制备原纤化材料组合物的方法技术

本发明专利技术涉及制备包含至少一种颗粒状材料（A）和原纤化粘合剂（B）的材料组合物的方法，其中该方法包括以下方法步骤：a）提供包含至少一种颗粒状材料（A）的组分（K1）；b）提供组分（K2），其包含至少一种粘合剂（B），优选颗粒状的粘合剂（B）；c）将所述至少一种组分（K1）通过第一料流（S1）和将所述至少一种组分（K2）通过第二料流（S2）同时引入混合室（1）；其中第一料流（S1）和第二料流（S2）彼此以>0°的角度行进，以使得包含在第一料流（S1）中的组分（K1）的颗粒与包含在第二料流（S2）中的组分（K2）的颗粒发生碰撞。

Method for preparing compositions of fibrillary materials

The present invention relates to a method for preparing a material composition comprising at least one granular material (A) and a fibrillarized adhesive (B). The method comprises the following steps: a) providing a component (K1) comprising at least one granular material (A); b) providing a component (K2) comprising at least one adhesive (B), preferably a granular adhesive (B); At least one component (K1) is introduced into the mixing chamber (1) simultaneously through the first material flow (S1) and the second material flow (S2), in which the first material flow (S1) and the second material flow (S2) travel at an angle of > 0 degrees from each other so that the particles of the component (K1) contained in the first material flow (S1) and the component (K2) contained in the second material flow (S2) are made to move with each other so that the particles of the component (K1) contained in the first material flow (S1) and the component (K2) contained in the second material flow (S2) are The particles collided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备原纤化材料组合物的方法现有技术本专利技术涉及制备包含原纤化粘合剂的颗粒状材料组合物的方法。电化学能量存储系统例如锂离子电池组（LIB）的性能，特别是能量密度主要取决于电池中电极的选择和设计。在现有技术中描述了两种根本不同的用电极活性材料（下文中也称为活性材料）涂覆集流体的方法，即活性材料浆料的施加（所谓的浆料法）和独立式（freistehend）活性材料薄膜的施加。由独立式活性材料薄膜制备电极是从现有技术中已知的并且例如在EP1644136、US2015/0061176A1或US2015/0062779A1中描述。独立式活性材料薄膜在无溶剂的方法中制备，其通常具有约100至300μm的层厚度。任选地将独立式薄膜切割成所需的尺寸，然后施加到预成型的集流体上。电极的切割也可以在由集流体和活性材料薄膜形成的层压复合体中进行。根据现有技术，在独立式活性材料薄膜的制备中，包含至少一种电极活性材料和至少一种颗粒状粘合剂以及任选至少一种导电添加剂的活性材料组合物通过引入剪切力（例如通过使用机械磨机，例如喷射磨机或球磨机）提供糊状可模制的物料，其中由粘合剂颗粒形成原纤维。该物料可以例如通过挤出机和/或压延机成型产生稳定的独立式活性材料薄膜。EP1644136使用喷射磨机（喷射碾机）以使粘合剂原纤化。由于与其它颗粒的碰撞，聚合物粘合剂在此经历如此高的剪切力，以使得至少局部地发生聚合物的塑化。然后，它粘附在与其发生碰撞的颗粒表面上，特别是在活性材料颗粒上。该方法的问题在于，聚合物粘合剂的附聚物必须首先在喷射磨机中破裂。为此，需要低温，特别是低于粘合剂的玻璃化转变温度Tg的温度。另一方面希望的是粘合剂尽可能良好地塑化。然而，为此需要高于聚合物Tg的温度。因此，在现有技术中，首先将该粘合剂与导电添加剂在磨机中通过旋转式（umlaufend）混合工具混合，以通过占据粘合剂颗粒的表面而使聚合物附聚物破裂。随后在喷射磨机中的原纤化过程此时在高于粘合剂Tg的温度下进行。但是，此过程需要额外的方法步骤。US2015/0072234公开了用于制备干燥活性材料薄膜的类似方法，其中干燥成分通过气流混合并随后成型产生活性材料薄膜。US2015/0062779A1建议首先冷却包含活性材料颗粒、导电添加剂和粘合剂颗粒的活性材料组合物，以便预先在具有旋转式混合工具的机械磨机中实现粘合剂颗粒附聚物的破裂。其后在喷射磨机中进行粘合剂的有针对性的原纤化。为了可以进行尽可能连续的方法，力求的是直至获得所需产物的混合时间的预运转（Vorlauf）和后运转（Nachlauf）保持为少，并尽可能快地达到原纤化步骤的稳态。这是特别重要的，因为在喷射磨机中进行的研磨程序长期导致所含颗粒的粉碎。因此，在混合过程的预运转和后运转中制成的废料的循环可能性仅非常有限，因为所述活性材料组合物中的细颗粒含量在较长的研磨程序中增大，这对产品的性能具有不利影响。保持相同的产品的制备仅可困难地实现。另外，喷射磨机中出现组合物成分的不同停留时间。由于大型喷射磨机的研磨效率通常优于小型喷射磨机，使用喷射磨机的方法在大规模工业上仅可困难地应用。这里，增加的研磨效果对产品性能具有负面影响。US2015/0061176A1使用传统的混合技术途径，其中将活性材料组合物的成分加入球磨机中并通过惰性研磨球混合。然而，在完成混合过程之后，必须以复杂的方式从糊状活性材料组合物中除去研磨球。而且，磨机表面上的粘附导致材料损失和生产停工。CN10465418公开了一种方法，其中活性材料颗粒用由非贵金属的金属氧化物制成的涂层涂覆。为此，该方法使用两种气流，其中活性材料颗粒以与涂层材料不同的流被引导。通过气流碰撞而实现涂层。本专利技术的目的是提供制备颗粒状材料组合物的方法，该组合物包含原纤化粘合剂并且可以通过简单的手段（Mittel）实现。此外，该方法应当对成分，特别是活性材料颗粒而言温和并产生仅少量的废料。该目的通过下面描述的专利技术实现。
技术实现思路
本专利技术的主题是制备包含至少一种颗粒状材料A和原纤化粘合剂B的材料组合物的方法，其中该方法包括以下方法步骤：a）提供包含至少一种颗粒状材料A的组分K1；b）提供组分K2，其包含至少一种粘合剂B，优选颗粒状的粘合剂B；c）将所述至少一种组分K1通过第一料流S1和将所述至少一种组分K2通过第二料流S2同时引入混合室；其中第一料流S1和第二料流S2彼此以>0°，特别是≥3°的角度行进，以使得包含在第一料流S1中的组分K1的颗粒与包含在第二料流S2中的组分K2的颗粒发生碰撞。颗粒状材料A可以是可用于形成颗粒并且可通过纤维状粘合剂粘合产生可模制的物料的各种材料。这例如包括可以与锂原子形成合金化合物的非晶硅作为锂离子电池组的负电极的活性材料。但还可以提及碳化合物，如石墨作为负电极的活性材料。作为锂离子电池组的正电极的活性材料，可例如提及能够可逆地吸收和释放锂离子的锂化嵌入化合物。正极活性材料可以包含含有至少一种选自钴、镁、镍的金属以及锂的复合（zusammengesetzt）氧化物或磷酸盐。作为优选的实例特别强调LiMn2O4、LiFePO4、Li2MnO3、Li1.17Ni0.17Co0.1Mn0.56O2、LiCoO2和LiNiO2。关于根据本专利技术制备的电极的其它应用领域，特别是关于用于燃料电池和电解池的电极，可以提及包含石墨、活性炭或碳纳米管的颗粒状组合物作为其它活性材料。在一个实施方案中，颗粒状材料A可以包含至少一种固体电解质，特别是无机固体电解质作为另外的成分，其能够传导阳离子，特别是锂离子。根据本专利技术，这种固体无机锂离子导体包括结晶、复合和非晶的无机固体锂离子导体。结晶锂离子导体特别是包括钙钛矿型的锂离子导体钛酸锂镧、NASICON型的锂离子导体、LISICON和硫代LISICON型的锂离子导体以及石榴石型锂离子导电氧化物。特别地，复合锂离子导体包含含有氧化物和中孔氧化物的材料。例如在PhilippeKnauth的综述文章“InorganicsolidLiionconductors:Anoverview”SolidStatelonics,第180卷,第14-16期,2009年6月25日，第911-916页中描述了这种固体无机锂离子导体。根据本专利技术，还可以包括由C.Cao等人在“Recentadvancesininorganicsolidelectrolytesforlithiumbatteries”，Front.EnergyRes.,2014,2:25中描述的所有固体锂离子导体。特别地，根据本专利技术还包括EP1723080B1中描述的石榴石。固体电解质特别地可以以平均粒径≥0.05μm至≤5μm，优选≥0.1μm至≤2μm的颗粒的形式使用。如果颗粒状材料A包含固体电解质，则其例如可以占颗粒状材料A的0至50重量％，优选10至40重量％。颗粒状材料A的粒度理想地与活性材料的所需性能匹配。例如，材料A的平均粒度优选为1至30μm，更优选2至20μm，特别是3至15μm。在一个特别优选的实施方案中，材料A的平均粒度为5至10μm。具有非常小的粒度，特别是粒度小于1μm的颗粒的太高含量将显著减少活性材料层中的扩散并增加活性材料的表面积。就表面上的任选不希望的副反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制备包含至少一种颗粒状材料（A）和原纤化粘合剂（B）的材料组合物的方法，其中该方法包括以下方法步骤：a）提供包含至少一种颗粒状材料（A）的组分（K1）；b）提供组分（K2），其包含至少一种粘合剂（B），优选颗粒状的粘合剂（B）；c）将所述至少一种组分（K1）通过第一料流（S1）和将所述至少一种组分（K2）通过第二料流（S2）同时引入混合室（1）；其中第一料流（S1）和第二料流（S2）彼此以> 0°的角度行进，以使得包含在第一料流（S1）中的组分（K1）的颗粒与包含在第二料流（S2）中的组分（K2）的颗粒发生碰撞。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.13 DE 102016217372.31.制备包含至少一种颗粒状材料（A）和原纤化粘合剂（B）的材料组合物的方法，其中该方法包括以下方法步骤：a）提供包含至少一种颗粒状材料（A）的组分（K1）；b）提供组分（K2），其包含至少一种粘合剂（B），优选颗粒状的粘合剂（B）；c）将所述至少一种组分（K1）通过第一料流（S1）和将所述至少一种组分（K2）通过第二料流（S2）同时引入混合室（1）；其中第一料流（S1）和第二料流（S2）彼此以>0°的角度行进，以使得包含在第一料流（S1）中的组分（K1）的颗粒与包含在第二料流（S2）中的组分（K2）的颗粒发生碰撞。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一料流（S1）和所述第二料流（S2）同轴行进，并且具有至少3°的流动方向的偏差。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：H鲍尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE