[发明专利]用于使浆料中的颗粒定向的方法和设备

说明书

提出了一种用于使浆料(13a、23a)中的颗粒定向的方法，包括：提供所述浆料(13a、23a)，所述浆料包括可在所述浆料中定向的颗粒，其中所述浆料特别是包括基于碳的颗粒，优选石墨，和/或挥发性物质，以及将所述浆料(13a，23a)置于力场的影响下，使得所述颗粒通过与所述力场的相互作用而经历力，通过所述力使得所述颗粒相对于所述力场的场线定向。为了节省成本和提高生产率，加热所述浆料(13a、23a)，以至少暂时降低所述浆料(13a、23a)的粘度并减少在所述力场中使所述颗粒定向所需的定向时间，其中在将所述浆料置于所述力场的影响下之前和/或期间对所述浆料(13a、23a)进行加热。

技术领域

本发明涉及用于使浆料中的颗粒定向(Ausrichtung)的方法和设备，并且还涉及一种用于制造载体的涂层的方法，特别是在制造用于锂离子电池的石墨涂层电极时。

背景技术

在现有技术中，例如在制造用于快速充电锂离子电池的负电极时使用了这种方法，其中颗粒在浆料中定向。例如如在WO2018/047054A1中所描述的，例如可以通过将磁场施加到沉积到载体上的由对应浆料制成的层来引起这种定向。

发明内容

本发明的任务是能够在成本和生产率方面改进方法，特别是制造和涂层方法，其作为方法步骤规定使浆料中的这种颗粒定向。

该任务基于从开头提到的类型的方法通过权利要求1的特征、权利要求8的特征部分特征以及权利要求9的特征来解决。

通过在从属权利要求中提到的措施，本发明的有利实施和扩展是可能的。

本发明解决了能够满足在成本和生产率方面不断增长的要求的任务，其方式是进一步开发用于使浆料中的颗粒定向的方法，使得该方法可以整合到连续方法中，例如可以整合到辊对辊方法中。原则上，可以使用根据本发明的方法使浆料中的不同类型颗粒定向。例如，该方法可以用作制造锂离子电池的过程的一部分，更准确地说可以用于制造电极(针对这里所使用的电化学单池：负电极)。在锂离子电池(或锂离子蓄电池)的情况下，阳极包括锂离子嵌入其中的石墨层。在放电过程中，该装置发出电子，这些电子通过应当通过单池(Zelle)馈电的外部电流回路流向阴极。同时，锂阳离子通过单池的电解质从嵌入层迁移到阴极。为了以后能够再次给蓄电池充电，将这个过程反过来，其中锂阳离子必须再次从阴极向阳极的方向迁移。

所使用的石墨的层状结构由石墨颗粒组成，所述石墨颗粒通常呈薄片状。在施加石墨层之后，石墨颗粒大多与所述石墨颗粒施加在其上的表面平行定向。当锂阳离子迁移穿过该层时，锂离子必须在这些薄片周围迁移，这导致锂离子扩散时孔通道的混乱和比较大的路径长度。出于这个原因，证明有利的是使石墨颗粒定向：

一方面使得薄片状颗粒定向，其中颗粒的沿薄片的长边存在的纵轴尽可能垂直于载体的表面。

另一方面，所述定向可以有利地按照以下方式进行，即薄片在垂直于阳极表面的方向上尽可能一个接一个地布置或排列。

由此可以显著缩短锂离子迁移时的路径长度。这是特别有利的，因为通过这种措施可以极度缩短充电过程的时间，因为离子需要更少的时间来扩散并且因此单池也需要更少的时间来充电。

相当重要的是，通过定向颗粒缩短扩散路径长度也可以显著提高电池的性能，因为在放电过程中对应的电荷载流子只需经历更短的距离并且可以更快地迁移。此外已发现，通过该措施在实践中也不会改善电池的使用寿命。

部分出于这个原因，在阳极的工业生产中也将薄片状石墨颗粒倒圆。然而，该措施的缺点在于，一方面需要额外的制造步骤，另一方面在该过程中也会损失大量的石墨材料。

颗粒的定向可以通过使含有颗粒的浆料经受力场来完成。由于石墨颗粒的各向异性，抗磁性的石墨颗粒可以在磁场中定向，其中使用可以随时间或空间变化的磁场。