DE102021105658A1

DE102021105658A1 - Beschichtungsvorrichtung mit stabiler folienführung

Info

Publication number: DE102021105658A1
Application number: DE102021105658.6A
Authority: DE
Inventors: Deniz Bozyigit; Martin Ebner; Max Kory
Original assignee: Battrion AG
Current assignee: Battrion AG
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2022189491A1; JP2024510909A; EP4226435A1; US20230117887A1; CN116918090A

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Beschichtungsvorrichtung (30) zur Beschichtung eines Trägers (1) auf wenigstens einer Seite, insbesondere einer Folie, mit einer Beschichtung, insbesondere mit einer Paste mit in einem Kraftfeld ausrichtbaren Partikeln, vorzugsweise zur Herstellung einer Anode einer Lithium-Ionen-Batterie, umfassend eine Transportvorrichtung zum Transport des Trägers (1) während des Beschichtungsvorgangs zur Beschichtung des Trägers (1) auf wenigstens einer Seite des Trägers (1) sowie zum Transport wenigstens nach dem Auftragen der Paste auf einer Seite. Zur besonders stabilen Folienführung umfasst die Transportvorrichtung eine Lagerungsvorrichtung (2, 12, 22, 29) zur positionsstabilen Lagerung des Trägers (1,) in Bezug zur Richtung senkrecht zur Transportfläche, in welcher der Träger beim Transport liegt, und/oder senkrecht zur Transportrichtung (T), welche dazu ausgebildet ist, eine mechanische Zwangsbedingung für den Bewegungsbereich des Trägers (1) senkrecht zur Oberfläche in Richtung der unbeschichteten Seite des Trägers (1) auszubilden, um einer Änderung der Position in Bezug zur Richtung senkrecht zur Oberfläche entgegenzuwirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung eines Trägers auf mindestens einer Seite mit einer Paste nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der WO 2018 / 047054 A1 ist zum Beispiel aus dem Stand der Technik ein Herstellungsprozess für eine derartige Beschichtung einer Trägerfolie mit einer Paste bekannt und wird am Beispiel einer Fertigung einer negativen Elektrode für Lithium-Ionen-Batterien erläutert. Der Träger liegt in Form einer Folienbahn vor, welche durch die entsprechende Fertigungs-/ Beschichtungsanlage hindurch über Rollen transportiert wird. In diesem Fall enthält die Paste auch im Magnetfeld ausrichtbare Graphitpartikel. Der Transport muss allerdings sehr präzise erfolgen, denn der Träger muss, um eine genau kontrollierbare Ausrichtung der Graphit-Partikel zu erhalten, genau definiert durch das Magnetfeld geführt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beschichtungsvorrichtung bereitzustellen, die eine präzisere Fertigung mit genauerer Positionierung des Trägers ermöglicht.
Die Aufgabe wird, ausgehend von einer Beschichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung sieht eine Transportvorrichtung vor, mit welcher die zu beschichtende Trägerfolie durch die Anlage hindurchgeführt wird. Die Trägerfolie an sich ist kein fester Bestandteil der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung.
Der Träger wiederum umfasst in der hier verwendeten Nomenklatur eine Folie als grundlegendes Material sowie die auf der Folie aufgebrachte Beschichtung. Für die Herstellung negativer Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien zum Beispiel wird Kupferfolie verwendet, die in langen Bahnen vorliegt. Allerdings hat sich herausgestellt, dass bei herkömmlichen Verfahren nach dem Stand der Technik der Transport von vor allem langen Folienbahnen in Bezug zum Kraftfeld bzw. Magnetfeld unzureichend genau ist und bislang regelmäßig Probleme bereitet
Hinzu kommen bei einer Beschichtung in der Regel weitere Anforderungen an den Fertigungsprozess: Als Beschichtung wird beispielsweise eine Paste aus weichem bis flüssigem Material aufgetragen und anschließend getrocknet. Beim Trocknen kann durch Verdampfung von Bestandteilen der Paste das Pastenvolumen schrumpfen. Aufgrund der Haftung an der Folie kann sich der Träger insgesamt verformen, wölben, Falten werfen, oder knittern. Außerdem kann sich beim Erhitzen, welches zum Trocknen der Paste eingesetzt wird,der Träger ausdehnen oder schrumpfen.
Zum Beispiel ist bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien zu erwarten, dass die verwendete Kupferfolie sich bei Erwärmung ausdehnt, während eine darauf aufgetragene Paste schrumpft. Der Gesamtkomplex des Trägers, der die Folie und die Paste umfasst, krümmt sich in diesem Fall, ähnlich wie ein stromdurchflossener, sich erwärmender Bimetallstreifen.
Dies kann wiederum dazu führen, dass sich der Träger insgesamt verformt, wölbt, Falten wirft oder knittert. Diese Effekte bereiteten bisher grundsätzlich bei der Lagerung und Positionierung und somit auch beim Transport und der Fertigung, insbesondere beim genauen Positionieren des Trägers in einem Kraftfeld Probleme.
Die Paste, mit welcher die Trägerfolie z.B. beschichtet wird, kann plättchenförmige Partikel enthalten, bei denen für eine Mehrheit der Partikel ein an die jeweilige Partikelform angenäherter Ellipsoid zwei ähnlich lange Achsen sowie eine deutlich kürzere Achse besitzt.
Die Paste, mit welcher die Trägerfolie z.B. beschichtet wird, kann kugelförmige Partikel enthalten, bei denen für eine Mehrheit der Partikel ein an die jeweilige Partikelform angenäherter Ellipsoid drei ähnlich lange Achsen besitzt.
Die Paste, mit welcher die Trägerfolie z.B. beschichtet wird, kann nadelförmige Partikel enthalten, bei denen für eine Mehrheit der Partikel ein an die jeweilige Partikelform angenäherter Ellipsoid eine lange Achse sowie zwei deutlich kürzere Achsen besitzt.
Wenn die Paste, mit welcher die Trägerfolie beschichtet wird, Partikel wie beispielsweise Partikel auf Kohlenstoffbasis, insbesondere Graphitpartikel enthält, insbesondere plättchenförmige Partikel, kann die einheitliche Ausrichtung der Partikel die Verspannung durch Volumenreduzierung beim Trocknen prinzipiell zwar beeinflussen, allerdings ist die Ausrichtung durch das gewünschte Produktionsergebnis vorgegeben und kann sich nicht allein nach einer potentiellen Verspannung richten. Sofern möglich, kann die Beschichtung auch ein Material mit thermoresponsiven Eigenschaften aufweisen, aber auch diese Eigenschaften tragen in der Regel nurbedingt zur Vermeidung von Verspannungen bei.
Eine Orientierung von Partikeln in der Paste kann zum Beispiel unter dem Einfluss eines Kraftfeldes erfolgen. Graphitpartikel lassen sich zum Beispiel in einem Magnetfeld, insbesondere einem zeitlichen und/oder räumlichen magnetischen Wechselfeld orientieren. Sind Partikel in der Paste vorhanden, die orientiert werden sollen, wird dieser Prozess vorteilhafterweise vor und/oder während der Trocknung ausgeführt, da sich die Partikel in einer sie umgebenden, vollständig getrockneten und erstarrten Masse der Paste mechanisch meist kaum noch bewegen lassen. Die Ausrichtung der Partikel kann zum Teil gleichzeitig zum Trocknungsprozess vorgenommen werden, damit die Orientierung der Partikel nicht beim Trocknen ganz oder teilweise, beispielsweise durch Luftströmung oder unter dem Einfluss des Schrumpfens des Pastenvolumens, wieder verloren geht. Denkbar ist auch, dass durch eine aktive Formung des Trägers der beim Trocknen und Schrumpfen der Paste auftretenden Verformung entgegengewirkt wird. Damit sich Folie bei einer solchen Verformung aber nicht aus der Lagerung hebt, kann aber auch die erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung eingesetzt werden, die eine Lagerung in mehrere Richtungen, gegebenenfalls berührungslos, ermöglicht.
Außer einer Paste, die eine weiche oder flüssige Masse mit Partikeln als wesentlichen Bestandteil aufweist, kann auch eine Trockenbeschichtung mit einem Pulver erfolgen. Die Partikel können je nach Anwendung in der Trockenbeschichtung auch in einem Kraftfeld ausgerichtet werden. Auch mit diesem Material kann die Erfindung verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung stellt eine zuverlässige und stabile Lagerung zur Verfügung, auch wenn der Träger eine empfindliche Beschichtung aufweist und eine genaue Positionierung gewünscht ist.
Dementsprechend zeichnet sich die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung dadurch aus, dass die Transportvorrichtung eine Lagervorrichtung zur positionsstabilen Lagerung des Trägers in Bezug auf eine Richtung senkrecht zur Transportebene, in welcher der Träger beim Transport liegt, umfasst, mit welcher senkrecht zur Transportfläche eine Kraft ausgeübt werden kann. Grundsätzlich kann die Lagerungsvorrichtung an unbeschichteten Stellen, auf denen keine Beschichtung vorliegt, oder an beschichteten Stellen berührend oder berührungslos angreifen. Die Lagerungsvorrichtung stellt somit eine mechanische Zwangsbedingung für den Bewegungsbereich senkrecht zur Transportebene bzw. zur Oberfläche des Trägers dar.
Beim Herstellungsprozess ist eine stabile Lagerung in der Transportebene nicht nur vorteilhaft, um die Paste bei der Beschichtung exakt auftragen zu können, sondern auch, um den Träger in definierter Weise einem Kraftfeld auszusetzen. Vor allem ist es vorteilhaft, den Träger in genau definierter Weise im Kraftfeld zu positionieren, z.B. genau in Bezug zu der das Kraftfeld erzeugenden Vorrichtung auszurichten und in genau definiertem Abstand in Bezug zu der das Kraftfeld erzeugenden Vorrichtung zu positionieren. In der Regel werden typischerweise Permanentmagnete zur Erzeugung eines Magnetfelds verwendet, weshalb es besonders wichtig ist, dass der Träger im vorbestimmten, wohldefinierten Abstand zu den Permanentmagneten positioniert ist, damit die zu orientierenden Partikel der vorgesehenen Feldstärke ausgesetzt sind, die zur Ausrichtung der Partikel notwendig ist. Eine solche stabile Lagerung kann durch die Beschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung erhalten werden. Insbesondere muss der Abstand des Trägers zu den Magneten auf der ganzen Fläche, auf der das Magnetfeld auf den Träger einwirkt, genau definiert sein. Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung kann bezüglich ihrer Lagerung auch auf eine konvexe Folienführung verzichten, welche herkömmlicherweise im Stand der Technik Verwendung findet, jedoch deutlich aufwendiger umzusetzen ist.
Der Abstand zwischen der Folie und dem Magneten beträgt bei einer Ausführungsvariante vorzugsweise zwischen 0 mm - 200mm, bevorzugt zwischen 0 mm - 20 mm, besonders bevorzugt 1 mm - 4 mm.
Bei Weiterbildungen der Erfindung können zum Beispiel folgende Lagerungsvorrichtungen oder Kombinationen an Lagerungsvorrichtungen eingesetzt werden:

- Der Träger kann auf einem oder mehreren Rollenlagern aufliegen. Die Rollenlager bieten eine mechanische Zwangsbedingung aus, damit der Träger nicht in Schwerkraftrichtung durchhängt. Sie besitzen den Vorteil, dass sie sich mit der Translationsbewegung des Trägers mitdrehen können, also auch nur geringe Reibungskräfte wirken, die den Träger folglich auch nicht beeinflussen könnten (etwa durch Abrieb, elektrostatische Aufladung oder dergl.).
- Stattdessen sind auch Schleiflager möglich, die sich bei Kontakt mit dem Träger nicht mitdrehen, sondern drehfest verharren. In der Regel sind flächige Schleiflager unbrauchbar, da sie eine große Kontaktfläche, die mit dem Träger in Kontakt steht, aufweisen und damit zu hohen Reibungskräften führen. In der Regel können dünne Drähte oder Kunststofffäden, die quer oder in einem Winkel zur Transportrichtung gespannt werden, verwendet werden. Der Träger liegt auf dem Draht oder Faden auf und gleitet darüber. Aufgrund der äußerst geringen Kontaktfläche treten meist zwischen Träger und Faden bzw. Draht nur geringe Reibungskräfte auf. Eine derartige Lagerung kann meist kostengünstig, platzsparend mit geringer Bauhöhe sowie ohne größeren technischen Aufwand umgesetzt werden.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Anordnung bzw. der Kombination von Lagern:

- Rollen- oder Schleiflager werden in der Regel bei Kontakt mit Festkörperoberflächen eingesetzt. Zur Verringerung der Reibung kann auch ein Flüssigkeitspolster vorgesehen sein, sodass der Träger über dieses Polster hinweg gleitet.
- Gegenüber Flächen aus weicher Materie oder flüssigen Beschichtungen wiederum ist es vorteilhaft, berührungslose Lager einzusetzen. Bei einem Gaslager oder Luftlager zum Beispiel wird ein Gasstrom, vorteilshaft ein Luftstrom, an einer Oberfläche erzeugt. Auf diesem Gaspolster kann der Träger sodann gleiten. Die Reibungskräfte sind regelmäßig vernachlässigbar gering. Dennoch sollte ein Gaslager so dimensioniert sein, dass auch gerade dann, wenn es beschichtungsseitig angebracht ist, nicht den Trocknungsvorgang behindert. Es ist besonders vorteilhaft ein Gaslager so auszugestalten, dass es flächig über den Magneten angebracht werden kann, und eine geringe Dicke, vorteilshaft zwischen 1 mm - 4 mm, aufweist. In dieser Ausgestaltung durchdringt das Magnetfeld das Gaslager und wirkt auf den Träger ein. Dies erlaubt eine präzise Lagerung der Folie parallel zu den Magneten.

- In vorteilhafter Weise kann auch ein Vakuumlager, welches Unterdruck beispielsweise durch eine Vakuumpumpe oder ein Gebläse bereitstellt, eingesetzt werden. Das Vakuumlager saugt den Träger an und übt so eine Kraftwirkung auf ihn aus. Diese Anordnung kann auch dazu verwendet werden, den Träger an ein anderes Lager anzupressen.
- Darüber hinaus sind auch elektromagnetische Lager wie Wirbelstromlager oder elektrostatische Lager denkbar, die ähnlich geringe Reibungskräfte erlauben wie Gaslager. Dennoch ist es notwendig, dass das zu lagernde Material entsprechende Eigenschaften aufweist, es zum Beispiel eine elektrostatische Aufladung oder die Erzeugung von Wirbelströmen ermöglicht.

Beschichtungsseitig können vor allem berührungslose Lager wie Gaslager oder elektromagnetische Lager eingesetzt werden. Diese können wirksam verhindern, dass sich der Träger zu stark senkrecht zur Transportebene biegt bzw. wölbt, jedoch ohne dabei die weiche bzw. teilweise flüssige Beschichtung zu berühren oder zu beschädigen. Gleichzeitig wird mit den Gaslagern gemäß der Weiterbildung der Erfindung ermöglicht, dass der Zugang zur Folie, also z.B. beim Trocknungsvorgang, nicht behindert wird.
Insgesamt ist es vorteilhaft, dass sämtliche Lager so ausgerichtet sind, dass die Geradheit der Folie senkrecht zur Folientransportrichtung gewährleistet wird, um ein Wölben, Knittern, oder Falten werfen der Folie zu vermeiden, wobei berührungslose Lager in seitlicher Richtung ein gewisses Spiel zulassen können.
Als Ausgangspunkt werden folgende Lagerungen betrachtet:

- Grundsätzlich können herkömmlicherweise Rollen, über die das Trägerband geführt wird, sodann jeweils zwischen den jeweiligen Magneten in Transportrichtung angeordnet werden, damit die Feldlinien nicht durch die Rollen gestört werden. Rollen benötigen aber vergleichsweise viel Platz. Aufgrund der einseitigen Lagerung kann die Folie von den Rollen abheben. Ein Abheben der Folien beim Ausrichten vergrößert den Abstand zu den Magneten, d.h. die Partikel werden gegebenenfalls nur unzureichend ausgerichtet.
- Um den genauen Abstand der Folie zum Magneten zu erhalten, können Abstandshalter, die auf den Magneten aufliegen, verwendet werden. Grundsätzlich stellt aber auch eine solche Lagerung eine einseitige Lagerung dar, d.h. die Folie kann immer noch abheben. Es wird nur verhindert, dass der Abstand zwischen Folie und Magnet zu gering wird. Zudem ist diese herkömmliche Lagerung mit Schwierigkeiten verbunden, weil ein Abstandshalter ein Schleiflager darstellt, und durch die Reibung Kratzer in der Folie auftreten können. Die Prozessstabilität ist unter Umständen nicht mehr gewährleistet.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel können nun Gaslager, wie zum Beispiel Luftlager eingesetzt werden. Vor allem auf der beschichteten Seite kann ein berührungsloses Luftlager verwendet werden, sodass, unabhängig davon, welches Lager auf der gegenüberliegenden Seite verwendet wird (z.B. ein in Kontakt stehendes Rollen- oder Schleiflager oder auch ein berührungsloses Gaslager) eine beidseitige Lagerung, die an den gegenüberliegenden Seiten angreift, besteht.
Sind die einzelnen Lager in Serie geschaltet (in Transportrichtung), so kann der Abstand zwischen benachbarten Lagern grundsätzlich zwischen 1 cm und 8 m, vorzugsweise 1 cm - 50 cm betragen, je nachdem welche Lager noch verwendet werden.
Damit das beschichtungsseitig angeordnete, zum Beispiel das obere Luftlager, nicht den Trocknungsprozess stört und ein schlechter Zugang für die Trocknung besteht, kann ein Vakuumlager zur Ausübung einer Anpresskraft vorgesehen sein. Dieses Vakuumlager kann auf der gleichen Seite des Trägers wie die anderen Lager angeordnet werden, da es die Folie ansaugt, also der Kraftrichtung der andern Lager entgegengesetzt wirkt. Vorzugsweise kann das Vakuumlager mit einer Vakuumpumpe ausgestaltet sein.
Die Beschichtungsvorrichtung dient zur Fertigstellung der Beschichtung, sodass die Beschichtungsvorrichtung auch eine Ausrichtungsvorrichtung umfassen kann, um die Partikel in der Paste orientieren zu können. Die Ausrichtungsvorrichtung erzeugt das Kraftfeld, unter dessen Einfluss die Partikel ausgerichtet werden. Bei plättchenförmigen Graphitpartikeln in Flockenform bzw. länglicher Form können zeitlich bzw. örtlich wechselnde Magnetfelder verwendet werden. In der Regel werden im Wesentlichen Permanentmagnete in Stapeln angeordnet und so ausgerichtet, dass die Orientierung ihrer Magnetfelder räumlich variiert, sodass der durch die Felder bewegte Träger in Bezug auf einen zum Träger fixen Punkt ein zeitlich wechselndes Magnetfeld erfährt. Um beschichtete Träger konstanter Qualität zu erhalten, ist gerade beim Durchlaufen der Magnetfelder eine stabile Positionierung des Trägers, sie durch eine Beschichtungsvorrichtung gem. der Erfindung ermöglicht wird, vorteilhaft.
Die Lagerungsvorrichtung lagert den Träger vorteilhafterweise senkrecht zur Transportebene in stabiler Position. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Lagerungsvorrichtung somit zur mindestens zweiseitigen bzw. zur mehrseitigen Lagerung des Trägers ausgebildet. In Bezug auf den Abstand zu Magnetfeld erzeugenden Elementen können die Lagerungselemente zum Beispiel gegenüberliegend oberhalb und unterhalb der Transportebene bzw. des Trägers angeordnet sein. Die Lager können auch den Träger im Randbereich U-förmig umgreifen und so ein dreiseitiges Lager ausbilden.
Entlang der Transportstrecke können zwei oder mehr Lager in Serie geschaltet sein, um über den entsprechenden Bereich eine besonders stabile Lagerung zu erhalten. Die Lager können an den einzelnen Stellen entlang der Transportstrecke gegenüberliegend angeordnet sein oder an verschiedenen Stellen unmittelbar in Serie. Auf diese Weise wird trotz der Länge der Folienbahn verhindert bzw. reduziert, dass diese durchhängt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei Gaslager in Serie geschaltet, wobei auf der gleichen Seite, auf der sich die Gaslager befinden, ein Vakuumlager zur Ausübung einer Anpresskraft senkrecht zur Transportrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Stabilität besonders erhöht werden.
Der Träger kann sich beim Trocknen der Paste verspannen, was in der Regel zu einer störenden Wölbung senkrecht zur Transportebene führt. In Bezug auf eine derartige Wölbung kann es vorteilhaft sein, zum Beispiel ein Schleiflager zu verwenden, welches die Form des Trägers bzw. der Folie wiederherstellt.
Eine Lagerkraft auf der beschichteten Seite kann grundsätzlich auch durch eine konvexe Folienführung herbeigeführt werden. Die Folie passiert dann eine größere Strecke als auf geradem Weg; zudem bewirkt die Führung der Folie mit ständiger Richtungsänderung auf dem kreisbogenförmigen Streckenabschnitt, dass die Trägerfolie eine gewisse Anpressung-erhält. Gerade aber dann, wenn gleichzeitig auf diesem Transportstrecken-Abschnitt eine Ausrichtung auch erfolgen soll, ist es notwendig, eine konvexe Kraftfeld- bzw. Magnetoberfläche dort herzustellen, was technisch schwierig ist. Die konvexe Führung kann zudem nur in einem bestimmten Rahmen erfolgen, da die Beschichtungsvorrichtung geometrisch in der Regel nur einen bestimmten Winkelbereich zulässt.
Dennoch kann bei einer Ausführungsform der Erfindung auch eine konvexe Folienführung in Kombination mit mindestens einem Luftlager verwendet werden. Für den Trocknungsprozess können alle Lager auf einer Seite angeordnet werden, sodass z.B. die beschichtete Seite einem Trocknungsprozess zugänglich ist.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:

1: unterschiedlich beschichtete Träger,
2: eine schematische Darstellung eines Rollenlagers in einer Beschichtungsvorrichtung,
3: eine schematische Darstellung eines Schleiflagers in einer Beschichtungsvorrichtung gem. der Erfindung,
4: eine schematische Darstellung eines Luftlagers in einer Beschichtungsvorrichtung gem. der Erfindung,
5: eine schematische Darstellung einer Kombination aus Luftlager und Vakuumlager gem. der Erfindung,
6: eine schematische Darstellung eines beidseitigen Luftlagers gem. der Erfindung,
7, 8: jeweils schematische Darstellungen eines Luftlagers bei konvexer Folienführung gem. der Erfindung und mit zueinander unterschiedlicher Ausführung der das Kraftfeld erzeugenden Permanentmagnete
9: eine schematische Darstellung einer Beschichtungsvorrichtung gem. der Erfindung, sowie
10: eine Darstellung eines Luftlagers zur Verwendung gem. der Erfindung.

Die 2-4 zeigen jeweils einseitig wirkende Lager.
Unterschiedliche Arten von Trägern 1a, 1b, 1c sind in 1 schematisch dargestellt, die mithilfe einer Beschichtungsvorrichtung gem. der Erfindung verarbeitet bzw. transportiert werden können. Der Träger 1a besteht im Grunde nur aus der Folie F, ohne jegliche Beschichtung. Die Träger 1b, 1c weisen jeweils eine Beschichtung B bzw. zwei Beschichtungen B1, B2 auf. Die Beschichtungen B1, B2 können im Allgemeinen auch unterschiedlich zueinander sein. Als Beschichtung B, B1, B2 kommt grundsätzlich eine Paste oder eine Trockenbeschichtung in Frage. Die weiteren Träger 1 in den nachfolgenden Figuren können entsprechend beschichtet oder unbeschichtet sein.
2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Transportstrecke, über die eine Folie F bzw. ein Träger 1 in Transportrichtung T transportiert wird, um beschichtet zu werden. Der Träger 1 läuft über Rollenlager 2. Ferner sind zur Ausrichtung von Partikeln in einer Beschichtung der Folie des Trägers 1 Magnete 3 (hier nicht dargestellt) vorgesehen, in deren Magnetfeld sich die Partikel ausrichten können. Um die Feldlinien nicht zu stören, sind die Magnete 3 zwischen den Rollenlagern 2 angeordnet. Der Träger 1 hängt zwischen zwei benachbarten Rollenlagern 2 etwas durch, sodass der Abstand des Trägers 1 zum Magnet 3 gegenüber einer vollständig gespannten Folie abnimmt. Die Rollenlager 2 besitzen eine geringe Reibung, greifen hier aber auch nur einseitig am Träger 1 an. Die dem Magnet 3 zugewandte Folienseite ist daher die beschichtete Seite, die gegenüberliegende Seite, die vom Lager nicht berührt wird, ist beschichtet. Nachteilig ist an dieser Anordnung, dass der Abstand des Trägers 1 zum Magnet 3, der für eine definierte Partikelausrichtung entscheidend ist, sehr stark von einzelnen Gegebenheiten wie der aktuellen Zugspannung am Träger 1 abhängt und von Einzelfall zu Einzelfall durchaus variieren kann, wodurch die Fertigungsqualität Schwankungen unterworfen ist.
Zu Andeutung der Schwerkraftrichtung ist der Boden 4 eingezeichnet.
Das Durchhängen des Trägers 1 kann reduziert werden, indem diese an mehr Stellen, die näher zusammen liegen, gestützt wird. Voraussetzung hierfür ist aber, dass die Lager 12 kleiner sind, um das Magnetfeld durch die Magnete 3 nicht so stark zu beeinflussen. Eine solche Ausführung kann über Schleiflager als Abstandshalter 12 gem. 3 erreicht werden. Für die Schleiflager 12 genügen einzelne Drähte oder Kunststofffäden, die quer zur Transportrichtung T verspannt werden und über welche der Träger 1 gleiten kann. Die Abstandshalter 12 können dann auch zwischen Träger 1 und Magnet 3 liegen. Auch wenn hier immer noch ein gewisses Durchhängen des Trägers 1 zu beobachten ist, ist der Abstand des Trägers 1 zum Magnet 3 dennoch annähernd konstant. Durch die Reibung können die Schleiflager beim Folientransport diese an der Oberfläche verkratzen.
Reibungseffekte können hingegen durch Luftlager 22, wie dies in 4 dargestellt ist, reduziert bzw. vermieden werden. Die Lagerung erfolgt hier völlig berührungslos.
Nach den 2-4 ist eine einseitige Lagerung vorgesehen. Wird die Folie verformt, z.B. durch eine Verspannung bei der Trocknung der aufgetragenen Beschichtungspaste, so kann sie sich auch lokal von einem Lager lösen und sich abheben. Dies erschwert nicht nur den Transport, sondern der Abstand zum Magneten 3 stimmt dann auch nicht mehr mit dem vorbestimmten Abstandswert überein, sondern hat sich vergrößert.
Die 5-8 zeigen zweiseitig wirkende Lager.
Ein berührendes Lager wie ein Schleif- oder Rollenlager könnte die Beschichtung auf der Folienoberseite beschädigen. Ein Luftlager wiederum könnte, wie in 6 gezeigt, den Zugang zur oberen, beschichteten Seite versperren, was z.B. die Trocknung erschweren könnte. Um eine der Stützkraft des Lagers 22 entgegenwirkende Kraft auf den Träger 1 wirken zu lassen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform gem. 4 eine Vakuumpumpe 29 als Vakuumlager vorgesehen, welches durch Sogwirkung eine Anpresskraft an das Luftlager 22 herstellt. Hier ist die obere, beschichtete Seite frei zugänglich.
Eine weitere Option mit einem ähnlichen, zweiseitigen Lagerungseffekt wie in 5 (Luftlager mit Vakuumlager) kann durch Ausübung einer Zugkraft auf den Träger 1 erreicht werden. Entsprechende Ausführungsformen mit konvexem Führungsverlauf sind in den 7, 8 dargestellt. Diese Zugkraft wird durch einen konvexen Führungsverlauf, der gegenüber der Transportrichtung und von den Luftlagern 22 weg gekrümmt ist, erreicht, weil der Träger 1 gespannt eine Gegenkraft gegen die Stützkraft der Luftlager 22 ausüben muss, um die konvexe Form beizubehalten. Neben den Luftlagern 22 müssen auch die Magnete 3 gewinkelt, wie in 7 zu sehen, zueinander angeordnet sein, oder der Magnet wird gebogen und erzeugt so das entsprechende Magnetfeld mit dem gewünschten Feldlinienverlauf bzw. der gewünschten Feldverteilung, wie es in 8 dargestellt ist In der Regel kann die Krümmung nicht beliebig groß gewählt werden und auch die Anpassung des Feldlinienverlaufs an die Krümmung ist technisch nicht einfach, weil über einen Bereich des Trägers 1 hinweg, vor allem quer zur Transportrichtung, überall grundsätzlich eine vergleichbare Feldstärke herrschen sollte. Bei gewinkelter Magnetanordnung, wie sie aus 7 hervorgeht, verläuft auch der Träger 1 an den Übergangspunkten zwischen zwei zueinander gewinkelt angeordneten Magneten leicht gewinkelt.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer Beschichtungsvorrichtung 30 zur Beschichtung einer Folie F bzw. eines Trägers 1. Die Folie F bzw. der Träger 1 wird in der Auftragungsstation 31 mit Paste versehen und anschließend einem Trocknungsmodul 32 zum Trocknen der Paste in Transportrichtung T zugeführt. Das Trocknungsmodul 32 umfasst eine bestimmte Zahl n an Einzelstationen 32.1, 32.2, ..., 32.n-1, 32.n, welche in Serie geschaltet sind. Mittels der Rücklaufstation 33 läuft der Träger 1 unter einer Richtungsumkehr wieder zurück, z.B. um auf der anderen Seite beschichtet zu werden.
10 zeigt die technische Umsetzung eines Luftlagers 22 für eine Beschichtungsvorrichtung gem. der Erfindung. Das Luftlager 22 umfasste eine Befestigungsplatte 23 als Grundplatte zur Montage innerhalb der Anlage. Die dem zu lagernden Objekt zugewandte Oberfläche 24 ist als poröse Graphitoberfläche ausgebildet, um Luft durchlassen und ein Luftpolster ausbilden zu können. An den seitlichen Abschnitten sind dazu Luftanschlüsse 25 vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b, 1c: Träger
2: Rollenlager
3: Magnet
4: Boden
12: Schleiflager
22: Gaslager / Luftlager
23: Befestigungsplatte
24: poröse Graphitoberfläche
25: Luftanschlüsse
29: Vakuumpumpe / Vakuumlager
30: Beschichtungsvorrichtung
31: Auftragungsstation
32: Trocknungsmodul
32.1, 32.2,...,32.n: Einzelstationen zur Trocknung
33: Rücklaufstation
B, B1, B2: Beschichtung
F: Folie
T: Transportrichtung

Claims

Beschichtungsvorrichtung (30) zur Beschichtung eines Trägers (1, 1a, 1b, 1c) auf wenigstens einer Seite, insbesondere einer Folie (F), mit einer Beschichtung (B, B1, B2), insbesondere mit einer Paste und/oder einer Trockenbeschichtung mit in einem Kraftfeld ausrichtbaren Partikeln, vorzugsweise zur Herstellung einer Anode einer Lithium-Ionen-Batterie, umfassend eine Transportvorrichtung zum Transport des Trägers (1, 1a, 1b, 1c) während des Beschichtungsvorgangs zur Beschichtung des Trägers (1, 1a, 1b, 1c) auf wenigstens einer Seite des Trägers (1, 1a, 1b, 1c) sowie zum Transport wenigstens nach dem Auftragen der Beschichtung auf einer Seite, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung eine Lagerungsvorrichtung (2, 12, 22, 29) zur positionsstabilen Lagerung des Trägers (1, 1a, 1b, 1c) in Bezug zur Richtung senkrecht zur Transportfläche, in welcher der Träger beim Transport liegt, und/oder senkrecht zur Transportrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, eine mechanische Kraft auf den Träger (1, 1a, 1b, 1c) auszuüben und wenigstens an einer unbeschichteten Seite des Trägers (1, 1a, 1b, 1c) anzugreifen und/oder eine mechanische Zwangsbedingung für den Bewegungsbereich des Trägers (1, 1a, 1b, 1c) senkrecht zur Oberfläche und/oder senkrecht zur Transportrichtung (T) wenigstens in Richtung der unbeschichteten Seite des Trägers (1, 1a, 1b, 1c) auszubilden, um einer Änderung der Position in Bezug zur Richtung senkrecht zur Oberfläche und/oder senkrecht zur Transportrichtung (T) entgegenzuwirken.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsvorrichtung (2, 12, 22, 29) umfasst: • wenigstens ein Rollenlager (2) umfasst, auf dem der Träger (1, 1a, 1b) aufliegen kann und welches dazu ausgebildet ist, in Kontakt mit dem Träger (1, 1a, 1b) sich mit der Translationsbewegung des Trägers mitzudrehen, und/oder • wenigstens ein Schleiflager (12), auf dem der Träger (1, 1a, 1b) aufliegen kann und welches dazu ausgebildet ist, in Kontakt mit dem Träger (1, 1a, 1b, 1c) mit der Translationsbewegung des Trägers drehfest zu verharren, insbesondere ein parallel zur Transportfläche und/oder senkrecht zur Transportrichtung (T) angeordneter Draht und/oder Kunststofffaden und/oder • wenigstens ein Gaslager (22), insbesondere ein Luftlager, zur berührungslosen Lagerung des Trägers (1, 1a, 1b, 1c), und/oder • ein Vakuumlager (29), insbesondere ein durch eine Vakuumpumpe ausgestaltetes Vakuumlager, insbesondere zur Ausübung einer Anpresskraft senkrecht zur Transportoberfläche und/oder Transportrichtung (T) und/oder zur Ausübung einer Zugkraft auf den Träger (1, 1a, 1b, 1c) parallel zur Transportrichtung (T), und/oder • ein Flüssigkeitspolster als Lagerung, und/oder • ein elektromagnetisches Lager, insbesondere ein elektrostatisches Lager und/oder ein Wirbelstromlager.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrichtungsvorrichtung (3) zur Orientierung von Partikeln in der Paste vorgesehen ist, welche insbesondere ein Kraftfeld zur Ausrichtung der Partikel erzeugt, vorzugsweise ein örtlich und/oder zeitlich wechselndes Magnetfeld.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsvorrichtung (2, 12, 22, 29) zur mehrseitigen Lagerung des Trägers (1, 1a, 1b, 1c) ausgebildet ist, welche auf mehreren Seiten des Trägers (2) anordenbar ist, wobei die Lagerungsvorrichtung (2, 12, 22, 29) insbesondere wenigstens zwei einander in Bezug auf die Transportfläche und/oder den Träger (1, 1a, 1b, 1c) gegenüberliegende Lager aufweist.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsvorrichtung ein berührungsloses Lager (22) umfasst, um auf der unbeschichteten und/oder beschichteten Seite des Trägers (1, 1a, 1b, 1c) anzugreifen, das insbesondere als Gaslager (22), vorteilshaft als Luftlager, ausgebildet ist.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite der Transportfläche, insbesondere auf der Seite der Transportfläche, auf der sich die unbeschichtete Seite des Trägers befindet, wenigstens zwei Lager in Transportrichtung in Serie geschaltet und zueinander gewinkelt angeordnet sind, um einen gekrümmten Transportverlauf des Trägers zu ermöglichen.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei in Transportrichtung (T) in Serie geschaltete Gaslager (22), insbesondere Luftlager, vorgesehen sind und dabei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gaslagern (22) ein Vakuumlager (29) angeordnet ist, um eine Anpresskraft senkrecht zur Transportrichtung (T) zu erzeugen.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug zur Transportfläche und/oder zum Träger (1, 1a, 1b, 1c) dem wenigstens einen Gaslager (22) ein gegenüberliegendes Gaslager (22) angeordnet ist.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsvorrichtung zur Erzeugung eines zeitlich und/oder örtlich wechselnden Magnetfeldes ausgebildet ist, insbesondere wenigstens eine Permanentmagneten (3) umfasst, um die Partikel in der Paste zu orientieren.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsvorrichtung (2, 12, 22, 29) dazu ausgebildet ist, die Folie (F) und/oder den Träger (1) im Abstand von 0 - 200 mm, insbesondere 0 mm - 20 mm, vorteilhaft 1 - 4 mm, von der Ausrichtungsvorrichtung, insbesondere von Magneten, entfernt zu halten.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsvorrichtung (2, 12, 22, 29) wenigstens zwei in Transportrichtung (T) in Serie geschaltete Lager umfasst, deren Abstand zwischen 1 cm und 8 m, vorzugsweise zwischen 1 cm - 50 cm beträgt.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, den Träger auf eine gekrümmten Transportstrecke zu führen.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsvorrichtung wenigstens zwei in Bezug zur Transportrichtung in Serie geschaltete Teilausrichtungselemente, insbesondere Permanentmagente aufweist, welche entlang wenigstens eines Teils der gekrümmten Transportstrecke gewinkelt zueinander angeordnet sind.
Beschichtungsvorrichtung (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsvorrichtung, insbesondere der Permanentmagent entlang wenigstens eines Teils der gekrümmten Transportstrecke gekrümmt ausgebildet ist, um die Feldverteilung des Kraftfeldes an den Verlauf der gekrümmten Transportstecke anzupassen.