Толщина положительных и отрицательных электродных лент (электродных пластин) для литий-ионных аккумуляторов измеряется с высокой точностью с помощью лазерного датчика перемещения. Измеряя толщину движущейся ленты в реальном времени в ходе каждого процесса после нанесения покрытия и прессования, это решение обеспечивает контроль качества емкости и безопасности батарей.
Запросы относительно измерения толщины
Почему важно измерение толщины электродных пластин?
Сравнение методов контроля сварки по целевым объектам, точности, скорости, стоимости и пригодности для автоматизации.
Равномерная емкость аккумулятора
Количество покрытия из активных материалов на положительных и отрицательных электродах напрямую влияет на толщину электродных пластин. Если толщина неравномерна, между ячейками возникают различия в емкости, и производительность всего модуля ограничивается самой слабой ячейкой. Измеряя толщину каждой электродной пластины в потоке, можно немедленно определить стабильность процесса нанесения покрытия.
Обеспечение безопасности
Если толщина покрытия активного материала становится локально чрезмерной, при зарядке и разрядке с большой вероятностью происходит осаждение лития, что вызывает внутренние короткие замыкания. Контроль толщины электродных пластин особенно важен для аккумуляторов электромобилей, требуя обеспечения качества в микрометровом диапазоне.
Повышение коэффициента выхода годной продукции и снижение затрат
При автономном измерении с отбором образцов обнаружение дефектов происходит с задержкой, что приводит к большим потерям от брака. Измерение толщины электродных пластин в потоке в реальном времени позволяет немедленно реагировать при возникновении отклонений, минимизируя потери материалов.
Процесс производства электродов аккумуляторов и точки измерения толщины
Измерение толщины электродных пластин выполняется на нескольких этапах производственного процесса. Измеряемый объект, а также требуемая точность и скорость различаются для каждого этапа.
- 1. Смешивание и компаундирование — смешивание активных материалов, связующих и проводящих агентов
- 2. Нанесение покрытия — измерение толщины (1). Нанесение суспензии на токосъемник (фольгу)
- 3. Вальцовка (прессование) — измерение толщины (2). Сжатие до целевой плотности с помощью валкового пресса
- 4. Продольная резка и намотка — резка до нужной ширины и намотка в рулон электрода
Сравнение методов измерения толщины электродных пластин
Существует несколько методов измерения толщины электродных пластин. Оптимальный метод выбирается путем комплексного сравнения точности измерения, скорости, стоимости и удобства обслуживания.
Совместимость с работой в потоке
Лазерный датчик перемещения (бесконтактный оптический тип)
◎ Поддерживается
Контактные микрометры и т.д.
△ Затруднено (отбор образцов)
Метод бета-излучения
◎ Поддерживается
Влияние на электродные пластины
Лазерный датчик перемещения (бесконтактный оптический тип)
◎ Бесконтактный
Контактные микрометры и т.д.
△ Риск появления царапин от контакта
Метод бета-излучения
◎ Бесконтактный
Нормативы и управление безопасностью
Лазерный датчик перемещения (бесконтактный оптический тип)
◎ Не требуется
Контактные микрометры и т.д.
◎ Не требуется
Метод бета-излучения
△ Требуется радиационный контроль
Обслуживание
Лазерный датчик перемещения (бесконтактный оптический тип)
◎ Практически не требует обслуживания
Контактные микрометры и т.д.
○ Регулярная калибровка
Метод бета-излучения
△ Требуется замена источника
Первоначальные затраты
Лазерный датчик перемещения (бесконтактный оптический тип)
○ Средние и высокие
Контактные микрометры и т.д.
◎ Низкая стоимость
Метод бета-излучения
△ Высокая стоимость
Резюме по выбору метода
Контактные методы обладают высокой точностью, но не подходят для работы в потоке из-за риска появления царапин на электродных пластинах после прессования. Методы бета-излучения имеют подтвержденный опыт применения в потоке, но затраты на управление источниками излучения и соблюдение нормативных требований создают дополнительную нагрузку. Лазерные датчики перемещения сочетают в себе бесконтактность, высокую скорость и точность, а также не подпадают под нормативные требования, что делает их наиболее популярным выбором при создании новых линий или замене существующих.
Лучшая продукция для измерения толщины электродных пластин
KEYENCE предлагает продукцию, поддерживающую измерение толщины электродных пластин. Мы предлагаем оптимальную конфигурацию в соответствии с измеряемым объектом и процессом.
Наиболее часто используемые для измерения толщины устройства — Серия CL-3000
Конфокальный датчик перемещения
Метод белого конфокального света обеспечивает стабильное измерение толщины независимо от состояния поверхности (блеск/шероховатость) электродной пластины. Две головки датчика охватывают электродную ленту с двух сторон для измерения общей толщины движущейся электродной пластины в реальном времени. Специальное приспособление, обладающее высокой устойчивостью к перепадам температур, обеспечивает стабильное измерение в течение длительного времени.
Просмотреть каталог
Нажмите здесь для получения информации о продукции серии CL-3000
Примеры применения измерения толщины на линиях производства аккумуляторов
Ниже приведены примеры измерения толщины с помощью лазерных датчиков перемещения на различных предприятиях по производству аккумуляторов.
Измерение толщины фольги
Измерение толщины алюминиевой и медной фольги. Для регулировки количества покрытия толщина самого покрытия рассчитывается на основе толщины электрода с покрытием и самой фольги. Благодаря специальному приспособлению для правильной установки верхней и нижней головок датчика и уменьшению погрешностей, вызванных смещением оптической оси, обеспечивается простое и высокоточное измерение.
Измерение толщины электрода после нанесения покрытия
Измерение толщины электрода. Для регулировки количества покрытия толщина самого покрытия рассчитывается на основе толщины электрода с покрытием и самой фольги. Благодаря специальному приспособлению для правильной установки верхней и нижней головок датчика и уменьшению погрешностей, вызванных смещением оптической оси, обеспечивается простое и высокоточное измерение.
Мониторинг толщины электрода в процессе сушки
С помощью датчика CL-V020, обладающего термостойкостью до 200°C, можно фиксировать изменения толщины электрода внутри сушильной печи. Анализ этих изменений вместе с температурой сушильной печи и скоростью транспортировки приводит к экономии энергии.
Измерение толщины электрода после сушки
Измерение толщины электрода сразу после сушки с высокой точностью. Сравнивая толщину электрода до и после прессования, можно осуществлять оптимальное управление прессом. Благодаря датчику CL-S015 с атермальной конструкцией обеспечивается стабильное измерение в течение длительного времени без влияния тепла, выделяемого сушильной печью или электродами.
Измерение толщины ячеек в стопке (пакетного типа)
Измерение толщины ячеек. Ранее проверки выполнялись с помощью контактных измерительных приборов, но переход на лазерный датчик перемещения позволил сократить время измерения и исключить опасения по поводу появления царапин на обрабатываемой детали.
Измерение толщины длинной стороны уплотнения (пакетного типа)
Измерение толщины уплотненной части ячеек пакетного типа. Обеспечивается стабильное измерение без влияния материала или цвета целевого объекта, а также изгиба детали.
Часто задаваемые вопросы об измерении толщины электродных пластин
Основными методами являются контактные методы (микрометры, толщиномеры), бета-лучевые методы (радиационный тип) и бесконтактные оптические методы с использованием лазерных датчиков перемещения. Лазерные датчики перемещения лучше всего подходят для высокоскоростного и высокоточного измерения толщины электродных пластин в потоке.
Рекомендуется выполнять измерения на обоих этапах. После нанесения покрытия проверяется равномерность его количества (толщина пленки), а после вальцовки (прессования) — конечная толщина электродной пластины и достижение целевой плотности. Управление обоими наборами данных приводит к стабильной работе всего технологического процесса.
Для электродных листов литий-ионных аккумуляторов допуск на толщину электродной пластины после прессования обычно контролируется в пределах примерно от ±2 до 5 мкм. Для стабильного обеспечения этого требуется повторяемость измерительного прибора на уровне 0,5 мкм или менее, предпочтительно 0,1 мкм или менее.
Да. Установив два лазерных датчика перемещения сверху и снизу так, чтобы они зажимали электродный лист, можно измерять толщину электродной пластины в режиме реального времени во время транспортировки. Серия CL-3000 поддерживает выборку с максимальной скоростью 10 кГц, что обеспечивает надежный сбор данных даже на высокоскоростных производственных линиях.
Многие заказчики заменили бета-лучевые толщиномеры на лазерные датчики перемещения. Поскольку управление источниками излучения больше не требуется, эксплуатационные расходы и нагрузка, связанная с соблюдением нормативных требований, значительно снижаются. Возможна также модернизация существующих линий.
- Конфокальный датчик перемещения серии CL-3000
Конфокальный датчик перемещения
Серия CL-3000
