CN102967529A - 一种电池阳极极片涂布生产面密度测量系统和测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电池阳极极片涂布生产面密度测量系统和和测量方法，该测量系统包括两套检测装置，每一套所述检测装置分别包括扫描架、用于移动所述扫描架的驱动装置，所述扫描架上固定有射线源和用于接收所述射线源信号的射线传感器；每个所述扫描架上的射线源发出的放射性射线不同。本发明利用铜和石墨对放射性物质的质量吸收系数差异大的特点，分别用两种射线源测量，分别得出结果后进行解耦合运算，可以相对准确地计算出极片中铜基材和石墨涂层的面密度值，为阳极极片涂布生产提供了一种更好的测量方案。

Description

一种电池阳极极片涂布生产面密度测量系统和测量方法
技术领域
本发明涉及电池领域，特别是指一种电池阳极极片涂布生产面密度测量装置和测量方法。
背景技术
新能源技术蓬勃发展，而电池制造技术是新能源技术的一个重要内容。电池极片涂布生产又是电池生产的第一环节，极片涂布面密度的一致性是获得电池一致性的关键条件，所以对电池的一致性提出了更高的要求。
目前，大部分电池生产厂家在涂布生产中采用的是手工采样测量的方法，一般采用千分尺测量，存在测量精度低、重复性差、测量时间间隔长等缺点。造成成品率降低。损耗增加。
近年，电池极片涂布测量逐渐采用射线测量的方法，并取得了不错的效果，但在测量阳极极片时，测量的效果总是未能令人满意，其中原因在于：阳极极片是在铜箔上涂覆石墨，而铜的密度为8.9g/cm2，石墨的密度大约2.5g/cm2，再加上铜的原子序数比碳要大得多，造成在Beta射线下，铜的吸收系数比石墨要大，在铜基材偏差5%的情况下，测量的偏差最大时超过5g/m2。
由于前述的现有技术方案具有一定的缺点，于是又出现了采用双机测量的方法，即涂覆之前首先对基材铜测量一次，然后涂覆后再测量一次，两次测量结果进行解耦合，得到所涂石墨的面密度。这种方法在一定程度上缓解了前述技术中描述的问题，但其缺点有二：一是前后两机距离过大，一般走片距离达到30米，双机同步比较困难，实现的成本高；二是极片是双面涂覆，即工艺上先涂一面，然后再涂另外一面，当第二次涂覆时，第一台机器上测量的就不是铜的面密度了，二是一片铜加上一面石墨的总的面密度了。
发明内容
本发明提出一种电池阳极极片涂布生产面密度测量装置，解决了现有技术中电池阳极极片涂布在线面密度检测的问题，满足阳极极片涂布生产过程中的面密度的一致性要求。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种电池阳极极片涂布生产面密度测量系统，其包括两套检测装置，每一套所述检测装置分别包括扫描架、用于移动所述扫描架的驱动装置，所述扫描架上固定有射线源和用于接收所述射线源信号的射线传感器；每个所述扫描架上的射线源发出的放射性射线不同。
优选地，所述扫描架上的射线源发出的射线分别为β射线和X射线。
优选地，所述β射线由Kr85放射性同位素发出。
优选地，所述驱动装置包括驱动电机，以及由所述驱动电机驱动的同步带，所述同步带带动一车架，所述扫描架固定于所述车架上。
优选地，所述扫描架为一侧开口的“C”字形，待检测样品自所述开口中穿过。
本发明还提出一种电池阳极极片涂布生产面密度测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
步骤1：第一射线穿过检测待检测样品，并通过第一射线传感器检测接收穿透材料的第一穿透量；
步骤2：第二射线穿过检测待检测样品，并通过第二射线传感器检测接收穿透材料的第二穿透量；
步骤3：根据所述第一射线的发射量和穿透量，以及所述第二射线的发射量和穿透量，计算材料的面密度；
其中所述第一射线和第二射线为不同的射线。
优选地，所述第一射线为β射线，第二射线为X射线；或反之，第一射线为X射线，第二射线为β射线。
优选地，所述第一射线穿过检测待检测样品的A位置，所述第二射线也穿过检测待检测样品的A位置。
本发明利用铜和石墨对放射性物质的质量吸收系数差异达到上百倍的特点，分别用两种射线源进行测量，分别得出结果后进行解耦合运算，可以相对准确地计算出极片中铜基材和石墨涂层的面密度值，克服了手工采样等现有技术中的缺陷，而且实现的成本和同步的难度都较双机测量低，为阳极极片涂布生产提供了一种更好的测量方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电池阳极极片涂布生产面密度测量系统实施例中一套检测装置的主视图；
图2为图1所示实施例的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种电池阳极极片涂布生产面密度测量系统，其包括两套检测装置，每一套所述检测装置如图1和图2所示，分别包括扫描架2、用于移动所述扫描架2的驱动装置，所述扫描架2上固定有射线源3和用于接收所述射线源信号的射线传感器4；每个所述扫描架2上的射线源3发出的放射性射线不同。
在本发明的优选实施例中，所述扫描架2上的射线源发出的射线分别为β射线和X射线；所述β射线由Kr85放射性同位素发出。当然也可以采用其它常用的发射性元素得到所述的β射线和X射线，在此不再赘述。其测量原理是采用了射线的吸收原理，即一定量的射线穿过极片，在射线源下方的射线传感器4可接收剩余的射线，通过测定穿透材料的穿透量与原射线量，可计算出材料的面密度。
本发明采用两套检测装置，关键点在于两套检测装置采用不同的射线源3，一是Kr85放射性同位素(发出β射线)，另一是X射线源。主要是利用不同的射线类型，在检测铜和石墨的时候，吸收系数有很大差异。Kr85射线源测量面密度时，铜和石墨的质量吸收系数差异大概1到2倍之间，而使用X射线源测量时，两者的质量吸收系数差异则达到上百倍。本发明正是利用这个特点，分别用两种射线源进行测量，分别得出结果后进行解耦合运算，可以相对准确地计算出极片中铜基材和石墨涂层的面密度值，克服了手工采样等现有技术中的缺陷，而且实现的成本和同步的难度都较双机测量低。
所述驱动装置包括驱动电机1，以及由所述驱动电机驱动的同步带(图中未标示出)，所述同步带带动一车架(图中未标示出)，所述扫描架2固定于所述车架上；故所述车架在驱动电机1的驱动下带动扫描架2运动，对待检测样品进行检测。
所述驱动电机可选用精度较高的伺服电机，在系统控制下，实现扫描架的来回同步扫描采集数据。所述扫描架如图1所示，为一侧开口的“C”字形，待检测样品可自所述开口中穿过。当该发明应用于产线上时，输送线可自“C”字形扫描架2中穿过，实现在线检测。在图1的测量系统上还设有用于测定长度的光电传感器5和输出长度值的编码器6。
在图示的实施例中，底座上平行安装两套导轨及小车(即同步带及车架结构)，小车上分别固定C形扫描架2，扫描架2上分别安装两种射线源3和配对的射线传感器4。小车由同步带拖动，伺服电机驱动同步带，在系统控制下，实现扫描架的来回同步扫描采集数据。
在实现的过程中，两个扫描架2可实现“定长延迟同步扫描”，即在生产过程中，为保证两个射线源3的探头检测到材料的同样的位置，要求第二个射线源3的探头比第一个射线源3的探头延迟一固定的距离，进行同步扫描。控制系统使用低功耗嵌入式工业主板，为保证系统的高效，可使用Linux开源操作系统，裁剪掉系统中不用的功能，增加实时补丁，保证系统能精确地控制两扫描架的同步。
本发明还提出一种电池阳极极片涂布生产面密度测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
步骤1：第一射线穿过检测待检测样品，并通过第一射线传感器检测接收穿透材料的第一穿透量；
步骤2：第二射线穿过检测待检测样品，并通过第二射线传感器检测接收穿透材料的第二穿透量；
步骤3：根据所述第一射线的发射量和穿透量，以及所述第二射线的发射量和穿透量，计算材料的面密度；
其中所述第一射线和第二射线为不同的射线。
优选地，所述第一射线为β射线，第二射线为X射线；或反之，第一射线为X射线，第二射线为β射线；所述第一射线穿过检测待检测样品的A位置，所述第二射线也穿过检测待检测样品的A位置，即两种射线检测样品的同一个位置，再进行换算，可达到较高的精度。
本发明的解耦合运算过程如下：设铜和石墨复合材料中，铜的面密度是X1，石墨的面密度是X2，铜和石墨在X射线中的吸收系数为A11，A12，在β射线中的吸收系数为A21，A22，复合材料吸收的X射线和β射线的吸收值分别为A，B，则可以列出下面方程组：
A11*X1+A12*X2=A
A21*X1+A22*X2=B
由于系数矩阵由两种材料在X射线和β射线中的吸收系数构成，而且这个系数矩阵非线性相关，由线性代数可知，通过解方程可计算出X1和X2的值，即得到铜和石墨的面密度。
在动力电池等众多新能源领域中，电池的一致性已经是一个必不可少的要求。在电池极片涂布生产中，在线检测其面密度，已经逐渐成为生产高品质电芯重要的技术保障。本发明解决了目前电池阳极极片涂布生产面密度测量手段缺乏，或测量方法效果不理想，或测量系统造价高的现状，为阳极极片涂布生产提供了一种更好的测量方案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池阳极极片涂布生产面密度测量系统，其特征在于，其包括两套检测装置，每一套所述检测装置分别包括扫描架、用于移动所述扫描架的驱动装置，所述扫描架上固定有射线源和用于接收所述射线源信号的射线传感器；每个所述扫描架上的射线源发出的放射性射线不同。
2.如权利要求1所述的电池阳极极片涂布生产面密度测量系统，其特征在于，所述扫描架上的射线源发出的射线分别为β射线和X射线。
3.如权利要求2所述的电池阳极极片涂布生产面密度测量系统，其特征在于，所述β射线由Kr85放射性同位素发出。
4.如权利要求1所述的电池阳极极片涂布生产面密度测量系统，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机，以及由所述驱动电机驱动的同步带，所述同步带带动一车架，所述扫描架固定于所述车架上。
5.如权利要求1所述的电池阳极极片涂布生产面密度测量系统，其特征在于，所述扫描架为一侧开口的“C”字形，待检测样品自所述开口中穿过。
6.一种电池阳极极片涂布生产面密度测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：
步骤1：第一射线穿过检测待检测样品，并通过第一射线传感器检测接收穿透材料的第一穿透量；
步骤2：第二射线穿过检测待检测样品，并通过第二射线传感器检测接收穿透材料的第二穿透量；
步骤3：根据所述第一射线的发射量和穿透量，以及所述第二射线的发射量和穿透量，计算材料的面密度；
其中所述第一射线和第二射线为不同的射线。
7.如权利要求6所述的电池阳极极片涂布生产面密度测量方法，其特征在于，所述第一射线为β射线，第二射线为X射线；或反之，第一射线为X射线，第二射线为β射线。
8.如权利要求6所述的电池阳极极片涂布生产面密度测量方法，其特征在于，所述第一射线穿过检测待检测样品的A位置，所述第二射线也穿过检测待检测样品的A位置。
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