) im Inneren des Fluidisierbehälters (1) zumindest eine kugelförmige Elektrode (5a, 5b) oder zumindest eine zylinderförmige Elektrode (5a, 5b) mit konvexen Stirnflächen oder zumindest eine Plattenelektrode mit abgerundeten Kanten oder ein metallisches Netz ist, deren minimaler Krümmungsradius größer oder gleich 3 mm, oder größer oder gleich 5 mm, oder größer oder gleich 10 mm ist, oder wobei die zumindest eine Elektrode im Inneren des Fluidisierbehälters ein leitfähiges und/oder metallisches Netz mit einer Gewebefeinheit von kleiner oder gleich 300 Mesh, oder kleiner oder gleich 100 Mesh, oder kleiner oder gleich 100 Mesh und/oder größer oder gleich 5 Mesh, oder größer oder gleich 10 Mesh ist.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Elektrode (5) im Inneren des Fluidisierbehälters (1) unterhalb des Fluidisierbodens (3) angeordnet ist.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fluidisierboden (3) ein poröser Sinterboden ist.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fluidisierte Pulver mittels Influenzpolarisation oder Kontaktaufladung oder beidem in Richtung der Elektrode (7) über dem Fluidisierbehälter bewegbar ist.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der poröse Sinterboden gesintertes Polyethylen, Quarzglas oder Borosilikatglas aufweist oder daraus besteht.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 6, wobei eine Porengröße des porösen Sinterbodens größer oder gleich 5 µm, oder größer oder gleich 10 µm, und/oder kleiner oder gleich 50 µm, oder kleiner oder gleich 30 µm ist.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Fluidisiergaszuführvorrichtung, mit der Fluidisiergas mit einer Geschwindigkeit von größer oder gleich 0,01 m/s und/oder kleiner oder gleich 0,05 m/s durch den Sinterboden zuführbar ist.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Spannungserzeugungsvorrichtung mit der eine Spannung von größer oder gleich 10 kV, oder größer oder gleich 30 kV, oder größer oder gleich 50 kV und/oder kleiner oder gleich 80 kV, oder kleiner oder gleich 70 kV, oder kleiner oder gleich 60 kV zwischen der zumindest einen Elektrode und einer hinter einem zu beschichtenden Substrat angeordneten Gegenelektrode anlegbar ist.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (7) über dem Fluidisierbehälter (1) ein zu beschichtendes Substrat (6) ist oder hinter einem zu beschichtenden Substrat (6) angeordnet ist oder ein zu beschichtendes Substrat (6) an der Elektrode über dem Fluidisierbehälter auf deren dem Fluidisierbehälter zugewandten Seite angeordnet ist.
Elektrostatische Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Vibrator, mit dem ein Fluidisierbett über dem Fluidisierboden (3) rüttelbar ist.
Verfahren zur Pulverbeschichtung eines Substrats, wobei das Substrat über einem nach oben offenen Fluidisierbehälter einer Elektrostatischen Fluidisierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet wird, in den Bereich im Fluidisierbehälter oberhalb des Fluidisierbodens ein pulverförmiges Beschichtungsmaterial eingebracht wird, Fluidisiergas von unterhalb des Fluidisierbodens dem Bereich im Fluidisierbehälter oberhalb des Fluidisierbodens zugeführt wird, und eine Spannung zwischen der Elektrode im Fluidisierbehälter und der Elektrode über dem Fluidisierbehälter angelegt wird, wobei zwischen der Elektrode im Fluidisierbehälter und der Elektrode über dem Fluidisierbehälter ein elektrisches Feld ausgebildet wird, durch das keine Dauerkorona erzeugt wird, aber im Fluidisierbehälter fluidisiertes Pulver in Richtung der über dem Fluidisierbehälter angeordneten Elektrode bewegbar ist, wobei das Pulver eine Mischung eines Funktionsmaterials und eines Bindermaterials aufweist, wobei das Funktionsmaterial Aktivkohle, Graphit, Manganoxid, Titanoxid, Lithiumeisenphosphat und/oder Nickelverbindungen aufweist und das Bindermaterial PVDF, Polytetrafluorethylen und/oder Polysiloxane aufweist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein zu beschichtendes Substrat in einem Abstand von größer oder gleich 0,02 m, oder größer oder gleich 0,05 m und/oder von kleiner oder gleich 0,25 m, oder kleiner oder gleich 0,2 m zu der Elektrode im Inneren des Fluidisierbehälters angeordnet wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das pulverförmige Beschichtungsmaterial mit einer Füllhöhe von größer oder gleich 0,005 m, oder größer oder gleich 0,01 m, oder größer oder gleich 0,03 m und/oder kleiner oder gleich 0,06 m, oder kleiner oder gleich 0,05 m, oder kleiner oder gleich 0,04 m in den Bereich im Inneren des Fluidisierbehälters oberhalb des Fluidisierbodens eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei auf dem Substrat eine Pulverschicht mit einer Flächenbeladung von größer oder gleich 40 g/m², oder größer oder gleich 60 g/m², oder größer oder gleich 100 g/m², oder größer oder gleich 150 g/m², oder größer oder gleich 200 g/m² und/oder kleiner oder gleich 400 g/m², oder kleiner oder gleich 300 g/m², oder kleiner oder gleich 250 g/m² abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das pulverförmige Beschichtungsmaterial eine Mischung von zumindest zweien der folgenden Komponenten ist: einer leitfähigen Komponente, einer halbleitfähigen Komponenten, einer isolierenden Komponente.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das pulverförmige Beschichtungsmaterial eine Mischung eines Funktionsmaterials und eines Bindermaterial und eines Leitadditives aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das Substrat gegenüber dem Fluidisierbehälter in einer Richtung parallel zu einer oberen Öffnung des Fluidisierbehälters am fluidisierbehälter vorbeibewegt wird, mit einer Geschwindigkeit größer oder gleich 0,2 m/s, oder größer oder gleich 0,3 m/s, oder größer oder gleich 0,35 m/s, oder größer oder gleich 0,5 m/s, oder größer oder gleich 0,7 m/s und/oder kleiner oder gleich 3 m/s, oder kleiner oder gleich 1 m/s.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Substrat Metall und/oder Aluminium und/oder Kupfer und/oder Nickel aufweist oder daraus besteht.