[发明专利]用于制备浆料和用浆料涂覆基底的装置和方法

说明书

用于制备用于涂覆到基底上的浆料的装置和方法。本披露的装置和方法涉及在具有至少一个通道的封闭体积中提供浆料。该浆料包含溶剂、粉末和粘合剂。该浆料还可以包含分散剂。在高压下反复推动该浆料以第一流动方向通过该至少一个通道并且然后以与该第一流动方向相反的第二流动方向通过该至少一个通道返回。该推动将该粉末和该粘合剂均匀地分散在该溶剂中。然后，在该推动后用从该封闭体积挤出的该浆料同时涂覆基底的两个侧面。固化所涂覆的浆料包括冻干以保存在该基底上的该浆料的孔隙率。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年4月26日提交的美国专利申请号15/964,051的优先权，将该美国专利申请特此通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本披露涉及用于制备浆料和将该浆料涂覆到基底上的装置和方法。

背景技术

形成含有分散在溶剂中的粉末和任选地粘合剂的浆料通常涉及相当大的能量和设备。当形成用于制造用于形成电池的电极的基底的浆料时情况就是这样。例如，在常规的湿电极涂覆工艺中，将含有粉末(像碳黑粉末或其他活性/非活性材料)和作为粘合剂的有机聚合物的粘性浆料涂覆到基底上，以通过经由各种方法(比如刮刀片、辊对辊(roll-to-roll)涂覆器等)牵引或递送浆料或基底来形成集流体。湿涂覆中使用的常规装置需要大量的空间，因为需要使用刮刀片、辊对辊涂覆器等。与常规的混合、捏合、涂覆和干燥相关的所有装置和工作站都是巨大的。

通过使用常规的行星式混合器来混合浆料还需要长的时间段。典型地，大量有毒溶剂也被用于常规的湿涂覆的浆料中，以帮助形成浆料并将其施用到基底上。例如，此类有毒溶剂包括n-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等。在将浆料涂覆在基底上后，必须除去有毒溶剂。除去需要在干燥工艺中精心设计的蒸发技术以防止环境污染和爆炸。干燥需要与加热系统组合的具有长带式输送机的大型干燥器，以蒸发有毒溶剂。除了干燥系统外，还必需安装用于收集蒸发的有毒溶剂的系统以防止环境污染。

干涂覆工艺是用于制造电极的湿涂覆的替代选择。然而，干涂覆具有若干缺点。例如，必需将干燥的碳复合材料粉末粉碎成用于涂覆的细粉，这需要两个机器来粉碎细粉并将细粉分布到基底上。还需要特定的料斗和复杂的涂覆器布置以将细粉分散到基底上。

基于细粉在基底上的不规则的分布，干涂覆还受制于不一致的电池性能的结果。所产生的在基底上的粉末密度的不均匀对许多问题具有直接影响，像涂层与基底之间的粘合力和孔隙率均匀性，其最终导致缺乏反应均匀性。即使在配备有精细的分布器的特别设计的粉末涂覆机器的情况下，也存在相同种类的不一致的电池单元性能问题。

因此，存在对涂覆装置和涂覆工艺的需求，该涂覆装置和涂覆工艺减少通常在浆料形成中上文提及的以及施用到电池电极制造时的问题。

发明内容

本披露的一个方面包括一种用浆料涂覆基底以形成电极的工艺。浆料包含粉末。在一些方面中，粉末可以由碳黑粉末、或任何导电/非导电材料或其共混物形成。浆料进一步包含一种或多种溶剂和粘合剂。浆料可以任选地包含一种或多种分散剂。该工艺进一步包括冻干经涂覆的基底和在真空下在升高的温度下加热所冻干的经涂覆的基底以除去残余溶剂。该工艺进一步包括压延所产生的经涂覆的基底以被用作电池电极。

本披露的另一个方面是一种配置成混合和捏合浆料并且然后将浆料同时涂覆在基底的两个侧面的装置。该装置包括经由窄管连接的两个圆筒，每个圆筒中具有活塞，该活塞被配置成反复推动(force)浆料在圆筒之间和通过管来来回回。浆料通过管的反复移动对浆料施用剪切力，其混合并且捏合浆料。在一些方面中，装置包括模具，该模具被配置成将浆料挤出到基底上使得浆料同时接触基底的两个表面。