CN218865707U - 一种具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，包括安装框架，安装框架包括框架顶板和框架底板，框架顶板上设有第一直线滑轨，第一直线滑轨上设有第一滑块，第一滑块上设有射线发生器，射线发生器的下方设有复合式射线探测器，复合式射线探测器的下方设有第二滑块，框架底板上设有第二直线滑轨，第二滑块套装在第二直线滑轨上，复合式射线探测器组包括主探测器、第一辅助探测器和第二辅助探测器，主探测器和第一辅助探测器之间的连线和第一直线滑轨相平行，主探测器和第二辅助探测器之间的连线和第一直线滑轨相垂直。能够同时满足主涂布区以及边缘削薄区对质量厚度的检测需求，本实用新型使用方便，具有广泛的市场前景。

Description

一种具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪

技术领域

本实用新型涉及测量设备技术领域，具体涉及一种具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪。

背景技术

锂电池极片的涂布质量决定了锂电池的容量、寿命及安全性。特别是正极极片，正极材料浆料涂布超重(超过规格上限)，易造成结晶析锂，刺破隔膜，存在极大的安全风险；而涂布重量超轻(低于规格下限)，会造成电池容量低容，电量续航不足。因此，在极片涂布过程中使用射线面密度测量仪实时在线检测涂层重量，及时反馈涂布质量。由于涂布机模头的挤压工艺及浆料的流体性质，浆料在极片上并非均匀涂覆。特别是浆料表面张力的驱使，使浆料向极片边缘无涂覆处迁移，烘干后形成厚边，所以在涂层两侧或首尾边缘区域易产生厚边缺陷。在后续工艺中，还需要进行削薄处理，因此将此区域称之为削薄区，该区域宽度约5～15mm。在锂电池涂布过程中，除实时检测正常涂层区的涂布重量外，还需要及时探测到边缘涂层轮廓情况，即进行削薄区检测。

射线面密度测量仪利用射线透射衰减原理实现涂层重量的测量。由于生产工艺要求：在最高120m/min的极片走带速度，最高4m/s的面密度测量仪扫描速度条件下，面密度测量仪对极片的正常涂布区测量，其测量精密度应达到0.1％(2σ)以下。目前，能够满足要求的面密度测量仪，其测量点最小为6mm*6mm(更小的测量点面积由于射线通量受限，测量精度无法满足要求)。但是6mm*6mm的测量点对于削薄区轮廓测量而言面积过大。在边缘削薄区域只能给出2至3个数据测量点，且受制于探测器的时间响应常数，给出的轮廓变形较为严重，不适合削薄区轮廓检测。在锂电池极片涂布过程中，使用质量厚度数据(极片面密度，其常用单位mg/mm²或g/m²)评价极片的真实涂布情况。现有工艺中常利用激光传感器作辅助检测，但是激光传感器只能给出几何厚度数据(单位μm)，不能给出质量厚度数据。被测极片是未经压实的，涂层中存在大量高低不平的微观颗粒。受浆料涂层沉积密度的变化及基材厚度的影响，极片正常涂布区其几何厚度与质量厚度关系与削薄区几何厚度与质量厚度的关系是不同的，因此用激光传感器给出的极片削薄区几何厚度轮廓不能代表涂布质量厚度轮廓，对涂布质量评估没有指导意义，从而影响推广和大范围应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种结构简单能够同时检测主涂布区质量厚度以及边缘削薄区质量厚度的具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，用于克服现有技术中缺陷。

本实用新型采用的技术方案为：一种具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，包括安装框架，所述的安装框架包括框架顶板和框架底板，所述的框架顶板的底面上设置有第一直线滑轨，第一直线滑轨上设置有第一滑块，第一滑块上设置有射线发生器，所述的射线发生器的下方设置有复合式射线探测器，所述的复合式射线探测器的下方设置有第二滑块，所述的框架底板的顶面上设置有第二直线滑轨，第二滑块套装在第二直线滑轨上，所述的复合式射线探测器组包括主探测器、第一辅助探测器和第二辅助探测器，主探测器和第一辅助探测器之间的连线以及第二直线滑轨均分别和第一直线滑轨相平行，主探测器和第二辅助探测器之间的连线和第一直线滑轨相垂直。

优选的，所述的安装框架还包括左支撑板和右支撑板，所述的左支撑板、所述的右支撑板和第一滑块上套装有第一丝杠，第一丝杠采用能够围绕第一丝杠的中轴线作旋转运动的丝杠结构，第一丝杠和第一滑块螺纹连接；所述的左支撑板、所述的右支撑板和第二滑块上套装有第二丝杠，第二丝杠采用能够围绕第二丝杠的中轴线作旋转运动的丝杠结构，第二丝杠和第二滑块螺纹连接，安装框架外侧的第一丝杠上设置有第一同步带轮，第一同步带轮下方的第二丝杠上设置有第二同步带轮，第二同步带轮和第一同步带轮通过同步带传动连接。

优选的，所述的复合式射线探测器的顶部设置有准直器，准直器上开设有主准直孔、第一辅助准直孔和第二辅助准直孔。

优选的，所述的第一滑块采用能够沿着第一直线滑轨做滑动运动的块状结构，第二滑块采用能够沿着第二直线滑轨做滑动运动的块状结构，第二直线滑轨和第一直线滑轨的截面均采用梯形结构。

优选的，所述的安装框架上设置有伺服电机，伺服电机的输出端和第二丝杠的外侧端传动连接。

优选的，所述的主准直孔采用正方形孔状结构，第一辅助准直孔和第二辅助准直孔均采用矩形孔状结构。

优选的，所述的第一辅助准直孔和第二辅助准直孔相垂直，所述的第一辅助准直孔和第二辅助准直孔的宽度不大于10mm，第一辅助准直孔和第二辅助准直孔的长度不小于3mm。

优选的，所述的主准直孔的边长不小于3mm。

本实用新型有益效果是：首先，本实用新型满足了在线检测极片涂布边缘对削薄区域检测的实际需求，本产品利用所述的复合发生器组的技术以适应高速涂布条件下，兼顾主涂布区测量高精度以及第一削薄区和第二削薄区快速响应的平衡，能够利用射线对削薄区检测并获取质量厚度数据。

其次，本实用新型所述的安装框架采用由框架顶板、左支撑板、框架底板和右支撑板所组成的口字形框架结构，该口字形框架结构采用整体厚壁管梁的高惯性矩钢结构，整体稳定性强，在高速扫描运动条件下，能够承受较大的换向惯性力。驱动射线发生器与探测器运动，同步精度高。与C型框架相比，同样的扫描行程，机架占用空间减少一半。

最后，本实用新型在所述的复合式射线探测器的顶部设置有准直器，准直器上开设有主准直孔、第一辅助准直孔和第二辅助准直孔。避免散射串扰射线的干扰，提高了检测精度。

本实用新型具有结构简单，操作方便，设计巧妙，大大提高了工作效率，具有很好的社会和经济效益，是易于推广使用的产品。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1细节A的局部放大示意图。

图3为本实用新型的结构示意图。

图4为图3细节B的局部放大示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，一种具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，包括安装框架1，所述的安装框架1采用由框架顶板、左支撑板、框架底板和右支撑板所组成的“口”字形框架结构，所述的框架顶板、所述的左支撑板、所述的框架底板和所述的右支撑板均采用板状结构，所述的框架顶板的底面上设置有第一直线滑轨2，第一直线滑轨2上设置有第一滑块3，第一直线滑轨2上设置有第一滑块3，第一滑块3上设置有射线发生器4，所述的射线发生器4的下方设置有复合式射线探测器，所述的复合式射线探测器的下方设置有第二滑块5，所述的框架底板的顶面上设置有第二直线滑轨6，第二滑块5套装在第二直线滑轨6上，所述的复合式射线探测器组包括主探测器7、第一辅助探测器8和第二辅助探测器9，主探测器7和第一辅助探测器8之间的连线以及第二直线滑轨6均分别和第一直线滑轨2相平行，主探测器7和第二辅助探测器9之间的连线和第一直线滑轨2相垂直。所述的安装框架1还包括左支撑板和右支撑板，所述的左支撑板、所述的右支撑板和第一滑块3上套装有第一丝杠10，第一丝杠10采用能够围绕第一丝杠10的中轴线作旋转运动的丝杠结构，第一丝杠10和第一滑块3螺纹连接；所述的左支撑板、所述的右支撑板和第二滑块5上套装有第二丝杠11，第二丝杠11采用能够围绕第二丝杠11的中轴线作旋转运动的丝杠结构，第二丝杠11和第二滑块5螺纹连接，安装框架1外侧的第一丝杠10上设置有第一同步带轮12，第一同步带轮12下方的第二丝杠11上设置有第二同步带轮13，第二同步带轮13和第一同步带轮12通过同步带14传动连接。所述的安装框架1上设置有伺服电机19，伺服电机19的输出端和第二丝杠11的外侧端传动连接。

为了获取沿直线路径到达探测器的射线构造窄束射线测量条件，应避免散射串扰射线的干扰，所述的复合式射线探测器的顶部设置有准直器15，准直器15上开设有主准直孔16、第一辅助准直孔17和第二辅助准直孔18。主准直孔16位于主探测器7的正上方，第一辅助准直孔17位于第一辅助探测器8的正上方，第二辅助准直孔18位于第二辅助探测器9的正上方。所述的主准直孔16采用正方形孔状结构，第一辅助准直孔17和第二辅助准直孔18均采用矩形孔状结构。所述的第一辅助准直孔17和第二辅助准直孔18相垂直，所述的第一辅助准直孔17和第二辅助准直孔18的宽度不大于10mm，第一辅助准直孔17和第二辅助准直孔18的长度不小于3mm。所述的主准直孔16的边长不小于3mm。

根据射线式测厚仪的测量的基本原理，即：射线穿过被测物料后，由于被测物料的吸收作用，其射线强度将会减弱，该减弱关系在一定范围内符合之术衰减规律，

I₀为穿透物质前射线的强度；I_i为穿透物质后射线的强度。通过空载测量结合相应的得到第一辅助探测器8和第二辅助探测器9均能反馈出没有物体经过时的射线量。即：穿透物质前射线的强度I₀。

第一辅助探测器8反馈的数据即为穿过第一辅助准直孔17空间区域物品的平均厚度，那么又由于第一辅助准直孔17的内腔是小于相对于主准直孔16的内腔，利用第一辅助准直孔17准直后第一辅助探测器8反馈的数据点位更多，电池极片的削薄区的厚度是在远离中心区域是呈现逐渐变小的厚度变化趋势，得到更多的反馈数据点位更便于判断极片中轴线两侧削薄区的厚度变化趋势。第一辅助准直孔17的中轴线与极片被牵引过程的方向是处于平行状态的，而与被牵引方向相平行的极片两侧削薄区的轴线同样也是同第一辅助准直孔17的中轴线处于平行状态结合第一辅助准直孔17的内腔采用矩形条状内腔，所以更便于检测与极片运行方向相平行的极片两侧的削薄区厚度的变化趋势。同理，经第二辅助准直孔18准直后第二辅助探测器9反馈的测量值，同样比利用主准直孔16反馈的点位更多，又由于第二辅助准直孔18同样采用矩形条状内腔，并且第二辅助准直孔18垂直于第一辅助准直孔17，因此第二辅助准直孔18结合第二辅助探测器9反馈的测量值，更利于测量与极片运行方向相垂直的极片两侧的削薄区的厚度变化趋势。

在测量极片中心区域的厚度时，由于本产品设置有主探测器7、第一辅助探测器8以及第二辅助探测器9，则可利用主探测器7反馈的数据、第一辅助探测器8反馈的数据以及第二辅助探测器9反馈的数据进行相互矫正，提高反馈极片中心区域的厚度数据的准确性。

所述的第一滑块3采用能够沿着第一直线滑轨2做滑动运动的块状结构，第二滑块5采用能够沿着第二直线滑轨6做滑动运动的块状结构，第二直线滑轨6和第一直线滑轨2的截面均采用梯形结构。第一滑块3和第二滑块5均采用凹字形块状结构，第二直线滑轨6和第一直线滑轨2的截面均采用梯形结构。第一滑块3内腔和第一直线滑轨2相配合，第二直线滑轨6内腔和第二滑块5相配合。

本产品使用方法如下：如图1、2、3、4所示，锂电池极片在经过涂布机涂布后形成若干个极片涂布区域，锂电池极片呈带状，若干个极片涂布区域依次呈直线型分布在锂电池极片一端至另一端方向，极片涂布区域呈矩形，矩形的四周边缘均称之为“削薄区”，本文为了方便描述，将所述的锂电池极片中轴线两侧的极片涂布区域的两侧边缘称为第一削薄区，位于所述的锂电池极片中轴线上的两端边缘称为第二削薄区。位于所述的第一削薄区和所述的第二削薄区之间的矩形区域称为主涂布区。

本产品在开机后，所述的射线发生器4以及所述的复合式射线探测器均经过了必要的预热，然后检测锂电池极片能够沿锂电池极片一端至另一端方向水平并且匀速通过准直器15与射线发生器4之间的腔体时，即可开始本产品的正常检测。

首先，打开射线发生器4，射线发生器4稳定工作并持续发出射线；然后，打开伺服电机19，伺服电机19驱动第一丝杠10转动进而带动第二丝杠11同步转动，进而驱动第一滑块3以及第二滑块5作同步的滑动运动，最终驱使射线发生器4以及所述的复合式射线探测器作同步的滑动运动；当射线发生器4以及所述的复合式射线探测器运动至所述的第一削薄区时，所述的射线经过准直器15上的第一辅助准直孔17准直后，再经由第一辅助探测器8进行信号采集作为测定所述的第一削薄区的质量厚度的数据参考；当射线发生器4以及所述的复合式射线探测器运动至所述的主涂布区时，所述的射线经过准直器15上的主准直孔16准直后，再经由主探测器7进行信号采集作为测定所述的主涂布区的质量厚度的数据参考；当射线发生器4以及所述的复合式射线探测器运动至所述的第二削薄区时，所述的射线经过准直器15上的第二辅助准直孔18准直后，再经由第二辅助探测器9进行信号采集作为测定所述的第二削薄区的质量厚度的数据参考。

通过实施例，满足了在线对极片的主涂布区质量厚度的检测同时也满足了对极片边缘削薄区域的质量厚度检测的实际需求，本产品利用所述的复合发生器组的技术以适应高速涂布条件下，兼顾主涂布区测量高精度以及第一削薄区和第二削薄区快速响应的平衡。该技术以多个专用设计的核探测器组合为基础，各探测器各司其职：主探测器以高灵敏度特性负责正常涂布区涂层检测；所述的第一辅助探测器和所述的第二辅助探测器均采用小尺寸探测窗，短时间常数特性负责第一削薄区和第二削薄区的轮廓测量。各核探测器以独特的准直结构，整体布局设计，有效避免相互干涉影响。

本实用新型是满足于测量设备技术领域工作者需要的一种具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，使得本实用新型具有广泛的市场前景。

Claims (8)

1.一种具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，其特征在于：包括安装框架(1)，所述的安装框架(1)包括框架顶板和框架底板，所述的框架顶板的底面上设置有第一直线滑轨(2)，第一直线滑轨(2)上设置有第一滑块(3)，第一滑块(3)上设置有射线发生器(4)，所述的射线发生器(4)的下方设置有复合式射线探测器，所述的复合式射线探测器的下方设置有第二滑块(5)，所述的框架底板的顶面上设置有第二直线滑轨(6)，第二滑块(5)套装在第二直线滑轨(6)上，所述的复合式射线探测器组包括主探测器(7)、第一辅助探测器(8)和第二辅助探测器(9)，主探测器(7)和第一辅助探测器(8)之间的连线以及第二直线滑轨(6)均分别和第一直线滑轨(2)相平行，主探测器(7)和第二辅助探测器(9)之间的连线和第一直线滑轨(2)相垂直。

2.根据权利要求1所述的具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，其特征在于：所述的安装框架(1)还包括左支撑板和右支撑板，所述的左支撑板、所述的右支撑板和第一滑块(3)上套装有第一丝杠(10)，第一丝杠(10)采用能够围绕第一丝杠(10)的中轴线作旋转运动的丝杠结构，第一丝杠(10)和第一滑块(3)螺纹连接；所述的左支撑板、所述的右支撑板和第二滑块(5)上套装有第二丝杠(11)，第二丝杠(11)采用能够围绕第二丝杠(11)的中轴线作旋转运动的丝杠结构，第二丝杠(11)和第二滑块(5)螺纹连接，安装框架(1)外侧的第一丝杠(10)上设置有第一同步带轮(12)，第一同步带轮(12)下方的第二丝杠(11)上设置有第二同步带轮(13)，第二同步带轮(13)和第一同步带轮(12)通过同步带(14)传动连接。

3.根据权利要求1所述的具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，其特征在于：所述的复合式射线探测器的顶部设置有准直器(15)，准直器(15)上开设有主准直孔(16)、第一辅助准直孔(17)和第二辅助准直孔(18)。

4.根据权利要求1所述的具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，其特征在于：所述的第一滑块(3)采用能够沿着第一直线滑轨(2)做滑动运动的块状结构，第二滑块(5)采用能够沿着第二直线滑轨(6)做滑动运动的块状结构，第二直线滑轨(6)和第一直线滑轨(2)的截面均采用梯形结构。

5.根据权利要求2所述的具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，其特征在于：所述的安装框架(1)上设置有伺服电机(19)，伺服电机(19)的输出端和第二丝杠(11)的外侧端传动连接。

6.根据权利要求3所述的具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，其特征在于：所述的主准直孔(16)采用正方形孔状结构，第一辅助准直孔(17)和第二辅助准直孔(18)均采用矩形孔状结构。

7.根据权利要求6所述的具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，其特征在于：所述的第一辅助准直孔(17)和第二辅助准直孔(18)相垂直，所述的第一辅助准直孔(17)和第二辅助准直孔(18)的宽度不大于10mm，第一辅助准直孔(17)和第二辅助准直孔(18)的长度不小于3mm。

8.根据权利要求6所述的具有复合式射线探测器的锂电池极片面密度测量仪，其特征在于：所述的主准直孔(16)的边长不小于3mm。

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