[发明专利]用于湿式涂覆基质的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于湿式涂覆基质的方法，其中，利用喷头在基质上涂敷层并且在涂敷之后使该层干燥。此外，本发明涉及一种用于湿式涂覆基质的装置，其包括带有至少一个喷嘴的喷头、测量装置和干燥器。

背景技术

在利用材料涂覆基质时常常有这样的需求，即，产生带有预定厚度的均匀的层。即，例如在加工锂离子电池电芯时，用活性材料涂覆电极的质量对于电池电芯的质量来说有重要意义。尤其地，电池电芯的容量及其泄漏与均匀的层厚度相关并且与仅在其理论值附近轻微变化地控制的层厚度相关。在电极涂覆中，将以所谓的浆状物(可流动的糊状物)的形式的电极的活性材料湿式地施加到电极的载体膜上。在锂离子电池电芯中，对于阳极来说常常施加以天然的和/或合成的石墨为基础的材料，并且在阴极中施加以不同的锂-金属-氧化物的组合为基础的材料。

为了涂覆基质，在将溶剂添加到浆状物中的情况下在混合过程中对活性材料进行预加工。在制造锂离子电池电芯的情况中，对于阳极材料来说通常应用水基的溶剂并且在制造阴极时使用以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为基础的溶剂。在制造电极时，使用载体膜作为基质，该载体膜在阳极中通常由铜构成并且在阴极中通常由铝构成。在此，膜厚度在约10μm的范围中。被施加到膜上的材料的层厚度与电池电芯的设计方案有关并且例如在约20μm至200μm之间。

在湿式涂覆基质之后，在干燥炉中将其干燥，以便使溶剂从被涂覆的材料中挥发掉。这种涂覆方法通常连续地卷对卷地进行，其中，根据生产速度，干燥炉的长度通常在10m至30m之间。

在干燥之后，测量被施加的层的厚度。如果应利用材料涂覆基质的两侧，则该基质可紧接着被输送到另一涂覆步骤。被施加的层的厚度与多种过程参数相关，这些过程参数例如为浆状物的浓度、压力(以该压力将材料输送到喷头，利用该喷头将材料施加到基质上)、在喷头中的喷嘴的几何结构和基质的输送速度。如果在生产过程结束时测得与预定的理论层厚度不同的层厚度，则对一个或多个过程参数进行匹配，以修正被施加的层的厚度，从而使实际的层厚度尽可能围绕预定的理论值在±1μm的范围中。

从文献CN102125907中已知一种用于利用用于制造锂离子电池电芯的电极的活性材料来涂覆基质的装置。该装置包括涂覆装置和干燥器以及两个测量装置和一个控制设备。第一测量装置布置在涂覆装置之前并且用于测量在之前的涂覆步骤中被施加的层的厚度。第二测量装置布置在干燥器之后并且测量在完成干燥的基质上的层厚度。由控制设备使用两个测量装置的测量值以调节涂覆装置。在此，根据测得的层厚度控制涂覆材料的输送。

在现有技术中不利的是，为了调节层厚度仅能控制涂覆材料的输送。在材料输送中的变化影响在基质的整个宽度上的层涂敷并且不能补偿在涂覆时的缺陷，在其中材料涂敷不一致，也就是说在一个区域中比在其它区域中例如涂敷了更多的材料。此外，在干燥之后才测量被施加的层的厚度并且由此根据干燥器的长度在涂覆后约10m至30m时才进行测量。由此，在测量和过程参数匹配的有效性之间存在时间上的迟滞，其对所应用的调节机制有不利的作用。

发明内容

提出了一种用于湿式涂覆基质的方法，其中，利用喷头在基质上涂敷层，并且在涂敷之后使该层干燥，其中，喷头包括至少两个喷嘴，测量被涂敷的层的层厚度并且根据测得的层厚度进行涂敷调节，其中，在每个喷嘴中的压力相对于其它喷嘴独立地被调节。

在涂覆过程中，基质被输送到涂覆装置处并且首先经过喷头，利用该喷头将材料施加到基质上。在此，该材料溶解在溶剂中，该溶剂紧接着在干燥器中被蒸发。被涂敷的层的厚度通过测量装置获取。紧接着，将所测得的层厚度与预定的理论层厚度相比较并且当存在区别时，改变在喷嘴中的涂覆材料的压力。在此，在每个喷嘴中的压力能够单独地且独立于在其它喷嘴中的压力地被调整。

在本发明的一个实施方式中，在至少两个在基质的宽度上分布的测量位置上测量层厚度，其中，一个测量位置被分配给喷头的一个喷嘴。

测量位置分布在基质的宽度上并且使得可以评估被涂敷的层的均匀性。由于喷头的每个喷嘴将材料涂敷在基质的不同区域中，每个喷嘴负责在基质的层的确定的区域。为了调节该喷嘴合理的是，在这些基质区域的每个中也布置一个测量位置，从而为每个喷嘴提供至少一个测量位置并且由此提供层厚度的信息。

在方法的一个实施方式中，测量位置布置在这样的部位处，即，在该处由于喷嘴的几何结构希望得到在平均厚度之上或之下的层厚度。