1、鋰電極片凈涂量測量需求

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)，對鋰電池安全、性能和成本有著至關重要的影響，因此鋰電池制造對檢測設備有著極高的要求。

 

2、駕馭極限產(chǎn)能的射線透射法測量

大成精密是國際領先的極片測量方案系統(tǒng)集成商，通過長達十多年的潛心研發(fā)，具備了射線面密度測量、激光測厚、CDM射線激光一體機測量等一系列高精度、高穩(wěn)定性的測量設備，能夠在線監(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，為鋰電池的精密制造賦能。

同時大成精密也在進行前瞻性的無損檢測技術變革，目前已推出了基于固態(tài)半導體探測器的Super X-Ray面密度測量儀和基于紅外光譜吸收原理的紅外測厚儀。Super X-Ray面密度測量儀可以滿足客戶高速、寬幅、高響應性和削薄測量的需求；紅外測厚儀能夠?qū)τ袡C材料進行厚度的精準測量，精度優(yōu)于進口設備。

圖1 Super X-Ray面密度測量儀

 

3、超聲波測厚技術

大成精密作為極片測量領域的領導者，一直致力于研發(fā)創(chuàng)新技術。除了上述無損檢測方案，超聲波測厚技術也在大成精密的研發(fā)序列之內(nèi)。相比較于其他檢測方案，超聲波測厚有如下特點：

 

3.1超聲波測厚原理：
超聲波測厚，是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進行厚度測量的，當探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖波被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測物料的厚度。

 H=1/2*(V*t)

幾乎所有由金屬、塑料、復合材料、陶瓷、玻璃、玻璃纖維或橡膠制成的產(chǎn)品都可測量，可廣泛應用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各個領域。

3.2 超聲波測厚優(yōu)勢：

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

①超聲波由于波長較短，有較強的穿透性，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)中沿直線傳播，具有良好的指向性；

③無輻射，不用考慮安全問題。

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

3.3 超聲波測厚的應用限制：

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，其中的核心指標工作頻率和計時精度決定了測厚精度，目前高端的超聲換能器還是依賴國外進口，且價格昂貴；

②材料均勻性：在基本原理中提到，超聲波會在材料分界面時被反射回來，實際上這種反射是由于聲阻抗的突變造成的，而聲阻抗的均勻性是由材料均勻性決定的，若被測材料不均勻，回波信號會產(chǎn)生很多噪點，影響測量結(jié)果；

③粗糙度：被測物表面粗糙度大，會造成反射回波低，甚至無法接收回波信號的情況；

④溫度：超聲波的本質(zhì)是介質(zhì)粒子的機械振動以波的形式進行傳播，這種傳播離不開介質(zhì)粒子相互作用力，而介質(zhì)粒子本身的熱運動的宏觀表現(xiàn)就是溫度，熱運動自然會影響介質(zhì)粒子之間的相互作用力。所以溫度對測量結(jié)果的影響是很大的。

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

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

⑥耦合介質(zhì)：超聲波在空氣中衰減嚴重，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，通常需要在超聲探頭與被測物之間添加液體耦合介質(zhì)，不利于在線自動化檢測方案開發(fā)；
其他如超聲波的相位顛倒或失真、被測物表面的曲率、錐度或偏心度都對測量結(jié)果有著不同程度的影響。

由此可見，超聲測厚目前雖然有很多優(yōu)勢，但是也因為具有較多的局限性，目前還無法與其他的幾種測厚方式相比擬。

 

3.4大成精密超聲測厚研究進展

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

3.4.1 實驗條件

將陽極極片固定在工作臺上，使用自主研發(fā)的高頻超聲波探頭進行定點測量。

圖2 超聲波測厚測量方法

3.4.2 實驗數(shù)據(jù)

實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式采用A-scan和B-scan，其中A-scan橫坐標代表超聲波傳輸時間，縱坐標代表反射波強度；B-scan以二維圖像顯示與聲速傳播方向平行且與被測物的測量表面垂直的剖面。
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，通過計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Point2兩個位置共測試了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，重復精度非常高：

圖3 A-scan信號

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 兩點測試圖像

4、鋰電極片凈涂量測量技術小結(jié)

超聲波檢測技術作為無損檢測技術的重要手段之一，提供了評價固體材料的微觀組織及相關力學性能、檢測其微觀和宏觀不連續(xù)性的有效通用方法，面對鋰電極片凈涂量在線自動化測量的需求，由于超聲波本身的特性和需要克服的技術難題較多，目前來說射線透射法還是具有更大的優(yōu)勢。

大成精密作為極片測量專家，會持續(xù)對包含超聲波測厚技術在內(nèi)的創(chuàng)新技術進行深入研發(fā)，大成人也將繼續(xù)發(fā)揚不畏艱難，勇攀高峰的精神，為中國無損檢測事業(yè)的發(fā)展和突破做貢獻！