制造工艺技术调研方案模板(技术｜锂电池制造过程测量及设备_01 面密度测量仪及激光测厚仪)

在极片制造工艺中，需要频繁对涂覆工序中极片的厚度、面密度等参数进行测量，以确保锂电池在生产中实际参数与设计参数相吻合，同时以此来保证极片参数的一致性。

涂覆工序其实测量的是涂布敷料量（面密度），厚度测量也是用来间接的反映涂布辅料量的。国内一般在涂布调试时用取样器从烘干的极片上取样测量面密度，然后用千分尺测量一段极片前中后极片厚度，看极片敷料是否均匀，生产过程中使用千分尺、激光测厚仪或放射线测厚仪监控极片厚度或敷料量。千分尺手动抽检厚度比较麻烦，而且极片中间部分无法实现在线检测，一般小厂要求不是很高的在用；激光测厚仪能做到在线测量厚度，这个国内供应商做的很多；放射性测厚仪能在线直接测量敷料量，效果也较激光测厚仪好，但涉及放射源使用，审批过程非常麻烦，这个国外的多，像霍尼韦尔，横河机电等企业。

集流体卷材经放卷机构解卷，在涂布机构处进行间歇式涂布，将浆料均匀涂覆至集流体表面，然后进入烘箱加热，去除涂层中的大部份水分，再经过收卷机构在收卷机处收卷，完成涂布过程。测厚仪在涂层上的扫描轨迹如下图所示：

测厚仪在涂层上扫描轨迹

面密度测量仪

面密度测量仪有两种：β射线面密度测量仪和X射线面密度测量仪。下面分别对这两种仪器做介绍。

(1)设备用途

用于对锂电涂布面密度（单位面积的重量）进行非接触式在线检测。也可以用于极片厚度的检测等。

(2)β射线面密度测量仪工作原理

如果β射线有足够长的半衰期，则射线的发射强度恒定。当β射线穿透极片时，部分能量被吸收（吸收量与被测目标的厚度和材质等因素有关），射线强度衰减。衰减强度与被穿透极片的面密度呈负指数关系。可用式(1)和式2计算。

I=I0e-μρh(1)

m=ρh(2)

式中I——透射后射线的强度；I0——透射前射线的强度；μ——被测目标的吸收系数；ρ——被测目标的密度；h——被测目标的厚度；m——被测目标的面密度；e——数学常数。

通过检测射线穿透极片前后的射线强度，可以推算出极片的厚度和面密度。

(3)X射线面密度测量仪工作原理

在理想条件下，“窄束”单能X射线透射物质材料时，穿透后射线的强度随穿透物体面密度的增加而呈指数规律衰减，故X射线面密度的基础理论计算公式与式(1)和式(2)相同。

在工程应用中，由于X射线与物质相互作用过程中产生散射射线，所以衰减规律的计算过程如式(3)和式(4)所示，该公式即为面密度测量仪的工程应用公式，系数k、b由标定实验而得到。

I=BI0e-μρh(3)

(4)

式中B——X射线通过物质时的积累因子；k——比例系数；b——平移系数。

通过检测射线穿透极片前后的射线强度，可以推算出极片的厚度和面密度。

表2不同射线源测面密度优缺点

X射线面密度测量仪

β射线面密度测量仪

γ射线面密度测量仪

电磁波

电子束

电磁波

正极极片、铜铝箔

正负极极片、铜铝箔

正极极片、铜箔、铝箔

人造射线稳定性较差

天然稳定、操作简便

天然射线稳定性较好

几乎无辐射，无需办理繁杂手续

国家管控天然射线源，手续较繁琐

对人体有害，管控严格，手续较繁琐

激光测厚仪

(1)设备用途

用于对锂电涂布、激光切割、卷绕和叠片等工艺中的极片厚度在线检测。

(2)工作原理

激光测厚仪工作原理图如下图所示。

激光测厚仪工作原理图

激光测厚仪一般是由两个激光位移传感器上下对射的方式组成的，上下两个传感器分别测量被测体上表面的位置和下表面的位置，通过计算得到被测体的厚度。激光测厚仪的优点在于它采用的是非接触测量，相对接触式测厚仪更精准，不会因为磨损而损失精度，相对超声波测厚仪精度更高，相对X射线测厚仪没有辐射污染。

各种测量方法都有其不同的技术特点和应用范围。随着科学技术的进步，目前我国的测厚技术已经有了较大的发展，但由于因每一种方法都存在自身所无法克服的缺点，从而制约了它们的使用和普及，不能满足当前机械加工、检测领域中的实时、动态、在线、非接触的要求。在测厚领域里，由于光的介入，使光、机、电三者出现了有机的结合，并研制出了一系列光、机、电结合的测厚仪器，使非接触测量成为可能；同时在近几年中，由于计算机技术的飞速发展，人们把计算机强大的数据处理能力和自动控制能力引入到厚度测量中来，从而又使测厚技术趋向于动态、实时化测量，自动、程序化数据处理方向发展。

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