CN116817805B - 一种极片涂布边缘削薄及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及极片测厚技术领域，具体公开了一种极片涂布边缘削薄及测量方法，所述方法包括：S1、设置X射线管、放射孔和准直板，且准直板上开设有准直孔；S2、规定准直孔为长方形孔，且设定准直孔的尺寸宽度范围为：0.5‑3mm和长度范围为：5‑20mm；S3、通过准直孔遮挡将X射线管内的X射线光斑转变为长方形光斑；S4、根据X射线测量原理采样长方形光斑的面密度，根据面密度转换厚度原理获得涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点；S5、确定涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点并通过边缘削薄算法获得削薄厚度值和长度值；本发明保证测量过程中缩小数据采集范围，提高空间分辨率；精确测量边缘削薄范围同时节约测量成本。
Description
技术领域
本发明涉及极片测厚技术领域，具体涉及一种极片涂布边缘削薄及测量方法。
背景技术
极片涂布边缘削薄有利于保护电池充电过程，且均匀的涂布过程对电池容量、内阻、循环寿命和安全性有重要影响，保证极片的浆料涂层均匀；由于涂布挤压工艺和浆料的流体性质，导致浆料在极片上涂覆不均匀，特别由于浆料表面张力导致极片边缘无涂覆处形成厚边，还需要在烘干处理后进行削薄处理；并且锂电池极片在涂布生产过程中还需要对锂电池极片边缘的削薄数据进行检测，目前一般采用激光测厚技术进行测量。
现有的激光测厚技术在测量的过程中，在C型扫描架开口端上下臂端面分别布置一个激光位移传感器，上下两个激光位移传感器分别将激光照射在锂电池等待测材料的上下表面，再根据反射的激光采用三角几何法计算出锂电池的厚度，根据锂电池极片的边缘厚度及正常涂布区的厚度差计算出的削薄数据；但是该方式存在调试周期长、激光位移传感器成本高、受温度和湿度的影响较大不利于涂布生产的问题。
目前行业内的涂布生产过程中一般采用激光测厚技术进行测量，但由于涂布环境不一，温度和湿度不能保证，行业内一般采用气压冷却方案，然而目前行业内激光位移传感器的理论精度达到0.1μm，实际应用中却由于气压降温冷却方案会使激光位移传感器精度降低；另外在使用端由于客户对采购成本的控制，一般会选择放弃加装激光测厚方案，从而降低成本；对于X射线测厚仪困于光斑直径较大，由于无法保证X射线测厚仪精度的同时兼顾狭缝光斑(1.5*12mm)，这是目前行业X射线测厚仪无法削薄的主要原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种极片涂布边缘削薄及测量方法，解决以下技术问题：
(1)怎样保证测量过程中缩小数据采集范围，提高空间分辨率；
(2)如何精确测量边缘削薄范围同时节约测量成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种极片涂布边缘削薄及测量方法，所述方法包括：
S1、设置X射线管(1)、放射孔(2)和准直板(3)，且准直板(3)上开设有准直孔(4)；
S2、规定准直孔(4)为长方形孔，且设定准直孔(4)的尺寸宽度范围为：0.5-3mm和长度范围为：5-20mm；
S3、通过准直孔(4)遮挡将X射线管(1)内的X射线光斑转变为长方形光斑；
S4、根据X射线测量原理采样长方形光斑的面密度，根据面密度转换厚度原理获得涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点；
所述X射线测量原理公式包括：
I＝I0exp(-λm)
其中，I表示透过被测材料之后的射线强度，I0表示透过被测材料之前的射线强度；
λ表示材料物质的吸收系数，并与材料物质的原子序数有强相关关系；
m表示被测材料的面密度；
所述面密度转换厚度原理：
通过面密度仪测量出的面密度均值P；
利用万分尺在极片上连续测点，测量出测厚仪扫描的同位置极片的厚度均值S；
算出厚度对应面密度的系数K；
S5、确定涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点并通过边缘削薄算法获得削薄厚度值和长度值；
所述面密度和厚度转换系数公式：
K＝P/S
面密度仪开始扫描时，根据公式计算得出整个幅宽以0.1mm的的一个点的厚度数据，形成1条厚度单次测量线；
S＝P*K
根据厚度毫米数据找到涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点，计算出边缘削薄厚度和长度；
所述边缘削薄算法包括：
单次测量线：由0.1-1mm一个数据点从箔材边缘到另一端边缘形成的线，削薄调用0.1mm数据计算；
有效值绿框：测量数据根据目标值的分离比例进行剔除无效数据，平均值等于绿框内所有mm点的平均；
涂层和基材交接处A1：基材到涂层第一个点即平均值乘以分离系数；
削薄测量位置B1：削薄区开始测量的位置即A1加上削薄区厚度测量位置；
削薄结束位置C1：从B1之后找到第一个削薄点即与平均值减去最小削薄值接近的点的位置；
其中，削薄厚度：T＝YC1-YB1；削薄长度：L＝XC1-XB1，削薄厚度单位：μm，削薄长度单位：mm；YC1指Y轴上削薄结束位置C1的长度，YB1指Y轴上削薄测量位置B1的长度；XC1指X轴上削薄结束位置C1的长度，XB1指X轴上削薄测量位置B1的长度。
优选地，所述面密度转换厚度原理还包括根据所述X射线测量原理，通过伺服移动扫描，精确的绘制出每0.1-1mm的数据，并形成面密度单次测量线。
优选地，所述X射线管(1)和放射孔(2)直径为削薄的工艺宽度为5-15mm，数据需要0.1mm级别的厚度数据找到削薄起点和结束点。
一种极片涂布边缘削薄及测量装置，所述X射线管(1)、放射孔(2)和准直板(3)依次垂直分布布置；
所述X射线管(1)顶部连接有高压电源(5)，用于将24V电压转换为10-20kv的高压，用于X射线管(1)供电；
所述X射线管(1)处还设置有散热片(6)，用于疏散X射线管(1)的热量；
所述散热片(6)一侧设置有散热梳(7)，用于将压缩空气进行分流疏散；
还包括排风扇(8)，用于排出装置内部的湿度和温度气体。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过直接设计准直板进行测量，依据限定准直板的长方形孔范围，利用遮挡X射线管放射光斑，将X射线光斑变为长方形光斑，使数据对应的采样面积缩小，提高空间分辨率，不用另加激光传感器，减少采购成本节省25％以上，同时减少激光一体机的使用，减少占地空间的同时节约人力物力，还可以直接实现正极涂布削薄区厚度和削薄长度高精度测量。
(2)本发明依据X射线测量原理，获取物质材料的面密度，利用面密度和厚度转换原理实现根据厚度毫米数据找到涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点，精确计算出边缘削薄厚度和长度，保证物质材料的更高测量精度，保持面密度测量高重复精度(3σ)±0.05g/㎡；本发明还通过设计准直板的准直孔的长度和宽度适用于侧料小尺度的极片，使用范围更高，并且整体发明设计实现了提高空间分辨率，测量颗粒线、连续漏薄、测量数据更真实。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明一种极片涂布边缘削薄及测量方法步骤流程图；
图2为本发明一种极片涂布边缘削薄及测量装置内部结构示意图；
图3为本发明一种极片涂布边缘削薄及测量装置内部结构A局部放大图；
图4为本发明准直板和准直孔结构示意图；
图5为本发明厚度单次测量线的边缘削薄的算法。
附图标记：1、X射线管；2、放射孔；3、准直板；4、准直孔；5、高压电源；6、散热片；7、散热梳；8、排风扇。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2、4所示，本发明为一种极片涂布边缘削薄及测量方法，方法包括：
S1、设置X射线管1、放射孔2和准直板3，且准直板3上开设有准直孔4；
S2、规定准直孔4为长方形孔，且设定准直孔4的尺寸宽度范围为：0.5-3mm和长度范围为：5-20mm；
S3、通过准直孔4遮挡将X射线管1内的X射线光斑转变为长方形光斑；
S4、根据X射线测量原理采样长方形光斑的面密度，根据面密度转换厚度原理获得涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点；
S5、确定涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点并通过边缘削薄算法获得削薄厚度值和长度值。
通过上述技术方案：首先，目前行业内激光位移传感器的理论精度达到0.1μm，在实际应用中由于气压降温冷却方案会使激光位移传感器精度降低；而且，为了降低成本，在使用端由于客户对采购成本的控制，一般会选择放弃加装激光测厚方案，但是，由于目前行业内无法保证X射线测厚仪精度的同时兼顾狭缝光斑(1.5*12mm)，是X射线测厚仪无法削薄的主要原因。
为了解决上述技术问题，本发明通过设置X射线管1、放射孔2直径为而放射面直径较大会降低空间分辨率，导致所有数据点为直径为/>圆面积的所有数据平均，最终导致毫米数据失真，而削薄的工艺宽度一般为5-15mm，数据需要0.1mm级别的厚度数据找到削薄起点和结束点；通过设计利用准直板3遮挡X射线管放射光斑，通过准直板3长方形孔遮挡(孔的尺寸宽度、长度设定)，将X射线光斑变为长方形光斑，使数据对应的采样面积缩小，提高空间分辨率；具体的步骤为：首先设置X射线管1、放射孔2和准直板3，且准直板3上开设有准直孔4；然后，规定准直孔4为长方形孔，并且设定准直孔4的尺寸宽度和长度，这里的宽度范围在0.5-3mm和长度范围为：5-20mm，这是根据测量需要验证获得的一个范围；接着，通过准直孔4遮挡将X射线管1内的X射线光斑转变为长方形光斑；再根据X射线测量原理采样长方形光斑的面密度，根据面密度转换厚度原理获得涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点；最后，确定涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点并通过边缘削薄算法获得削薄厚度值和长度值。
本发明的具体实施例中，由于单一波长X射线穿透某种材料时，被材料反射、散射、吸收，导致穿透的射线强度相对于入射射线强度有一定的衰减；而衰减比例与被穿透物体的面密度呈正指数关系。
设定的X射线测量原理包括：依据穿透射线强度与入射射线强度的衰减程度判断，即通过利用X射线探测器测量X射线穿透材料前后的射线强度变化，计算出衰减比例，并依据现有的与穿透物体的面密度正指数即可计算出物质材料的面密度，具体的计算公式包括：
I＝I0exp(-λm)
其中，I表示透过被测材料之后的射线强度，
I0表示透过被测材料之前的射线强度；
λ表示材料物质的吸收系数，与材料物质的原子序数有强相关关系；
m表示被测材料的面密度。
本发明的具体实施例中，面密度转换厚度原理为：
通过面密度仪测量出的面密度均值P；
利用万分尺在极片上连续测点，测量出测厚仪扫描的同位置极片的厚度均值S；
算出厚度对应面密度的系数K。
通过上述技术方案：本实施例依据X射线测量原理，获取物质材料的面密度，利用面密度和厚度转换原理实现根据厚度毫米数据找到涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点，精确计算出边缘削薄厚度和长度，保证物质材料的更高测量精度，保持面密度测量高重复精度(3σ)±0.05g/㎡；这里的高重复精度的范围结论是通过依据现实测量数据进行验证的结果。
本发明的具体实施例中，面密度转换厚度原理还包括根据X射线测量原理，通过伺服移动扫描，具体请参阅图5所示，精确的绘制出每0.1-1mm的数据，并形成面密度单次测量线。
通过上述技术方案：这里的X射线测量原理单一波长X射线穿透某种材料时，被材料反射、散射、吸收，导致穿透的射线强度相对于入射射线强度有一定的衰减，并且衰减比例与被穿透物体的面密度呈正指数关系，通过利用X射线探测器测量射线穿透材料前后的射线强度变化，即可计算出物质材料的面密度；通过伺服移动扫描，精确的绘制出每0.1-1mm的数据，并获得和确定物质材料的面密度单次测量线的大小和数据。
本发明的具体实施例中，面密度和厚度转换系数公式：
K＝P/S
面密度仪开始扫描时，根据公式计算得出整个幅宽以0.1mm的的一个点的厚度数据，形成1条厚度单次测量线；
S＝P*K
根据厚度毫米数据找到涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点，计算出边缘削薄厚度和长度。
本发明的具体实施例中，请参阅图5所示，边缘削薄的算法包括：
单次测量线：由0.1-1mm一个数据点从箔材边缘到另一端边缘形成的线，削薄可以调用0.1mm数据计算；
有效值绿框：测量数据根据目标值的分离比例进行剔除无效数据，平均值等于绿框内所有mm点的平均；
涂层和基材交接处A1：基材到涂层第一个点即平均值乘以分离系数；
削薄测量位置B1：削薄区开始测量的位置即A1加上削薄区厚度测量位置；
削薄结束位置C1：从B1之后找到第一个削薄点即与平均值减去最小削薄值接近的点的位置；
其中，削薄厚度：T＝YC1-YB1；削薄长度：L＝XC1-XB1，削薄厚度单位：μm，削薄长度单位：mm；YC1指Y轴上削薄结束位置C1的长度，YB1指Y轴上削薄测量位置B1的长度；XC1指X轴上削薄结束位置C1的长度，XB1指X轴上削薄测量位置B1的长度，其中X轴指的是沿着准直孔4短边切割方向，Y轴指的是沿着准直孔4长边切割方向。
本发明的具体实施例中，X射线管1和放射孔2直径为削薄的工艺宽度为5-15mm，数据需要0.1mm级别的厚度数据找到削薄起点和结束点。
请参阅图2-4所示，本发明的一种极片涂布边缘削薄及测量装置，X射线管1、放射孔2和准直板3依次垂直分布布置；
X射线管1顶部连接有高压电源5，用于将24V电压转换为10-20kv的高压，用于X射线管供电；
X射线管1处还设置有散热片6，用于疏散X射线管1的热量；
散热片6一侧设置有散热梳7，用于将压缩空气进行分流疏散；
还包括排风扇8，用于排出装置内部的湿度和温度气体。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种极片涂布边缘削薄及测量方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、设置X射线管(1)、放射孔(2)和准直板(3)，且准直板(3)上开设有准直孔(4)；
S2、规定准直孔(4)为长方形孔，且设定准直孔(4)的尺寸宽度范围为：0.5-3mm和长度范围为：5-20mm；
S3、通过准直孔(4)遮挡将X射线管(1)内的X射线光斑转变为长方形光斑；
S4、根据X射线测量原理采样长方形光斑的面密度，根据面密度转换厚度原理获得涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点；
所述X射线测量原理公式包括：
I＝I0exp(-λm)
其中，I表示透过被测材料之后的射线强度，I0表示透过被测材料之前的射线强度；
λ表示材料物质的吸收系数，并与材料物质的原子序数有强相关关系；
m表示被测材料的面密度；
所述面密度转换厚度原理：
通过面密度仪测量出的面密度均值P；
利用万分尺在极片上连续测点，测量出测厚仪扫描的同位置极片的厚度均值S；
算出厚度对应面密度的系数K；
S5、确定涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点并通过边缘削薄算法获得削薄厚度值和长度值；
所述面密度和厚度转换系数公式：
K＝P/S
面密度仪开始扫描时，根据公式计算得出整个幅宽以0.1mm的的一个点的厚度数据，形成1条厚度单次测量线；
S＝P*K
根据厚度毫米数据找到涂布极片边缘区域的削薄起始点和结束点，计算出边缘削薄厚度和长度；
所述边缘削薄算法包括：
单次测量线：由0.1-1mm一个数据点从箔材边缘到另一端边缘形成的线，削薄调用0.1mm数据计算；
有效值绿框：测量数据根据目标值的分离比例进行剔除无效数据，平均值等于绿框内所有mm点的平均；
涂层和基材交接处A1：基材到涂层第一个点即平均值乘以分离系数；
削薄测量位置B1：削薄区开始测量的位置即A1加上削薄区厚度测量位置；
削薄结束位置C1：从B1之后找到第一个削薄点即与平均值减去最小削薄值接近的点的位置；
其中，削薄厚度：T＝YC1-YB1；削薄长度：L＝XC1-XB1，削薄厚度单位：μm，削薄长度单位：mm；YC1指Y轴上削薄结束位置C1的长度，YB1指Y轴上削薄测量位置B1的长度；XC1指X轴上削薄结束位置C1的长度，XB1指X轴上削薄测量位置B1的长度。
2.根据权利要求1所述的一种极片涂布边缘削薄及测量方法，其特征在于，所述面密度转换厚度原理还包括根据所述X射线测量原理，通过伺服移动扫描，精确的绘制出每0.1-1mm的数据，并形成面密度单次测量线。
3.根据权利要求1所述的一种极片涂布边缘削薄及测量方法，其特征在于，所述X射线管(1)和放射孔(2)直径为削薄的工艺宽度为5-15mm，数据需要0.1mm级别的厚度数据找到削薄起点和结束点。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的极片涂布边缘削薄及测量方法的极片涂布边缘削薄及测量装置，其特征在于，所述X射线管(1)、放射孔(2)和准直板(3)依次垂直分布布置；
所述X射线管(1)顶部连接有高压电源(5)，用于将24V电压转换为10-20kv的高压，用于X射线管(1)供电；
所述X射线管(1)处还设置有散热片(6)，用于疏散X射线管(1)的热量；
所述散热片(6)一侧设置有散热梳(7)，用于将压缩空气进行分流疏散；
还包括排风扇(8)，用于排出装置内部的湿度和温度气体。
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