[发明专利]用于制造均匀颗粒材料成分的方法

说明书

提供一种用于制造均匀颗粒材料成分的方法，所述均匀颗粒材料成分包括至少一种颗粒材料M、至少一种添加剂Z以及至少一种粘结剂B，其中该方法包括下列方法步骤：a）提供各至少一种颗粒材料M、添加剂Z和粘结剂B；b）在自落式搅拌机中由所述至少一种颗粒材料M和所述至少一种添加剂Z制造均匀的混合物G1；c）在引入剪切力的情况下由所述混合物G1和所述至少一种粘结剂B制造混合物G2；d）从所述混合物G2中除去分散气体。

技术领域

本发明涉及一种用于制造均匀颗粒材料成分、尤其是电极活性材料成分的方法。

背景技术

电化学能量存储器系统、如锂离子电池组（LIB）的性能、尤其是能量密度基本上取决于电池中的电极的选择和设计。在现有技术中，描述了两种根本上不同的用于给集电器涂布电极活性材料（随后也称为活性材料）的方法、即施加活性材料浆料（所谓的浆料方法）并且施加独立的活性材料膜。

根据浆料方法的制造方法例如在JP 2011-014262或US 2014/0004418中被描述。在制造活性材料浆料时尤其是在制造过程停止的情况下产生困难，因为混合设备必须能够处理大量活性材料浆料并且在不充分的混合时迅速出现组成部分的分离。

由独立的活性材料膜制造电极从现有技术中已知，并且例如在 EP 1 644 136、US2015/0061176 A1、US 2015/0062779 A1、US 7,087,348 B2、US 2015/0072234 或者US2014/0127570中被描述。在此，独立的活性材料膜以无溶剂方法通常以大约100-300μm的层厚来制造。独立的膜必要时被切割到所期望的大小，并且紧接着被施加在预成形的集电器上。电极的切割也可以在由集电器和活性材料膜构成的层压复合体中进行。

根据现有技术，在制造独立的活性材料膜时通过以下方式提供活性材料成分，该活性材料成分包括至少一种电极活性材料和至少一种颗粒粘结剂以及必要时至少一种导电添加物：在由粘结剂颗粒构造原纤（Fibrillen）的情况下通过引入剪切力（例如通过使用机械磨机、如喷磨机或球磨机）提供膏状可成形物质。该物质例如可以借助于挤出机和/或压延机被成形为稳定的、独立的活性材料膜。

EP 1 644 136为了粘结剂的原纤化而利用喷磨机（Jet-Mill）。在此，聚合物粘结剂通过与另外的颗粒碰撞而经历高的剪切力，使得至少局部地出现聚合物的塑化。该聚合物然后粘附在颗粒表面上、尤其是粘附在活性材料颗粒上，已经与所述颗粒表面发生了碰撞。在该方法中有问题的是，在喷磨机中首先必须打破聚合物粘结剂的团块。为此，需要低温、尤其是粘结剂的玻璃转变温度T_g之下的温度。另一方面，期望粘结剂的尽可能好的塑化。然而，为此需要聚合物的T_g之上的温度。因此，在现有技术中，首先在具有旋转的混合工具的磨机中将粘结剂与导电添加物混合，以便通过占据粘结剂颗粒的表面而引起聚合物团块的打破。在喷磨机中紧接着的原纤化过程然后在粘结剂的T_g之上的温度下进行。然而该方式需要附加的方法步骤。

US 2015/0062779 A1提出首先使活性材料成分冷却，该活性材料成分包括活性材料颗粒、导电添加物和粘结剂颗粒，以便这样事先在具有旋转的混合工具的机械磨机中引起由粘结剂颗粒构成的团块的打破。紧接其后的是在喷磨机中粘结剂的有针对性的原纤化。

为了能够执行尽可能连续的方法，值得做的是，将直到得到所期望的产品为止的混合持续时间的前沿和尾部（Vor- und Nachlauf）保持为小的，并且尽可能快地实现原纤化步骤的静止状态。这是尤其重要的，因为在喷磨机中执行的研磨方法长期地导致所得到的颗粒的破碎。因此，在混合过程的引导段或尾部中制造的废品的回收仅仅非常有限地是可能的，因为活性材料成分中的精细颗粒的份额在较长时间研磨方法中升高，这对产品的性能产生不利影响。始终不变的产品的制造仅能困难地实现。此外，在喷磨机中出现成分的组成部分的不同停留时间。由于大型喷磨机的研磨效率一般而言比小型喷磨机更好，因此方法在使用喷磨机的情况下仅能困难地大规模地应用。这里，增强的研磨作用对产品特性产生负面影响。