用于制造均匀颗粒材料成分的方法技术

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。

A method for making the composition of uniform particle material

To provide a method for manufacturing a uniform granular material composition, the uniform granular material composition includes at least one granular material M, at least one additive Z and at least one B binder, wherein the method comprises the following steps: a) providing at least one granular material M, additive Z and B binder; b) in self falling mixer by the at least one M particulate material and the at least one additive Z manufacturing G1 mixture evenly; c) in the absence of shear by the mixture of G1 and the at least one B binder mixture G2; d) is removed from the mixture G2 gas dispersion.

【技术实现步骤摘要】
用于制造均匀颗粒材料成分的方法
本专利技术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。
技术介绍
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JP2011-014262或US2014/0004418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EP1644136、US2015/0061176A1、US2015/0062779A1、US7,087,348B2、US2015/0072234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。EP1644136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Tg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Tg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Tg之上的温度下进行。然而该方式需要附加的方法步骤。US2015/0062779A1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-undNachlauf）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。US2015/0061176A1利用混合技术的经典途径，其中活性材料成分的组成部分被供给到球磨机中并且借助于惰性的研磨球被掺合。然而，在混合过程结束之后，研磨球必须以耗费的方式从膏状活性材料成分中除去。在磨机的表面处的粘附也导致材料损失和生产停止。所描述的制造方法由于其特定方法步骤仅仅不充分地适合于在不使组成部分在机械上负荷太大的情况下提供具有高均匀性的材料成分。经常可以观察到团块的形成、尤其是粘结剂团块的形成。US7,087,348B2描述了一种方法，在该方法中首先活性材料的表面的至少50%、优选地至少75%用包括导电材料的成分来占据。这实现活性材料到集电器的良好电连接。不利的是在电极的运行期间活性材料与来自电解质成分的载流子（尤其是锂阳离子）的由于活性材料颗粒的表面的大面积占据而变得困难的相互作用。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是，提供一种用于制造颗粒材料成分的方法，所述颗粒材料成分具有高均匀性并且尽可能在没有时间和材料损失的情况下提供始终不变地高质量的结果。该方法将能够利用简单的装置来实施。该任务通过随后所描述的本专利技术来解决。本专利技术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，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。在此，颗粒状材料M可以是如下任何材料，由所述材料可以形成颗粒并且所述材料可以借助于纤维状粘结剂连接成可成形物质。属于此的例如有非晶硅作为用于锂离子电池组的负电极的活性材料，所述非晶硅可以与锂原子形成合金化合物。但是作为用于负电极的活性材料也可以提及碳化合物、诸如石墨。作为用于锂离子电池组的正电极的活性材料，例如可以提及能够可逆地吸收和释放锂离子的锂化插层化合物。正活性材料可以包括组成的氧化物或磷酸盐，其包含选自由下列各项构成的组的至少一种金属：钴、镁、镍以及锂。作为优选示例尤其是可以强调LiMn2O4、LiFePO4、Li2MnO3、Li1.17Ni0.17Co0.1Mn0.56O2,LiCoO2和LiNiO2。考虑到根据本专利技术所制造的电极的另外的应用领域，尤其是考虑到用于燃料电池和电解槽的电极，作为另外的活性材料可以提及颗粒成分，其包括石墨、活性炭或碳纳米管。颗粒材料M的颗粒尺寸理想地与活性材料的所期望的特性适配。例如，材料M具有优选地1至30μm、更强烈优选地2至20μm、尤其是3至15μm的平均颗粒尺寸。在一种特别优选的实施方式中，材料M具有5至10μm的平均颗粒尺寸。太高份额的具有非常小的颗粒尺寸、尤其是具有小于1μm的颗粒尺寸的颗粒将明显减少在活性材料层中的扩散并且提高活性材料的表面。这考虑到表面处的也许不期望的副反应、尤其是在构造固体电解质界面（SEI）的范围内应当被避免。粘结剂B优选地包括选自下列各项的聚合物材料：苯乙烯-丁二烯共聚物（SBR）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）和乙烯丙烯二烯三元共聚物（EPDM）。粘结剂B特别优选地包括至少PVDF和/或PTFE。在一种优选实施方式中，粘结剂B包括PVDF。在一种实施方式中，粘结剂B以具有50至200μm、尤其是75至150μm的平均颗粒直径的颗粒形式存在。在另一实施方式中，粘结剂以具有10至100μm、尤其是20至80μm的平均直径和5至50本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2016.09.13 DE 102016217373.11.一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。2.根据权利要求1所述的方法，其中将自落式搅拌机用于得到均匀的混合物G1。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述混合物G2包括原纤化的粘结剂B。4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中为了制造所述混合物G2使用喷磨机，以便将为了使所述粘结剂B原纤化所需的剪...

【专利技术属性】
技术研发人员：A格洛克，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