DE202009000146U1

DE202009000146U1 - Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten von Trägermaterial mit pastöser Elektrodenmasse

Info

Publication number: DE202009000146U1
Application number: DE200920000146
Authority: DE
Original assignee: Dilo Trading AG
Current assignee: Dilo Trading AG
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2019-01-08

Abstract

Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten eines bandförmigen Trägermaterials (X) mit mindestens einem fließfähigem Material, mit
zwei Gravurwalzen (1, 2), die einander gegenüberliegen, deren Drehachsen parallel zueinander und in Laufrichtung des Trägermaterials versetzt sind und die miteinander einen drückenden Walzenspalt ausbilden, den das zu beschichtende Trägermaterial durchlaufen kann, und
zwei Auftragseinrichtungen (6, 7), von denen jede einer Gravurwalze (1, 2) zugeordnet ist und dieser das auf die jeweilige Seite des Trägermaterials aufzubringende fließfähige Material zuführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten eines bandförmigen Trägermaterials mit fließfähigem Material. Diese Vorrichtung ist insbesondere zur Beschichtung von Metallfolien oder -bahnen mit fließfähig aufbereiteten Elektrodenmassen z. B. für die Herstellung von Li-Akkumulatoren, Batterien oder auch entsprechend aufgebauten (Supra-)Kondensatoren geeignet.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Beschichtung von Trägermaterialbahnen bekannt; insbesondere sind Kastengießer, Abstreichgießer, Abstreichrakelsysteme, Kommarakel, Breitschlitzdüse oder Fließer sowie Mehrwalzenauftragswerke zu nennen. Es ist ferner bekannt, batterieaktive Polymer-Flachfolien auf Nichteisenmetallsubstrate aufzulaminieren. Insbesondere die mittels Rakel, Gieß- oder Düsenauftragsverfahren hergestellten bahnförmigen Elektroden weisen wegen der am Schichtrand wirkenden Oberflächenkräfte einen Randwulst auf, der zu Schwierigkeiten beim Wickeln der Zellen führen kann. Die Mehrwalzenauftragswerke benötigen eine hohe Lösemittelkonzentration zur Einstellung der Viskosität, was zu einer unerwünschten erhöhten Porosität der erhaltenen Schichten auswirken kann.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung eine vereinfachte Vorrichtung zur Beschichtung von Trägermaterial vorzuschlagen, die ein Trägermaterial beidseitig beschichten und die Struktur der erzeugten Schichten steuern kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt.
Die erfindungsgemäß Vorrichtung hat zwei Gravurwalzen, die einander gegenüberliegen, deren Drehachsen parallel zueinander und in Laufrichtung des Trägermaterials versetzt sind und die miteinander einen drückenden Walzenspalt ausbilden, den das zu beschichtende Trägermaterial durchlaufen kann. Mit den Gravurwalzen wird in einem Tiefdruckverfahren beim Aufbringen eines fließfähigen Materials auf das Trägermaterial eine besondere Struktur in der aufgebrachten Materialschicht erzeugt, die im wesentlichen einem negativen Abbild des Gravurwalzenmusters entspricht. Auf diese Weise lassen sich die Oberflächeneigenschaften der Schicht aufgebrachten Materials steuern oder einstellen, um besondere Wirkungen der Oberflächengestalt hervorzuheben oder zu verstärken.
Vorzugsweise ist das fließfähige Material eine Elektrodenmasse, die auf das Trägermaterial (eine Metallfolie) aufgebracht ist. Durch die Abbildung der Gravurwalzenstruktur in der Elektrodenmassenschicht lassen sich intrinsische Drainageröhren und/oder vergrößerte Oberflächenbereiche schon bei der Schichtbildung in der Elektrodenschicht ausbilden. Auf diese Weise lässt sich der Elektrolytbefüllvorgang bei der Akkumulatorenherstellung vereinfachen bzw. beschleunigen. Auch wird durch vergrößerte Oberflächenbereiche die Li-Ionen Übergangsfläche in den Elektroden vergrößert, wodurch die Leistungsfähigkeit von LI-Akkumulatorzellen verbessert werden kann. Dies gilt natürlich auch für andere elektrochemische Systeme.
Durch die Gegenüberanordnung der Gravurwalzen ist es möglich, auf beiden Seiten der Trägermaterialbahn gleichzeitig und auf den beiden Seiten der Trägermaterialbahn gleichmäßig zu beschichten. Zum einen entfällt der in vielen bisherigen Verfahren erforderliche zweite Schritt der Beschichtung der zweiten Seite des Trägermaterials, wodurch Zeit gespart wird, zum anderen ergeben sich quasi identische Verfahrensparameter, wie Druck, Temperatur etc. auf beiden Seiten der Trägermaterialbahn, so dass diesbezüglich gleiche Beschichtungen beidseits der Trägermaterialbahn erzielt werden können, wenn dies gewünscht ist.
Es ist aber natürlich auch möglich durch entsprechende Wahl der den Gravurwalzen zuzuführenden fließfähigen Materialien unterschiedliche Schichten auf den beiden Seiten des Trägermaterials aufzubringen.
Die Vorrichtung hat ferner zwei Auftragseinrichtungen, von denen jede einer Gravurwalze zugeordnet ist und dieser das jeweils aufzubringende fließfähige Material zuführt.
Vorzugsweise verläuft die Trägermaterialbahn im wesentlichen senkrecht durch die Vorrichtung mit den beiden Gravurwalzen hindurch, wobei mindestens eine der beiden Gravurwalzen jeweils getrennt horizontal und vertikal verstellbar ist, um den Umschlingungswinkel des Trägermaterials und den Anpressdruck gegen die andere Gravurwalze einzustellen. Die Laufrichtung der Trägermaterialbahn kann von unten nach oben oder auch von oben nach unten sein; die Trocknungseinrichtung zum Trocknen der beschichteten Bahn ist dann entsprechend über bzw. unter den Gravurwalzen anzuordnen.
Vorzugsweise ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die die Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Gravurwalzen so regelt, dass diese identisch sind. Alternativ kann dazu auch ein Getriebe und ein gemeinsamer Antrieb für beide Walzen vorgesehen sein.
Vorzugsweise haben die Gravurwalzen eine schräg zur Drehachse verlaufende Gravur oder eine Rautenmustergravur. Die Gravuren der beiden Walzen können gleich oder verschieden sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat eine Auftragseinrichtung eine Druckkammer, in die ein Umfangsabschnitt der zugehörigen Gravurwalze vorsteht und in das fließfähige Material eintaucht. Beim Eintauchen der Walzenoberfläche wird die Oberfläche mit dem fließfähigen Material benetzt, wobei insbesondre auch die Vertiefungen der Gravur gefüllt werden. Zudem ist eine Rakel vorgesehen, die mit der Walzenoberfläche der Gravurwalze in Anlage ist und überschüssiges fließfähiges Material von dem Umfangsabschnitt der Gravurwalze abstreift und gleichzeitig eine satte Füllung der Gravur sicherstellt. Die Förderung des fließfähigen Materials kann mittels einer Zahnradpumpe oder einem Extruder erfolgen ist, die bzw. der das fließfähige Material in die Druckkammer fördert.
Vorzugsweise ist eine oberhalb von den Gravurwalzen angeordnete und den Gravurwalzen in Laufrichtung der Bahn (von unten nach oben) nachgeordnete Trockeneinrichtung vorgesehen, durch die das beschichtete Trägermaterial berührungsfrei führbar ist. Die Trockeneinrichtung kann ein Schwebetrockner sein, in dem in einem Trockenkanal in Längsrichtung des Trockenkanal gestaffelt wechselseitig angeordnete Luftdüsen vorgesehen sind, die die Trägermaterialbahn beidseitig mit Trockenluft beaufschlagen und die Trägermaterialbahn berührungslos mäanderförmig führen. Zudem kann die Trockeneinrichtung mindestens eine Nachtrockenzone aufweisen, in der die berührtrockene, beschichtete Trägermaterialbahn von Rollen geführt ist und unter Abkühlung nachtrocknet.
In einer bevorzugten Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt der beidseitige Beschichtungsvorgang mittels zweier Gravurwalzen, die auch als Tiefdruckzylinder bezeichnet werden, mit schräg zur Gravurwalzenachse aufgeprägter Gravur oder mit einer Rautenmustergravur. Die Gravurwalzen sind zueinander so angeordnet, dass die jeweils gegenüberliegende Gravurwalze die Aufgabe einer Presseurwalze, wie beim Einseitenverfahren mit Gravurwalzen (Tiefdruck) üblich ist, übernimmt. Auf diese Weise entsteht ein beidseitiges kongruentes Beschichtungsbild, bei dem an der Oberfläche das Gravurmuster erkennbar ist. Die Geometrie der Gravur, die Viskosität, das Fließverhalten und die Feststoffkonzentration des aufzubringenden Materials bestimmen das Auftragsgewicht, das gravimetrisch kontrolliert wird.
Die Trocknung der beidseitig feuchten Bahn erfolgt in einem senkrecht über dem Gravurwalzenpaar angeordneten Schwebetrockner, in dem die beschichtete Bahn, sinusförmig und berührungsfrei geführt ist. Die in der danach berührtrockenen Bahn noch vorhandene Restlösungsmittelmenge kann in einer oder mehreren Nachtrockenzonen ausgetrieben werden. Dabei erfolgt auch die behutsame Abkühlung der Elektrodenbahn, um die Elektrode danach spannungsfrei aufwickeln zu können.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch die Elemente einer Vorrichtung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
In der Figur ist eine im Bereich der Beschichtung von unten nach oben verlaufende Trägermaterialbahn oder Substrat X wird über eine Umlenkrolle 3 zur ersten oder unteren Gravurwalze 1 geleitet. Der optimale Umschlingungswinkel mit dem die Trägermaterialbahn X an der Gravurwalze 1 anliegt, wird durch horizontale Verstellung der Umlenkrolle 3 eingestellt. Der Tiefdruckvorgang erfolgt durch das Abrollen des Substrats X auf der Oberfläche der Gravurwalze 1 in dem Spalt, der zusammen mit der zweiten oder oberen Gravurwalze 2 gebildet ist. Durch vertikale Verstellung der zweiten Gravurwalze 2 wird der Walzenspaltdruck, d. h. der Anpressdruck der Gravurwalzen 1 und 2 an das Substrat X variiert.
Die Einstellung des Umschlingungswinkels des Substrates X mit der zweiten Gravurwalze 2 erfolgt durch eine horizontale Verschiebung der zweiten Gravurwalze 2 relativ zu der ersten Gravurwalze 1. Dabei ist so zu verfahren, dass die zunächst der bzw. die Umschlingungswinkel eingestellt werden und dann die Anpressdruckeinstellung erfolgt.
Die Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Gravurwalzen 1, 2 sind mit einer Regeleinrichtung (nicht gezeigt) so geregelt, dass sie immer identisch sind. Alternativ kann auch ein gemeinsamer Walzenantrieb mit einer Getriebeverbindung zwischen den beiden Walzen vorgesehen sein.
Nach Passieren der Beschichtung, d. h. Umschlingung der ersten Gravurwalze 1, Durchlauf durch den Walzenspalt und Umschlingung der zweiten Gravurwalze 2 wird die feuchte, beidseitig beschichtete Trägermaterialbahn X zunächst berührungslos durch den Trockenkanal eines Schwebetrockners 4 geführt, um danach im berührungstrockenen Zustand ggf. umgelenkt (bei 5) und fertig getrocknet zu werden.
Die Beschichtungsmasse wird mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren aufbereitet, auf eine Beschichtungsviskosität von 600 mPa·s bis 2500 mPa·s eingestellt und mittels Zahnradpumpe oder Extrudern 62, 72 in die Druckkammern 61, 71 gedrückt. Diese Druckkammern sind in der Position 6 Uhr, wie beim System (MPG 600 CI) der Fa. Kroenert realisiert ist, angeordnet. Der Massestrom ist der Bahngeschwindigkeit angepasst und wird überdie Leitwalzen der Beschichtungsstation geregelt.
Wenn beide Seiten der Trägermaterialbahn mit derselben Masse beschichtet werden sollen, dann kann auch eine gemeinsame Fördereinrichtung (Pumpe, Extruder) zur Versorgung beider Druckkammern vorgesehen sein.

Claims

Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten eines bandförmigen Trägermaterials (X) mit mindestens einem fließfähigem Material, mit zwei Gravurwalzen (1, 2), die einander gegenüberliegen, deren Drehachsen parallel zueinander und in Laufrichtung des Trägermaterials versetzt sind und die miteinander einen drückenden Walzenspalt ausbilden, den das zu beschichtende Trägermaterial durchlaufen kann, und zwei Auftragseinrichtungen (6, 7), von denen jede einer Gravurwalze (1, 2) zugeordnet ist und dieser das auf die jeweilige Seite des Trägermaterials aufzubringende fließfähige Material zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Gravurwalzen (1, 2) jeweils getrennt horizontal und vertikal verstellbar ist, um den Umschlingungswinkel des Trägermaterials (X) und den Anpressdruck gegen die andere Gravurwalze (2, 1) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Regeleinrichtung, die die Umfangsgeschwindigkeiten der beiden Gravurwalzen (1, 2) so regelt, dass diese identisch sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravurwalzen (1, 2) eine schräg zur Drehachse verlaufende Gravur oder eine Rautenmustergravur tragen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravuren der beiden Gravurwalzen (1, 2) gleich sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragseinrichtung (6, 7) eine Druckkammer (61, 71) hat, in die ein Umfangsabschnitt der zugehörigen Gravurwalze (1, 2) vorsteht und in das fließfähige Material eintaucht, und eine Rakel hat, die mit der Walzenoberfläche der Gravurwalze (1, 2) in Anlage ist und überschüssiges fließfähiges Material von dem Umfangsabschnitt der Gravurwalze abstreift.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkammer eine Zahnradpumpe zugeordnet ist, die das fließfähige Material in die Druckkammer fördert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkammer (61, 71) ein Extruder (62, 72) zugeordnet ist, der das fließfähige Material in die Druckkammer fördert.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, ferner mit einer oberhalb von den Gravurwalzen (1, 2) angeordneten und den Gravurwalzen nachgeordneten Trockeneinrichtung (4), durch die das beschichtete Trägermaterial (X) berührungsfrei führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockeneinrichtung ein Schwebetrockner (4) ist, in dem in einem Trockenkanal in Längsrichtung des Trockenkanal gestaffelt wechselseitig angeordnete Luftdüsen vorgesehen sind, die die Trägermaterialbahn (X) beidseitig mit Trockenluft beaufschlagen und die Trägermaterialbahn berührungslos mäanderförmig führen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockeneinrichtung mindestens eine Nachtrockenzone aufweist in der die berührtrockene beschichtete Trägermaterialbahn von Rollen geführt ist und unter Abkühlung nachtrocknet.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (X) eine Metallfolie ist und dass das fließfähige Material eine fließfähig aufbereitete Elektrodenmasse ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie eine Nichteisenmetallfolie ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenmasse eine batterieaktive Elektrodenmasse ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die beiden Seiten der Trägermaterialbahn (X) aufzubringenden fließfähigen Materialien voneinander verschieden sind.