1、鋰電極片凈涂量測(cè)量需求

鋰電池極片由集流體、A面和B面涂層組成，涂層厚度的一致性，是鋰電池極片的核心控制參數(shù)，對(duì)鋰電池安全、性能和成本有著至關(guān)重要的影響，因此鋰電池制造對(duì)檢測(cè)設(shè)備有著極高的要求。

 

2、駕馭極限產(chǎn)能的射線(xiàn)透射法測(cè)量

大成精密是國(guó)際領(lǐng)先的極片測(cè)量方案系統(tǒng)集成商，通過(guò)長(zhǎng)達(dá)十多年的潛心研發(fā)，具備了射線(xiàn)面密度測(cè)量、激光測(cè)厚、CDM射線(xiàn)激光一體機(jī)測(cè)量等一系列高精度、高穩(wěn)定性的測(cè)量設(shè)備，能夠在線(xiàn)監(jiān)控鋰電極片的凈涂量、厚度、削薄區(qū)的厚度和面密度等核心指標(biāo)，為鋰電池的精密制造賦能。

同時(shí)大成精密也在進(jìn)行前瞻性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)變革，目前已推出了基于固態(tài)半導(dǎo)體探測(cè)器的Super X-Ray面密度測(cè)量?jī)x和基于紅外光譜吸收原理的紅外測(cè)厚儀。Super X-Ray面密度測(cè)量?jī)x可以滿(mǎn)足客戶(hù)高速、寬幅、高響應(yīng)性和削薄測(cè)量的需求；紅外測(cè)厚儀能夠?qū)τ袡C(jī)材料進(jìn)行厚度的精準(zhǔn)測(cè)量，精度優(yōu)于進(jìn)口設(shè)備。

圖1 Super X-Ray面密度測(cè)量?jī)x

 

3、超聲波測(cè)厚技術(shù)

大成精密作為極片測(cè)量領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，一直致力于研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)。除了上述無(wú)損檢測(cè)方案，超聲波測(cè)厚技術(shù)也在大成精密的研發(fā)序列之內(nèi)。相比較于其他檢測(cè)方案，超聲波測(cè)厚有如下特點(diǎn)：

 

3.1超聲波測(cè)厚原理：
超聲波測(cè)厚，是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來(lái)進(jìn)行厚度測(cè)量的，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過(guò)被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖波被反射回探頭，通過(guò)精確測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)物料的厚度。

 H=1/2*(V*t)

幾乎所有由金屬、塑料、復(fù)合材料、陶瓷、玻璃、玻璃纖維或橡膠制成的產(chǎn)品都可測(cè)量，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。

3.2 超聲波測(cè)厚優(yōu)勢(shì)：

傳統(tǒng)的鋰電極片凈涂量的方案為使用射線(xiàn)透射法測(cè)量總涂量，使用總重扣減的方式獲得凈涂量，而超聲波測(cè)厚由于其測(cè)量原理的不同可以直接測(cè)得鋰電極片的凈涂量。

①超聲波由于波長(zhǎng)較短，有較強(qiáng)的穿透性，適用的材料范圍廣；

②超聲波聲束能集中在特定的方向上，在介質(zhì)中沿直線(xiàn)傳播，具有良好的指向性；

③無(wú)輻射，不用考慮安全問(wèn)題。

然而，盡管超聲波測(cè)厚具有如此優(yōu)勢(shì)，但相對(duì)于大成精密已經(jīng)推向市場(chǎng)的幾種測(cè)厚技術(shù)，超聲測(cè)厚有如下應(yīng)用限制：

3.3 超聲波測(cè)厚的應(yīng)用限制：

①超聲換能器：即本文提到的超聲探頭，超聲換能器是超聲波檢測(cè)儀器中核心部件，能夠發(fā)射和接收脈沖波，其中的核心指標(biāo)工作頻率和計(jì)時(shí)精度決定了測(cè)厚精度，目前高端的超聲換能器還是依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口，且價(jià)格昂貴；

②材料均勻性：在基本原理中提到，超聲波會(huì)在材料分界面時(shí)被反射回來(lái)，實(shí)際上這種反射是由于聲阻抗的突變?cè)斐傻?，而聲阻抗的均勻性是由材料均勻性決定的，若被測(cè)材料不均勻，回波信號(hào)會(huì)產(chǎn)生很多噪點(diǎn)，影響測(cè)量結(jié)果；

③粗糙度：被測(cè)物表面粗糙度大，會(huì)造成反射回波低，甚至無(wú)法接收回波信號(hào)的情況；

④溫度：超聲波的本質(zhì)是介質(zhì)粒子的機(jī)械振動(dòng)以波的形式進(jìn)行傳播，這種傳播離不開(kāi)介質(zhì)粒子相互作用力，而介質(zhì)粒子本身的熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)就是溫度，熱運(yùn)動(dòng)自然會(huì)影響介質(zhì)粒子之間的相互作用力。所以溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響是很大的。

對(duì)于脈沖回波原理的常規(guī)超聲測(cè)厚，如果我們的手溫影響了探頭溫度的話(huà)，儀器的零點(diǎn)就會(huì)發(fā)生漂移，這就是溫度對(duì)超聲波測(cè)厚影響最典型的例子；

⑤穩(wěn)定性：由于聲波是介質(zhì)粒子的機(jī)械振動(dòng)以波的形式進(jìn)行傳播，容易受到外界干擾，采集的信號(hào)不穩(wěn)定；

⑥耦合介質(zhì)：超聲波在空氣中衰減嚴(yán)重，而在液體和固體中能夠很好的傳播，為了能夠更好地接收到回波信號(hào)，通常需要在超聲探頭與被測(cè)物之間添加液體耦合介質(zhì)，不利于在線(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)方案開(kāi)發(fā)；
其他如超聲波的相位顛倒或失真、被測(cè)物表面的曲率、錐度或偏心度都對(duì)測(cè)量結(jié)果有著不同程度的影響。

由此可見(jiàn)，超聲測(cè)厚目前雖然有很多優(yōu)勢(shì)，但是也因?yàn)榫哂休^多的局限性，目前還無(wú)法與其他的幾種測(cè)厚方式相比擬。

 

3.4大成精密超聲測(cè)厚研究進(jìn)展

一直以來(lái)，大成精密始終堅(jiān)持潛心研發(fā)，有深厚的研發(fā)能力和前瞻能力，而在超聲波測(cè)厚領(lǐng)域的研究也早有進(jìn)展。其中部分研究成果展示如下：

3.4.1 實(shí)驗(yàn)條件

將陽(yáng)極極片固定在工作臺(tái)上，使用自主研發(fā)的高頻超聲波探頭進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量。

圖2 超聲波測(cè)厚測(cè)量方法

3.4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式采用A-scan和B-scan，其中A-scan橫坐標(biāo)代表超聲波傳輸時(shí)間，縱坐標(biāo)代表反射波強(qiáng)度；B-scan以二維圖像顯示與聲速傳播方向平行且與被測(cè)物的測(cè)量表面垂直的剖面。
從A-scan可看出，在石墨與銅箔2種材料交界處返回的脈沖波幅值明顯高于其他波形，通過(guò)計(jì)算超聲波在石墨介質(zhì)中的聲程，從而得到石墨涂層的厚度。
在Point1和Point2兩個(gè)位置共測(cè)試了5次數(shù)據(jù)，在Point1位置石墨的聲程都是0.0340us，在Point2位置石墨的聲程都是0.0300us，重復(fù)精度非常高：

圖3 A-scan信號(hào)

圖4 B-scan圖像比例拉伸

 

Fig.1 X=450，YZ平面B-scan圖像

Point1 X=450 Y=110 

聲程：0.0340us

厚度：0.0340(us)*3950(m/s)/2=67.15(μm)

 

Point2 X=450 Y=145 

聲程：0.0300us

厚度：0.0300(us)*3950(m/s)/2=59.25(μm)

圖5 兩點(diǎn)測(cè)試圖像

4、鋰電極片凈涂量測(cè)量技術(shù)小結(jié)

超聲波檢測(cè)技術(shù)作為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的重要手段之一，提供了評(píng)價(jià)固體材料的微觀組織及相關(guān)力學(xué)性能、檢測(cè)其微觀和宏觀不連續(xù)性的有效通用方法，面對(duì)鋰電極片凈涂量在線(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量的需求，由于超聲波本身的特性和需要克服的技術(shù)難題較多，目前來(lái)說(shuō)射線(xiàn)透射法還是具有更大的優(yōu)勢(shì)。

大成精密作為極片測(cè)量專(zhuān)家，會(huì)持續(xù)對(duì)包含超聲波測(cè)厚技術(shù)在內(nèi)的創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行深入研發(fā)，大成人也將繼續(xù)發(fā)揚(yáng)不畏艱難，勇攀高峰的精神，為中國(guó)無(wú)損檢測(cè)事業(yè)的發(fā)展和突破做貢獻(xiàn)！