WO2025011825A1 - Method for producing a solvent-free electrode compound and method for dispensing a supply by means of a discharge device - Google Patents
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- WO2025011825A1 WO2025011825A1 PCT/EP2024/065332 EP2024065332W WO2025011825A1 WO 2025011825 A1 WO2025011825 A1 WO 2025011825A1 EP 2024065332 W EP2024065332 W EP 2024065332W WO 2025011825 A1 WO2025011825 A1 WO 2025011825A1
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a particularly dry or solvent-free electrode compound by mixing at least one active electrode material, at least one conductive material and at least one binder, in particular with a substantial material proportion of at least one monomer, polymer and/or resin, in a continuous mixing process of a mixer, which are plasticized and mixed in particular in a continuous kneader.
- Solid-state batteries represent a promising further development of lithium-ion batteries.
- a solid lithium ion conductor or sodium ion conductor
- the materials for the electrodes are prepared. These materials consist of active materials (such as lithium nickel manganese cobalt oxide or lithium nickel cobalt aluminum oxide) for the cathode and graphite for the anode), binders, conductive carbon black (conductive material) and other additives.
- active materials such as lithium nickel manganese cobalt oxide or lithium nickel cobalt aluminum oxide
- binders such as conductive carbon black (conductive material) and other additives.
- the electrode material is applied to the current collector and evenly distributed. This can be done by calendering, doctoring, screen printing or other coating techniques.
- the coated electrode is then calibrated and compacted. This step serves to optimize the thickness and density of the electrode coating and to ensure good adhesion between the active material and the film.
- the material is additionally pulverized and cooled before being fed into the calender gap.
- the cooled powder can be easily processed on the calender rolls.
- EP 4 152 445 A1 discloses a method for producing a powder mixture for an electrode for producing a dry electrode film by preparing a powdery mixture comprising an electrode active material, a conductive material and a binder resin.
- the powdery mixture is kneaded to produce mixture lumps, which are then pulverized to obtain mixed powder for the electrode, which is calendered to obtain a free-standing dry electrode film.
- a kneading step is to bind or bond the powder particles of the electrode active material and the conductive material to each other while fibrillating the binder resin so that mixture lumps (mixed lumps) having a solid content of 100% can be formed.
- the kneading When the kneading is carried out at a low temperature below the temperature range defined above, it is not possible to perform fibrillation of the binder during the kneading and sufficient lump formation by the kneading. As a result, it is not possible to form a film easily during calendering. On the other hand, if kneading is carried out at an excessively high temperature, the binder may rapidly fibrilize and the resulting fibers may be undesirably cut by excessive shear forces.
- EP 0 657 951 B1 also discloses a method for producing an electrode, a cathode or anode, by extruding an element comprising an electrolyte film based on an ion-conducting polymer and at least one electrode film using a corresponding nozzle, wherein the extruded material is applied to a carrier, which is preferably heated, as it exits the nozzle.
- the electrode is calendered by protecting it on both sides with films.
- CN 1 13 937289 A describes a process in which an active electrode material, a conductive agent and a binder are mixed without solvent and the mixture is kneaded and rolled to form a flexible, dry electrode pole piece membrane.
- DE 102017208220 A1 relates to a method for producing a dry film, in which a dry powder mixture is processed into the dry film, for example by a calender rolling device.
- the formation of the fibril structure can be supported by heatable rollers.
- the use of fibrillated polytetrafluoroethylene as a binder reduces the amount of binder used and therefore improves the electrical properties.
- the powder mixture is typically formed into the flexible composite layer by rolling, pressing or extrusion.
- the fibrillated polytetrafluoroethylene can be produced by attrition grinding, mixing in a screw shaft or in a calender rolling device or a kneading device.
- DE 102021 209 121 B4 describes a process for the solvent-free production of an electrode, wherein the binder contains a polyamide and a polypeptide which is suitable for forming fibrils under the action of a mechanical force.
- shear forces are realized to form PTFE fibrils by mixing in a screw shaft, for example of an extruder.
- dry materials are subjected to shear, compression and tensile forces, for example in a screw extruder, in order to achieve improved fibrillation of the binder.
- EP 3 533 095 A1 describes the mixing of conductive flakes with active particles, at least one fibrillatable polymer and spherical conductive carbon particles to form a paste.
- a self-supporting electrode film is produced by extruding the paste and calendering or rolling.
- US 2019/0280289 A1 discloses a method for producing an electrode film comprising mixing particulate materials and fibrillatable polymers with conductive flakes to form a paste, fibrillating the fibrillatable polymers, and extruding and rolling the paste into a self-supporting electrode film.
- US 2006/0246 343 A1 discloses a method for producing a cathode, wherein a solvent-free composition containing PTFE, an electrically conductive carbon material and optionally also the active cathode material is provided and is fibrillated by shear forces.
- the invention is based on the object of creating a possibility of producing a homogeneous, in particular agglomeration-free mixture without additional intermediate steps, for example for homogenization.
- the mixture produced should be able to be fed directly to a compaction process, for example by rolling.
- a method is therefore provided in which a first portion of the active electrode material, in particular less than 30% of the total active electrode material added to the mixture, is added in the area of a feed zone together with a significant portion of in particular more than 70% of the total binding agent added to the mixture and plasticized in a compression zone or plasticizing zone, and at least the remaining portion of the active electrode material and the conductive material are added in an area of a mixing zone following the compression zone.
- the invention is based on the finding that by adding the active material step by step both at the beginning of the plasticizing zone and in the mixing zone following it, two objectives that have previously been considered incompatible in the professional world can be reconciled in a surprisingly simple manner.
- a particularly advantageous embodiment of the invention is also realized in that the active electrode material and/or the conductive material is supplied in the area of the mixing zone through several inlet openings, also referred to as ports, in particular in different proportions, with the supply being regulated based on parameters recorded in situ.
- the distribution of the proportions is variable, so that the properties of the mixture produced in this way can be optimally adjusted and adapted to the respective requirements.
- Freely deployable injection lances in each tooth or bolt of the kneader can serve as inlet openings, enabling optimal mixing of the supplied substances in a wide viscosity range.
- Another, also particularly promising embodiment of the invention is realized by adding the active electrode material together with the conductive material through the same inlet opening in the mixing zone. This creates very good mixing with a quantity ratio predetermined by the proportions, so that high requirements for the homogeneous distribution of the different mixture components can be met with reproducible accuracy.
- the mixing could be achieved by a co-rotating twin-screw extruder.
- the mixing process is carried out using an oscillating single-shaft mixer.
- the oscillating single-shaft mixer also known as a kneader, avoids undesirable peaks in shear stress.
- monitoring of the process temperatures of the actual product temperature can be easily implemented, in particular by means of freely deployable temperature sensors in each tooth or bolt of the continuous kneader, so that the mixing process can be continuously monitored and controlled accordingly.
- the mixture is preferably discharged using a positive displacement pump, in particular a gear pump through a nozzle.
- the active electrode material and/or the conductive material is added a short distance in front of the outlet opening in the direction of flow of the mixture, depending on the shear sensitivity.
- the residence time within the mixer and thus the effect of shear forces is kept to a minimum. Since inadequate mixing can lead to agglomerations, constant monitoring of possible accumulations is particularly effective.
- a further, also particularly promising modification of the invention is achieved in that the discharged mixture is compacted by rolling or rollers, in particular by calendering, so that the desired layer thickness can be produced in particular between several calender rollers arranged in pairs.
- the mixture produced and compacted in this way can be self-supporting and can therefore be fed for further processing, for example by means of simple support rollers.
- a modification of the invention in which the mixture is applied to a carrier, in particular a coated carrier, serving as a current conductor, in particular a metal foil, is particularly advantageous, so that the composite produced can be used in battery production without further processing steps.
- a metallic layer can also be produced together with the mixture, for example by coextrusion or in the outlet nozzle.
- the addition of the active electrode material and the conductive material takes place depending on measured temperature values within the mixer, so that not only the mixture can be optimally adjusted by the addition.
- At least one opening for volatile components is provided in the flow direction of the mixture in front of the outlet opening in order to remove undesirable To reliably remove air inclusions in the mixture.
- the outlet opening can be connected to a vacuum system.
- the mixer in particular the kneader, or the extruder are operated in such a way that a shear force sufficient to produce fibrils in the binder is generated.
- the pressure and in particular the oscillating movement can produce a film or a layer, which is then transferred to a current collector foil in a calender gap, whereby both sides can also be coated simultaneously.
- the products are then cut to size as required and the individual parts are stacked accordingly to produce the finished battery cell.
- the mixture is not limited to electrode material, conductive material and binder. Rather, other auxiliary materials, including nanoparticles, can also be added to the mixture in order to improve the electrical properties of the product to be manufactured through faster conversion.
- the monomer, polymer or resin of the binder is transferred to the molding process immediately after mixing, for example in a continuous kneader, as the material remains in a molten state in which the molecules have a higher mobility.
- This enables better alignment, especially of polymer chains, and promotes the formation of fibrils along the flow direction during the extrusion process. In-situ fibrillation increases the strength and stiffness of the electrode mass, which in turn is advantageous for the free-standing film concept.
- Immediate molding after mixing minimizes the time the monomer, polymer and/or resin remains in a molten state. This reduces thermal degradation and enables efficient processing.
- the direct connection between mixing and molding allows the process parameters to be better controlled and the desired material properties to be optimized in a more targeted manner.
- the resin can be a natural resin and/or a synthetic resin.
- the object of the invention is further achieved by the fact that a discharge device with an extruder or a gear pump, which are in particular independently driven, is connected upstream of the calendering process for compacting the template.
- the discharge device also influences the packing density of the mixture and provides the adapted template for the calender rolls by means of a nozzle, in particular a wide spray nozzle. This achieves independent control over the loading weight of the electrode material and the thickness of the electrode film.
- Fig. 1 shows a process for producing an electrode compound by means of a kneader
- Fig. 2 shows a variant of the process shown in Figure 1 with an extruder instead of a gear pump.
- the method according to the invention for producing a particularly dry or solvent-free electrode compound is explained in more detail below with reference to Figures 1 and 2.
- the method comprises mixing at least one active electrode material 1, at least one conductive material 2 and at least one fibrillatable monomeric, polymeric and/or resinous binder 3 in a continuous mixer 4, which in a variant shown in Figure 1 comprises a continuous kneader 5 in connection with a gear pump 6 and in a variant shown in Figure 2 comprises an extruder 7.
- a small proportion of the electrode material 1 in relation to the total amount is added in a feed zone 8 together with at least a large part, preferably the total amount of the binder 3 and plasticized in a compression zone 9 of the mixer 4.
- the binder 3 is sufficiently plasticized and the electrode material 1 and the, for example, Conductive material 2 containing soot as an essential component is homogenized and dispersed as stress-free as possible, with degassing 17 taking place in the kneader 5 and/or the extruder 7.
- the mixture is then formed into a continuous film-like template 14 in a nozzle 13, in particular a slot nozzle, by means of the gear pump 6 or the extruder 7.
- the desired layer thickness of the template 14 is produced between calender rollers 15 arranged in pairs, optionally on a current collector foil 16.
- material-friendly mixing is achieved by targeted introduction of the shear forces in different process zones of the feed zone 8, the compression zone 9 and the mixing zone 12 and the distribution of the raw material feed to preferably up to four inlet openings 10, 11.
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Abstract
Description
Anmelder: Applicant:
TROESTER GmbH & Co. KG Am Brabrinke 1-4 30519 Hannover TROESTER GmbH & Co. KG Am Brabrinke 1-4 30519 Hanover
Verfahren zur Herstellung eines lösungsmittelfreien Elektrodencompounds sowie ein Verfahren zum Ausbringen einer Vorlage mittels einer Austragsvorrichtung Process for producing a solvent-free electrode compound and a process for dispensing a template by means of a dispensing device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines insbesondere trockenen bzw. lösungsmittelfreien Elektrodencompounds durch Mischen zumindest eines aktiven Elektrodenmaterials, zumindest eines leitfähigen Materials und zumindest eines Bindemittels, insbesondere mit einem wesentlichen Materialanteil zumindest eines Monomers, Polymers und/oder Harzes, in einem kontinuierlichen Mischverfahren eines Mischers, die insbesondere in einem kontinuierlichen Kneter plastifiziert und vermischt werden. The invention relates to a method for producing a particularly dry or solvent-free electrode compound by mixing at least one active electrode material, at least one conductive material and at least one binder, in particular with a substantial material proportion of at least one monomer, polymer and/or resin, in a continuous mixing process of a mixer, which are plasticized and mixed in particular in a continuous kneader.
Festkörperbatterien stellen eine vielversprechende Weiterentwicklung von Lithiumionenbatterien dar. Bei Festkörperbatterien kommt anstelle eines flüssigen Elektrolytsystems ein als Festkörper vorliegender Lithiumionenleiter (oder Natriumionenleiter) als Elektrolyt zum Einsatz. Dieser dient gleichzeitig als lonenleiter zwischen Aktivmaterialpartikeln und als ionenleitfähiger Separator zwischen Anode und Kathode. Wesentlich ist die Kontaktfläche zwischen dem Festkörperelektrolyt und den Aktivmaterialien mit möglichst vielen Kontaktstellen und möglichst wenigen Hohlräumen ausgestattet. Solid-state batteries represent a promising further development of lithium-ion batteries. In solid-state batteries, a solid lithium ion conductor (or sodium ion conductor) is used as an electrolyte instead of a liquid electrolyte system. This simultaneously serves as an ion conductor between active material particles and as an ion-conductive separator between the anode and cathode. It is essential that the contact surface between the solid-state electrolyte and the active materials is equipped with as many contact points and as few cavities as possible.
Beim Herstellen von Batterieelektroden müssen 50 pm bis 200 pm dicke Schichten mit hohen Bahngeschwindigkeiten auf metallische Stromableiter aufgetragen werden. Dies erfolgt typischerweise mittels nasschemischer Rolle-zu-Rolle-Verfahren aus Suspensionen von Aktivmaterialien in wässrigen oder organischen Lösemitteln. Hierfür ist ein hoher Energieeintrag sowohl für das Dispergieren des Aktivmaterials als auch für das Trocknen der Schicht notwendig. Es wird zunehmend angestrebt, die Beschichtung lösemittelfrei, also trocken zu realisieren. Dafür müssen trockene Pulvergemische aus Aktivmaterial, Leitadditiven und geeigneten Bindemittelen in mechanisch belastbare Schichten überführt werden. Als Bindemittel kann beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt werden, das unter Einwirkung von Energie, insbesondere Scherkräften Fibrillen ausbildet. When manufacturing battery electrodes, layers 50 pm to 200 pm thick must be applied to metallic current conductors at high web speeds. This is typically done using wet-chemical roll-to-roll processes from suspensions of active materials in aqueous or organic solvents. This requires a high energy input both for dispersing the active material and for drying the layer. There is an increasing desire to implement the coating in a solvent-free, i.e. dry, manner. For this, dry powder mixtures of active material, conductive additives and suitable binders must be converted into mechanically resilient layers. Polytetrafluoroethylene (PTFE), for example, can be used as a binding agent, which forms fibrils under the influence of energy, in particular shear forces.
Zunächst werden die Materialien für die Elektroden (Anoden- und Kathoden) vorbereitet. Diese Materialien bestehen aus Aktivmaterialien (wie Lithium-Nickel-Mangan-Kobald-Oxid oder Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid) für die Kathode und Graphit für die Anode), Bindemitteln, Leitruß (leitfähigem Material) und anderen Zusatzstoffen. First, the materials for the electrodes (anode and cathode) are prepared. These materials consist of active materials (such as lithium nickel manganese cobalt oxide or lithium nickel cobalt aluminum oxide) for the cathode and graphite for the anode), binders, conductive carbon black (conductive material) and other additives.
Das Elektrodenmaterial wird auf den Stromableiter aufgetragen und gleichmäßig verteilt. Dies kann durch Kalandrieren, Rakeln, Siebdruck oder andere Beschichtungstechniken erfolgen. Danach wird die beschichtete Elektrode kalibriert und verdichtet. Dieser Schritt dient dazu, die Dicke und Dichte der Elektrodenbeschichtung zu optimieren und eine gute Haftung zwischen dem Aktivmaterial und der Folie sicherzustellen. The electrode material is applied to the current collector and evenly distributed. This can be done by calendering, doctoring, screen printing or other coating techniques. The coated electrode is then calibrated and compacted. This step serves to optimize the thickness and density of the electrode coating and to ensure good adhesion between the active material and the film.
Beim Aufträgen des Elektrodenmaterials kommt es allerdings zu Unregelmäßigkeiten, beispielsweise Lufteinschlüssen, in der Masse, die auch bei der Verdichtung nicht zuverlässig beseitigt werden können, mit der Folge, dass die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigt sind. Insbesondere kommt es vor, dass das Elektrodenmaterial zu grob und unregelmäßig für den Kalandereinzug ausgeformt ist. However, when the electrode material is applied, irregularities such as air inclusions can occur in the mass, which cannot be reliably eliminated even during compaction, with the result that the electrical properties are impaired. In particular, it can happen that the electrode material is too coarse and irregularly shaped for the calender feed.
Um diesem Problem zu begegnen, wird das Material zusätzlich pulverisiert und vor dem Eintrag in den Kalanderspalt gekühlt. Das gekühlte Pulver lässt sich gut auf den Kalanderwalzen verarbeiten. To counteract this problem, the material is additionally pulverized and cooled before being fed into the calender gap. The cooled powder can be easily processed on the calender rolls.
Die EP 4 152 445 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Pulvergemischs für eine Elektrode zur Herstellung eines trockenen Elektrodenfilms durch Herstellen einer pulverförmigen Mischung, die ein aktives Elektrodenmaterial, ein leitfähiges Material und ein Bindemittelharz umfasst. Dabei erfolgt ein Kneten der pulverförmigen Mischung, um Mischungsklumpen herzustellen, die anschließend pulverisiert werden, um gemischtes Pulver für die Elektrode zu erhalten, das kalandriert wird, um einen freistehenden Trockenelektrodenfilm zu erhalten. Ein Knetschritt dient dazu, die Pulverpartikel aus aktivem Elektrodenmaterial und leitfähigem Material zu binden oder miteinander zu verbinden, während das Bindemittelharz fibrilisiert wird, so dass Mischungsklumpen (Mischklumpen) mit einem Feststoffgehalt von 100 % gebildet werden können. Wenn das Kneten bei einer niedrigen Temperatur unterhalb des oben definierten Temperaturbereichs durchgeführt wird, ist es nicht möglich, eine Fibrilisierung des Bindemittels während des Knetens und eine ausreichende Klumpenbildung durch das Kneten durchzuführen. Infolgedessen ist es nicht möglich, beim Kalandrieren problemlos einen Film zu bilden. Wenn andererseits das Kneten bei einer übermäßig hohen Temperatur durchgeführt wird, kann das Bindemittel schnell fibrilisiert werden und die resultierenden Fasern können durch übermäßige Scherkräfte in unerwünschter Weise zerschnitten werden. EP 4 152 445 A1 discloses a method for producing a powder mixture for an electrode for producing a dry electrode film by preparing a powdery mixture comprising an electrode active material, a conductive material and a binder resin. In this process, the powdery mixture is kneaded to produce mixture lumps, which are then pulverized to obtain mixed powder for the electrode, which is calendered to obtain a free-standing dry electrode film. A kneading step is to bind or bond the powder particles of the electrode active material and the conductive material to each other while fibrillating the binder resin so that mixture lumps (mixed lumps) having a solid content of 100% can be formed. When the kneading is carried out at a low temperature below the temperature range defined above, it is not possible to perform fibrillation of the binder during the kneading and sufficient lump formation by the kneading. As a result, it is not possible to form a film easily during calendering. On the other hand, if kneading is carried out at an excessively high temperature, the binder may rapidly fibrilize and the resulting fibers may be undesirably cut by excessive shear forces.
Aus der EP 0 657 951 B1 ist auch bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, eine Kathode oder Anode, durch Extrudieren eines Elements, das einen Elektrolytfilm auf Basis eines lonenleiter-Polymers und mindestens einen Elektrodenfilm umfasst, mit einer entsprechenden Düse bekannt, wobei das extrudierte Material beim Austritt aus der Düse auf einen Träger, der vorzugsweise erwärmt ist, aufgebracht wird. Die Kalandrierung der Elektrode wird durchgeführt, indem diese beidseitig durch Folien geschützt ist. EP 0 657 951 B1 also discloses a method for producing an electrode, a cathode or anode, by extruding an element comprising an electrolyte film based on an ion-conducting polymer and at least one electrode film using a corresponding nozzle, wherein the extruded material is applied to a carrier, which is preferably heated, as it exits the nozzle. The electrode is calendered by protecting it on both sides with films.
Die CN 1 13 937289 A beschreibt ein Verfahren, bei dem ein aktives Elektrodenmaterial, ein leitfähiges Mittel und ein Bindemittel lösungsmittelfrei vermischt und das Gemisch zu einer flexiblen, trockenen Elektrodenpolstückmembran geknetet und gerollt wird. CN 1 13 937289 A describes a process in which an active electrode material, a conductive agent and a binder are mixed without solvent and the mixture is kneaded and rolled to form a flexible, dry electrode pole piece membrane.
Die DE 102017208220 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Trockenfilms, bei dem eine Trockenpulvermischung beispielsweise durch eine Kalanderwalzvorrichtung zu dem Trockenfilm verarbeitet wird. Durch beheizbare Walzen kann das Ausbilden der Fibrillenstruktur unterstützt werden. DE 102017208220 A1 relates to a method for producing a dry film, in which a dry powder mixture is processed into the dry film, for example by a calender rolling device. The formation of the fibril structure can be supported by heatable rollers.
Bei einer Festkörperbatterie gemäß der DE 102018 222 129 A1 wird durch den Einsatz von fibrillierten Polytetrafluorethylen als Bindemittel der Bindemitteleinsatz verringert und daher die elektrischen Eigenschaften verbessert. Das Umformen der Pulvermischung zu der biegsamen Verbundschicht erfolgt typischerweise durch Walzen, Pressen oder Extrusion. In a solid-state battery according to DE 102018 222 129 A1, the use of fibrillated polytetrafluoroethylene as a binder reduces the amount of binder used and therefore improves the electrical properties. The powder mixture is typically formed into the flexible composite layer by rolling, pressing or extrusion.
Gemäß der DE 102018222 142 A1 kann das fibrillierte Polytetrafluorethylen durch Reibmahlen, Vermengen in einer Schneckenwelle oder in einer Kalanderwalzeinrichtung oder einer Knetvorrichtung erzeugt werden. According to DE 102018222 142 A1, the fibrillated polytetrafluoroethylene can be produced by attrition grinding, mixing in a screw shaft or in a calender rolling device or a kneading device.
Die DE 102021 209 121 B4 beschreibt ein Verfahren zur lösungsmittelfreien Herstellung einer Elektrode, wobei das Bindemittel ein Polyamid und ein Polypeptid enthält, das geeignet ist, unter Einwirkung einer mechanischen Kraft Fibrillen auszubilden. DE 102021 209 121 B4 describes a process for the solvent-free production of an electrode, wherein the binder contains a polyamide and a polypeptide which is suitable for forming fibrils under the action of a mechanical force.
Bei der EP 2 820699 B1 werden Scherkräfte zur Ausbildung von PTFE-Fibrillen durch Vermengen in einer Schneckenwelle, beispielsweise eines Extruders realisiert. Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffelektrodenmaterials gemäß der WO 2014 / 116 771 A1 werden trockene Materialien Scher-, Kompressions- und Zugkräften beispielsweise in einem Schneckenextruder ausgesetzt, um so eine verbesserte Fibrillierung des Bindemittels zu erreichen. In EP 2 820699 B1, shear forces are realized to form PTFE fibrils by mixing in a screw shaft, for example of an extruder. In a method for producing a carbon electrode material according to WO 2014/116 771 A1, dry materials are subjected to shear, compression and tensile forces, for example in a screw extruder, in order to achieve improved fibrillation of the binder.
Die EP 3 533 095 A1 beschreibt das Mischen von leitfähigen Flocken mit aktiven Partikeln, mindestens einem fibrillierbaren Polymer und kugelförmigen leitfähigen Kohlenstoffpartikeln zur Bildung einer Paste. Durch Extrudieren der Paste und Kalandrieren oder Walzen wird ein selbsttragender Elektrodenfilm hergestellt. EP 3 533 095 A1 describes the mixing of conductive flakes with active particles, at least one fibrillatable polymer and spherical conductive carbon particles to form a paste. A self-supporting electrode film is produced by extruding the paste and calendering or rolling.
Die US 2019 / 0280289 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenfilms umfassend ein Mischen von teilchenförmigen Materialien und fibrillierbaren Polymeren mit leitfähigen Flocken zu einer Paste, ein Fibrillieren der fibrillierbaren Polymere und ein Extrudieren und Rollen der Paste zu einem selbsttragenden Elektrodenfilm. US 2019/0280289 A1 discloses a method for producing an electrode film comprising mixing particulate materials and fibrillatable polymers with conductive flakes to form a paste, fibrillating the fibrillatable polymers, and extruding and rolling the paste into a self-supporting electrode film.
Die US 2006 / 0246 343 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Kathode, wobei eine lösungsmittelfreie Zusammensetzung enthaltend PTFE, ein elektrisch leitfähiges Kohlenstoffmaterial und gegebenenfalls auch das aktive Kathodenmaterial bereitgestellt wird und durch Scherkräfte fibrilliert wird. US 2006/0246 343 A1 discloses a method for producing a cathode, wherein a solvent-free composition containing PTFE, an electrically conductive carbon material and optionally also the active cathode material is provided and is fibrillated by shear forces.
Aus der US 2022 / 0 006 071 A1 ist es bekannt, dass bei Trockenelektrodenverfahren die Dichte des Elektrodenfilms und das angestrebte Beladungsgewicht des Elektrodenmaterials durch die Steuerung der Dicke und des ausgeübten Kompressionsdrucks bestimmt werden, was in der Regel durch aufeinander folgende Kalanderdurchgänge erreicht wird. Anders als bei der Nassbeschichtung ist die unabhängige Kontrolle über das Gewicht des Elektrodenmaterials und die Dicke des Elektrodenfilms daher eingeschränkt. It is known from US 2022 / 0 006 071 A1 that in dry electrode processes the density of the electrode film and the target loading weight of the electrode material are determined by controlling the thickness and the applied compression pressure, which is usually achieved by successive calendering passes. Unlike wet coating, independent control over the weight of the electrode material and the thickness of the electrode film is therefore limited.
In der Praxis führt eine unzureichende Durchmischung der verschiedenen Komponenten zu Agglomerationen sowie zu Lufteinschlüssen und damit zu Fehlstellen, die auch durch das nachfolgende Kalandrieren nicht ausgeglichen werden können. In practice, insufficient mixing of the various components leads to agglomerations and air inclusions, and thus to defects that cannot be compensated for by subsequent calendering.
Eine stärke Durchmischung in Verbindung mit einer erhöhten Komprimierung in der Plastifizierungszone führt dazu, dass auf das aktive Material und das leitfähige Material zu hohe Scherkräfte übertragen werden, die zu verschlechterten elektrischen Eigenschaften führen. Insbesondere setzt die Entstehung von feinen Fibrillen in dem Bindemittel zwar Scherkräfte voraus, allerdings werden diese infolge hoher Scherkräfte zerstört oder verändert und das gebundene Aktivmaterial und das leitfähige Material in seinen Eigenschaften beeinträchtigt. Dementsprechend wird üblicherweise eine inhomogene Durchmischung in Kauf genommen und die Mischung anschließend vor dem Walzen und verdichten pulverisiert, um so Inhomogenitäten aufzulösen. Mit diesem zusätzlichen Verfahrensschritt ist jedoch ein erheblicher zusätzlicher Aufwand insbesondere aufgrund der erforderlichen Kühlung, damit die Mischung gemahlen werden kann, sowie auch die Unterbrechung des Prozesses zwischen der Mischung und der Verdichtung verbunden, was sich nachteilig auf den Herstellungsaufwand auswirkt. Stronger mixing combined with increased compression in the plasticizing zone results in excessive shear forces being transferred to the active material and the conductive material, which leads to deteriorated electrical properties. In particular, the formation of fine fibrils in the binder requires shear forces, but these are destroyed or broken down as a result of high shear forces. changed and the properties of the bound active material and the conductive material are impaired. Accordingly, inhomogeneous mixing is usually accepted and the mixture is then pulverized before rolling and compacting in order to dissolve inhomogeneities. However, this additional process step involves considerable additional effort, particularly due to the cooling required so that the mixture can be ground, as well as the interruption of the process between mixing and compaction, which has a negative impact on the manufacturing effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, eine homogene, insbesondere agglomerationsfreie Mischung ohne zusätzliche Zwischenschritte, beispielsweise zum Homogenisieren zu erzeugen. Insbesondere soll die erzeugte Mischung unmittelbar einer Verdichtung, beispielsweise durch Walzen zugeführt werden können. The invention is based on the object of creating a possibility of producing a homogeneous, in particular agglomeration-free mixture without additional intermediate steps, for example for homogenization. In particular, the mixture produced should be able to be fed directly to a compaction process, for example by rolling.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen. This object is achieved according to the invention with a method according to the features of claim 1. The further embodiment of the invention can be found in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem ein erster Anteil des aktiven Elektrodenmaterials von insbesondere weniger als 30 % des der Mischung insgesamt zugeführten aktiven Elektrodenmaterials im Bereich einer Einzugszone zusammen mit einem wesentlichen Anteil von insbesondere mehr als 70 % des der Mischung insgesamt zugeführten Bindemittels zugegeben und in einer Kompressionszone bzw. Plastifizierzone plastifiziert wird und zumindest der übrige Anteil des aktiven Elektrodenmaterials und das leitfähige Material in einem Bereich einer sich der Kompressionszone anschließenden Mischzone zugegeben wird. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass durch die schrittweise Zugabe des aktiven Materials sowohl bereits zu Beginn der Plastifizierungszone als auch in der sich daran anschließenden Mischzone in überraschend einfacher Weise zwei in der Fachwelt bisher als unvereinbar geltende Zielsetzungen miteinander vereinbart werden können. Indem nämlich in der Plastifizierungszone der dort in Verbindung mit dem Bindemittel zugeführte Anteil des aktiven Elektrodenmaterials infolge eines hohen Drucks aufgeschmolzen und zugleich durchmischt wird, werden auf das aktive Material und das leitfähige Material hohe Scherkräfte übertragen. Unerwünschte Lufteinschlüsse und Agglomerationen können so zuverlässig vermieden werden. Es hat sich herausgestellt, dass dieser derart homogenisierten Mischung in der Mischzone durch zumindest einen weiteren Einlass beispielsweise nach und nach in unterschiedlichen Abschnitten des Mischers weiteres, nämlich ein wesentlich größerer Mengenanteil des aktives Elektrodenmaterials zugegeben werden kann, ohne dass in diesem Abschnitt nach der Plastifizierung Agglomerationen entstehen. Lufteinschlüsse werden gezielt verhindert, indem die Luft durch Entlüftungsöffnungen wieder aus dem beispielsweise als Kneter ausgeführten Mischer entweichen kann. Darüber hinaus ist eine Entgasung am Ende des Prozesses vorgesehen. Infolge der in diesem Abschnitt vorherrschenden reduzierten Scherkräfte werden Beeinträchtigungen der Eigenschaften des aktives Elektrodenmaterials und des leitfähigen Materials zuverlässig vermieden, wodurch auch die Entstehung von feinen Fibrillen durch gezieltes Einbringen definierter Scherung in den einzelnen Prozesszonen wesentlich begünstigt wird. According to the invention, a method is therefore provided in which a first portion of the active electrode material, in particular less than 30% of the total active electrode material added to the mixture, is added in the area of a feed zone together with a significant portion of in particular more than 70% of the total binding agent added to the mixture and plasticized in a compression zone or plasticizing zone, and at least the remaining portion of the active electrode material and the conductive material are added in an area of a mixing zone following the compression zone. The invention is based on the finding that by adding the active material step by step both at the beginning of the plasticizing zone and in the mixing zone following it, two objectives that have previously been considered incompatible in the professional world can be reconciled in a surprisingly simple manner. By melting and simultaneously mixing the portion of the active electrode material added there in conjunction with the binding agent in the plasticizing zone as a result of high pressure, high shear forces are transferred to the active material and the conductive material. Undesirable air inclusions and agglomerations can thus be reliably avoided. It has been found that this homogenized mixture in the mixing zone can gradually receive further, namely a much larger, proportion of the active electrode material can be added without agglomerations forming in this section after plasticization. Air inclusions are specifically prevented by allowing the air to escape from the mixer, which is designed as a kneader, for example, through vent openings. In addition, degassing is provided at the end of the process. As a result of the reduced shear forces prevailing in this section, impairments to the properties of the active electrode material and the conductive material are reliably avoided, which also significantly promotes the formation of fine fibrils through the targeted introduction of defined shear in the individual process zones.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch realisiert, dass das aktive Elektrodenmaterial und/oder das leitfähige Material im Bereich der Mischzone durch mehrere auch als Ports bezeichnete Einlassöffnungen in insbesondere unterschiedlichen Mengenanteilen zugeführt wird, wobei die Zuführung aufgrund in situ erfasster Parameter geregelt wird. Insbesondere erfolgt also die Aufteilung der Mengenanteile variabel, sodass die Eigenschaften der so hergestellten Mischung optimal eingestellt und den jeweiligen Anforderungen angepasst werden können. A particularly advantageous embodiment of the invention is also realized in that the active electrode material and/or the conductive material is supplied in the area of the mixing zone through several inlet openings, also referred to as ports, in particular in different proportions, with the supply being regulated based on parameters recorded in situ. In particular, the distribution of the proportions is variable, so that the properties of the mixture produced in this way can be optimally adjusted and adapted to the respective requirements.
Als Einlassöffnungen können frei setzbare Injektionslanzen in jedem Zahn oder Bolzen des Kneters dienen, durch die ein optimales Einmischen der zugeführten Substanzen in einem breiten Viskositätsband ermöglicht wird. Freely deployable injection lances in each tooth or bolt of the kneader can serve as inlet openings, enabling optimal mixing of the supplied substances in a wide viscosity range.
Eine andere, ebenfalls besonders vielversprechende Ausgestaltungsform der Erfindung wird dadurch realisiert, dass in der Mischzone das aktive Elektrodenmaterial zusammen mit dem leitfähigen Material durch dieselbe Einlassöffnung zugegeben wird. Hierdurch entsteht eine sehr gute Durchmischung mit einem durch die Mengenanteile vorbestimmten Mengenverhältnis, sodass hohe Anforderungen an die homogene Verteilung der unterschiedlichen Mischungskomponenten mit reproduzierbarer Genauigkeit erfüllt werden können. Another, also particularly promising embodiment of the invention is realized by adding the active electrode material together with the conductive material through the same inlet opening in the mixing zone. This creates very good mixing with a quantity ratio predetermined by the proportions, so that high requirements for the homogeneous distribution of the different mixture components can be met with reproducible accuracy.
Die Durchmischung könnte grundsätzlich durch einen gleichlaufenden Doppelschneckenextruder erzeugt werden. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn das Mischverfahren mittels eines oszillierenden Einwellenmischers durchgeführt wird. Durch den auch als Kneter bezeichneten oszillierenden Einwellenmischer werden unerwünschte Spannungsspitzen der Scherspannung vermieden. Zugleich lässt sich eine Überwachung der Prozesstemperaturen der tatsächlichen Produkttemperatur insbesondere durch frei setzbare Temperatursensoren in jedem Zahn oder Bolzen des kontinuierlichen Kneters problemlos implementieren, sodass der Mischungsprozess lückenlos überwacht und entsprechend geregelt werden kann. Durch die Kontrolle der Temperatur kann auch auf die Homogenität der Mischung rückgeschlossen werden. Der Austrag der Mischung erfolgt vorzugsweise mittels einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Zahnradpumpe durch eine Düse. In principle, the mixing could be achieved by a co-rotating twin-screw extruder. However, it is particularly advantageous if the mixing process is carried out using an oscillating single-shaft mixer. The oscillating single-shaft mixer, also known as a kneader, avoids undesirable peaks in shear stress. At the same time, monitoring of the process temperatures of the actual product temperature can be easily implemented, in particular by means of freely deployable temperature sensors in each tooth or bolt of the continuous kneader, so that the mixing process can be continuously monitored and controlled accordingly. By controlling the temperature, conclusions can also be drawn about the homogeneity of the mixture. The mixture is preferably discharged using a positive displacement pump, in particular a gear pump through a nozzle.
Weiterhin hat es sich als besonders vielversprechend erwiesen, wenn das aktive Elektrodenmaterial und/oder das leitfähige Material in Abhängigkeit der Scherempfindlichkeit in Strömungsrichtung der Mischung mit einem geringen Abstand vor der Auslassöffnung zugegeben wird. Indem das aktive Elektrodenmaterial bzw. das leitfähige Material so spät wie möglich zugegeben wird, ist die Verweildauer innerhalb des Mischers und so die Einwirkung von Scherkräften auf ein Minimum beschränkt. Da eine unzureichende Durchmischung zu Agglomerationen führen kann, ist eine vorzugsweise ständige Überwachung möglicher Ansammlungen besonders zielführend. Furthermore, it has proven particularly promising if the active electrode material and/or the conductive material is added a short distance in front of the outlet opening in the direction of flow of the mixture, depending on the shear sensitivity. By adding the active electrode material or the conductive material as late as possible, the residence time within the mixer and thus the effect of shear forces is kept to a minimum. Since inadequate mixing can lead to agglomerations, constant monitoring of possible accumulations is particularly effective.
Eine weitere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Abwandlung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die ausgetragene Mischung durch Rollen oder Walzen, insbesondere durch Kalandrieren, verdichtet wird, sodass die gewünschte Schichtdicke insbesondere zwischen mehreren paarweise angeordneten Kalanderwalzen erzeugt werden kann. A further, also particularly promising modification of the invention is achieved in that the discharged mixture is compacted by rolling or rollers, in particular by calendering, so that the desired layer thickness can be produced in particular between several calender rollers arranged in pairs.
Die so erzeugte und verdichtete Mischung kann selbsttragend sein und daher beispielsweise mittels einfacher Stützrollen einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Besonders vorteilhaft ist hingegen eine Abwandlung der Erfindung, bei welcher die Mischung auf einen als Stromleiter dienenden, insbesondere beschichteten Träger, insbesondere eine Metallfolie aufgetragen wird, sodass der hergestellte Verbund ohne weitere Verarbeitungsschritte bei der Batterieherstellung eingesetzt werden kann. Darüber hinaus kann auch ergänzend oder alternativ zu dem Träger eine metallische Schicht zusammen mit der Mischung beispielsweise durch Koextrusion oder in der Austrittsdüse erzeugt werden. The mixture produced and compacted in this way can be self-supporting and can therefore be fed for further processing, for example by means of simple support rollers. However, a modification of the invention in which the mixture is applied to a carrier, in particular a coated carrier, serving as a current conductor, in particular a metal foil, is particularly advantageous, so that the composite produced can be used in battery production without further processing steps. In addition, or as an alternative to the carrier, a metallic layer can also be produced together with the mixture, for example by coextrusion or in the outlet nozzle.
Bei einer anderen besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zugabe des aktiven Elektrodenmaterials und des leitfähigen Materials, insbesondere die Verteilung über verschiedene Einlassöffnungen, in Abhängigkeit gemessener Temperaturwerte innerhalb des Mischers, sodass durch die Zugabe nicht nur die Mischung optimal eingestellt werden kann. In another particularly expedient embodiment of the invention, the addition of the active electrode material and the conductive material, in particular the distribution via various inlet openings, takes place depending on measured temperature values within the mixer, so that not only the mixture can be optimally adjusted by the addition.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in Strömungsrichtung der Mischung vor der Auslassöffnung zumindest eine insbesondere als Entgasung ausgeführte Öffnung für flüchtige Bestandteile vorgesehen, um unerwünschte Lufteinschlüsse in der Mischung zuverlässig auszuleiten. Beispielsweise kann die Auslassöffnung mit einer Unterdruckanlage verbunden sein. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, at least one opening for volatile components, designed in particular as a degassing opening, is provided in the flow direction of the mixture in front of the outlet opening in order to remove undesirable To reliably remove air inclusions in the mixture. For example, the outlet opening can be connected to a vacuum system.
Vorzugsweise werden der Mischer, insbesondere der Kneter, oder der Extruder derart betrieben, dass eine zur Erzeugung von Fibrillen in dem Bindemittel ausreichende Scherkraft entsteht. Auf diese Weise lässt sich durch den Druck und insbesondere die oszillierende Bewegung ein Film oder eine Schicht erzeugen, die anschließend in einem Kalanderspalt auf eine Stromableiterfolie übertragen wird, wobei auch beide Seiten gleichzeitig beschichtet werden können. Preferably, the mixer, in particular the kneader, or the extruder are operated in such a way that a shear force sufficient to produce fibrils in the binder is generated. In this way, the pressure and in particular the oscillating movement can produce a film or a layer, which is then transferred to a current collector foil in a calender gap, whereby both sides can also be coated simultaneously.
In einem abschließenden Schritt werden die Erzeugnisse dann je nach Bedarf zugeschnitten und die einzelnen Teile entsprechend gestapelt, um so die fertige Batteriezelle herzustellen. In a final step, the products are then cut to size as required and the individual parts are stacked accordingly to produce the finished battery cell.
Selbstverständlich ist die Mischung nicht auf Elektrodenmaterial, leitfähiges Material und Bindemittel beschränkt. Vielmehr können der Mischung auch weitere Hilfsstoffe einschließlich Nanopartikel zugeführt werden, um so die elektrischen Eigenschaften des herzustellenden Erzeugnisses durch einen schnelleren Umsatz zu verbessern. Of course, the mixture is not limited to electrode material, conductive material and binder. Rather, other auxiliary materials, including nanoparticles, can also be added to the mixture in order to improve the electrical properties of the product to be manufactured through faster conversion.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Monomer, Polymer oder Harz des Bindemittels direkt nach dem Mischen, beispielsweise im kontinuierlichen Kneter beim Austreten in die Formgebung übergeht, denn das Material bleibt dadurch noch in einem geschmolzenen Zustand, in dem die Moleküle eine höhere Mobilität aufweisen. Dies ermöglicht eine bessere Ausrichtung, insbesondere von Polymerketten und fördert die Bildung von Fibrillen entlang der Fließrichtung während des Extrusionsprozesses. Die Fibrillierung in-situ führt zu einer Steigerung der Festigkeit und Steifigkeit der Elektrodenmasse, was wiederum vorteilhaft für das Konzept des freistehenden Films ist. Durch die unmittelbare Formgebung nach dem Mischen wird die Zeit minimiert, die das Monomer, Polymer und/oder Harz in einem geschmolzenen Zustand verweilt. Dies reduziert die thermische Degradation und ermöglicht eine effiziente Verarbeitung. Durch die direkte Verbindung von Mischen und Formgebung können die Prozessparameter besser kontrolliert und die gewünschten Materialeigenschaften gezielter optimiert werden. Das Harz kann hierbei als ein Naturharz und/oder ein Kunstharz ausgebildet sein. It is particularly advantageous if the monomer, polymer or resin of the binder is transferred to the molding process immediately after mixing, for example in a continuous kneader, as the material remains in a molten state in which the molecules have a higher mobility. This enables better alignment, especially of polymer chains, and promotes the formation of fibrils along the flow direction during the extrusion process. In-situ fibrillation increases the strength and stiffness of the electrode mass, which in turn is advantageous for the free-standing film concept. Immediate molding after mixing minimizes the time the monomer, polymer and/or resin remains in a molten state. This reduces thermal degradation and enables efficient processing. The direct connection between mixing and molding allows the process parameters to be better controlled and the desired material properties to be optimized in a more targeted manner. The resin can be a natural resin and/or a synthetic resin.
Die vorstehenden Vorteile der unmittelbaren Ausformung der Mischung in einem geschmolzenen Zustand, beispielsweise in einem „Roller-Head“-Verfahren, lässt sich auch bei Verwendung einer Fertigmischung erreichen. Das Mischen des aktiven Elektrodenmaterials mit dem Bindemittel und dem elektrisch leitfähigen Additiverfolgt dann in einem vorgelagerten, separaten Prozess, sodass die fertige Mischung zugeführt werden kann. The above advantages of directly forming the mixture in a molten state, for example in a “roller-head” process, can also be achieved by using a ready-mix. The mixing of the active electrode material with the binder and the electrically conductive additive is then carried out in an upstream, separate process so that the finished mixture can be fed in.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin noch dadurch gelöst, dass dem Kalandrierprozess zum Verdichten der Vorlage eine Austragsvorrichtung mit einem Extruder oder einer Zahnradpumpe vorgeschaltet wird, die insbesondere unabhängig angetrieben werden. Durch die Austragsvorrichtung wird so neben der kontinuierlichen Förderung und dem notwendigen Druckaufbau auch eine Beeinflussung der Packungsdichte der Mischung erreicht und mittels einer Düse, insbesondere einer Breitspritzdüse, die angepasste Vorlage für die Kalanderwalzen zur Verfügung gestellt. Hierdurch wird eine unabhängige Kontrolle über das Ladegewicht des Elektrodenmaterials und die Dicke des Elektrodenfilms erreicht. The object of the invention is further achieved by the fact that a discharge device with an extruder or a gear pump, which are in particular independently driven, is connected upstream of the calendering process for compacting the template. In addition to the continuous conveying and the necessary pressure build-up, the discharge device also influences the packing density of the mixture and provides the adapted template for the calender rolls by means of a nozzle, in particular a wide spray nozzle. This achieves independent control over the loading weight of the electrode material and the thickness of the electrode film.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipdarstellung The invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and is described below. This shows in a schematic diagram
Fig. 1 ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodencompounds mittels eines Kneters; Fig. 1 shows a process for producing an electrode compound by means of a kneader;
Fig. 2 eine Variante des in Figur 1 gezeigten Verfahrens mit einem Extruder anstatt einer Zahnradpumpe. Fig. 2 shows a variant of the process shown in Figure 1 with an extruder instead of a gear pump.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines insbesondere trockenen bzw. lösungsmittelfreien Elektrodencompounds wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Das Verfahren umfasst das Mischen zumindest eines aktiven Elektrodenmaterials 1, zumindest eines leitfähigen Materials 2 und zumindest eines fibrillierbaren monomeren, polymeren und/oder als Harz ausgebildeten Bindemittels 3 in einem kontinuierlichen Mischer 4, der in einer in der Figur 1 gezeigten Variante einen kontinuierlichen Kneter 5 in Verbindung mit einer Zahnradpumpe 6 und in einer in der Figur 2 gezeigten Variante einen Extruder 7 umfasst. Ein im Verhältnis zu der Gesamtmenge geringer Anteil des Elektrodenmaterials 1 wird in einer Einzugszone 8 zusammen mit zumindest einem Großteil, vorzugsweise der Gesamtmenge des Bindemittels 3 zugegeben und in einer Kompressionszone 9 des Mischers 4 plastifiziert. The method according to the invention for producing a particularly dry or solvent-free electrode compound is explained in more detail below with reference to Figures 1 and 2. The method comprises mixing at least one active electrode material 1, at least one conductive material 2 and at least one fibrillatable monomeric, polymeric and/or resinous binder 3 in a continuous mixer 4, which in a variant shown in Figure 1 comprises a continuous kneader 5 in connection with a gear pump 6 and in a variant shown in Figure 2 comprises an extruder 7. A small proportion of the electrode material 1 in relation to the total amount is added in a feed zone 8 together with at least a large part, preferably the total amount of the binder 3 and plasticized in a compression zone 9 of the mixer 4.
Anschließend wird der größere Anteil des Elektrodenmaterials 1 und das leitfähige Material 2 durch vorzugsweise mehrere Einlassöffnungen 10, 11 sukzessive in einem Bereich einer sich der Kompressionszone 9 anschließenden Mischzone 12 zugegeben. Dadurch wird das Bindemittel 3 ausreichend plastifiziert und das Elektrodenmaterial 1 und das beispielsweise Ruß als wesentlichen Bestandteil enthaltende leitfähige Material 2 möglichst stressfrei homogenisiert und dispergiert, wobei die Entgasung 17 in dem Kneter 5 und/oder dem Extruder 7 erfolgt. Anschließend wird die Mischung in einer Düse 13, insbesondere einer Schlitzdüse, mittels der Zahnradpumpe 6 oder des Extruders 7 zu einer kontinuierlichen filmartigen Vorlage 14 ausgeformt. Die gewünschte Schichtdicke der Vorlage 14 wird zwischen paarweise angeordneten Kalanderwalzen 15, gegebenenfalls auf einer Stromableiterfolie 16 erzeugt. Erfindungsgemäß wird ein materialschonendes Mischen durch gezieltes Einbringen der Scherkräfte in unterschiedlichen Prozesszonen der Einzugszone 8, der Kompressionszone 9 und der Mischzone 12 und die Aufteilung der Rohstoffzuführung auf bevorzugt bis zu vier Einlassöffnungen 10, 11 erreicht. Subsequently, the larger portion of the electrode material 1 and the conductive material 2 are added successively through preferably several inlet openings 10, 11 in a region of a mixing zone 12 adjoining the compression zone 9. As a result, the binder 3 is sufficiently plasticized and the electrode material 1 and the, for example, Conductive material 2 containing soot as an essential component is homogenized and dispersed as stress-free as possible, with degassing 17 taking place in the kneader 5 and/or the extruder 7. The mixture is then formed into a continuous film-like template 14 in a nozzle 13, in particular a slot nozzle, by means of the gear pump 6 or the extruder 7. The desired layer thickness of the template 14 is produced between calender rollers 15 arranged in pairs, optionally on a current collector foil 16. According to the invention, material-friendly mixing is achieved by targeted introduction of the shear forces in different process zones of the feed zone 8, the compression zone 9 and the mixing zone 12 and the distribution of the raw material feed to preferably up to four inlet openings 10, 11.
BEZUGSZEICH EN LISTE REFERENCE NUMERALS LIST
1 Elektrodenmaterial1 electrode material
2 leitfähiges Material2 conductive material
3 Bindemittel 3 binders
4 Mischer 4 mixers
5 Kneter 5 kneaders
6 Zahnradpumpe 6 gear pump
7 Extruder 7 extruders
8 Einzugszone 8 catchment area
9 Kompressionszone9 compression zone
10 Einlassöffnung 10 inlet opening
11 Einlassöffnung 11 inlet opening
12 Mischzone 12 mixing zone
13 Düse 13 nozzle
14 Vorlage 14 template
15 Kalanderwalze 15 calender rolls
16 Stromableiterfolie 16 current collector foil
17 Entgasung/Entlüftung 17 Degassing/Venting
Claims
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 24731865 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |