KR20230004808A - 필름의 음향 신호 기반 분석 - Google Patents
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Abstract
배터리의 박막, 전극 코팅 및 다른 컴포넌트의 음향 신호 기반 분석을 위한 시스템, 기법 및 컴퓨터 구현 프로세스가 제공된다. 재료의 초음파 여기에 의해 획득된 신호에 대한 데이터 분석은 전극 코팅 파라미터 분석, 세퍼레이터 및 기타 배터리 컴포넌트 분석에 사용된다. 배터리 제조 및 생산에 개시된 기법을 사용하는 것은 손상된/폐기된 배터리 셀의 낭비를 줄이고 생산 시간을 단축할 수 있다.
Description
이 출원은 2020년 5월 6일에 출원된 "ACOUSTIC SIGNAL BASED ANALYSIS OF FILMS FOR USE IN BATTERIES"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 63/020,797에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 모든 목적을 위해 참조로 여기에 완전히 포함된다.
개시된 양태들은 전기화학 시스템에 사용되는 박막, 코팅층 및 기타 재료의 검사 및 진단에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 예시적인 양태들은 세퍼레이터, 전극 및 배터리 셀의 다른 컴포넌트에 사용되는 박막, 코팅 및 막의 음향 신호 기반 분석에 관한 것이다.
가전제품, 자동차, 청정에너지 등과 같은 다양한 산업에서 배터리 셀의 수요가 증가함에 따라 배터리 셀의 생산 수요가 증가하고 있다. 박막 및 코팅은 전자, 항공 우주, 의료 기기 등과 같은 많은 산업 분야에서 널리 사용되며 배터리 셀에서도 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 박막은 전극, 세퍼레이터 및 상이한 유형의 배터리 셀의 기타 컴포넌트에 사용될 수 있다. 상이한 배터리 셀 애플리케이션들에 사용되는 박막 및 코팅층의 특성에서의 일관성과 품질을 유지하는 것이 중요하다. 예를 들어, 박막 일관성 및 균일성은 리튬 이온 배터리(LIB), 리튬 금속 배터리(LMB) 등과 같은 배터리용 전극을 제조하는 동안 중요한 고려 사항이다. LIB/LMB 전극 제조의 일부 예에서 활성 애노드 및 캐소드 전극 재료는 슬러리 형태로 형성되어 금속 집전체 시트의 웹상에 코팅 또는 확산된 후 베이킹 및 건조된다. 슬러리를 금속 집전체에 균일하게 코팅하는 것은 LIB/LMB의 적절한 기능과 수명에 중요한 요소이다. 또한, 슬러리를 금속 집전체 상에 확산시킬 때, 금속 집전체는 "캘린더링(calendering)"이라는 프로세스를 통해 압축되어 전극의 원하는 두께, 벌크 밀도 및 다공성을 얻는다. 따라서 배터리 생산을 개선하는 또 다른 목표는 캘린더 프로세스 단계가 올바르게 구현되도록 보장하는 것을 포함한다.
전극 코팅의 품질을 검사하기 위한 현재 접근 방식은 전극 코팅의 밀도와 두께를 측정하는 것으로 제한된다. 일부 종래의 검사 방법에서, 저항률 측정이 전극 코팅 파라미터에 대한 정보를 제공하기 위해 코팅된 전극에 걸쳐 수행된다. 다른 종래의 검사 방법에서, 광학적 방법을 사용하여 거시적인 스크래치 또는 입자 응집을 검사할 수 있다. 전극 코팅 특성을 연구하기 위해 X선 단층 촬영 및 전자 현미경 검사법이 (주로 연구 개발 설정 또는 실험실 환경에서) 또한 사용되었다.
그러나 이러한 검사 방법은 시간이 많이 걸리고 에너지 집약적이다.
첨부 도면들은 본 개시의 다양한 양태들의 설명을 돕기 위해 제시되고 한정이 아닌 예시를 위해서만 제공된다.
도 1 은 본 개시의 양태들에 따른, 샘플의 음향 신호 기반 분석을 위한 장치를 예시한다.
도 2a 내지 도 2d 는 본 개시의 양태에 따라 박막 샘플의 음향 신호 기반 분석에서 롤러의 사용을 도시한다.
도 3a 내지 도 3b 는 본 개시의 양태에 따라 음향 신호 기반 분석을 사용하여 샘플의 결함을 검출하는 데 사용되는 트랜스듀서의 다양한 모드 및 구성을 도시한다.
도 4a 내지 도 4b 는 본 개시의 양태에 따라 결함을 검출하고 품질 스코어를 사용하여 손상된 샘플을 원래의 샘플과 비교하기 위해 롤러에서의 트랜스듀서의 사용을 도시한다.
도 5a 내지 도 5b 는 본 개시의 양태에 따라 박막 샘플의 음향 신호 기반 분석에서 사용하기 위한 롤러를 갖는 홀더 시스템을 도시한다.
도 6 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 파형을 예시한다.
도 7 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 푸리에 변환을 예시한다.
도 8 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 제 1 골 값 및 중심 주파수를 예시한다.
도 9 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균 파형을 예시한다.
도 10 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균된 푸리에 변환을 예시한다.
도 11 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 12 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균 파형을 예시한다.
도 13 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균된 푸리에 변환을 예시한다.
도 14 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 15 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균 파형을 예시한다.
도 16a 내지 도 16b 는 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 캐소드에 대한 파형을 예시한다.
도 17 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 캐소드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 18 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 양면 코팅된 캐소드에 대한 파형을 예시한다.
도 19 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 양면 코팅된 캐소드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 20 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 애노드에 대한 푸리에 변환을 예시한다.
도 21 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 애노드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 22는 본 개시의 양태에 따른 음향 신호 기반 분석을 위해 전극 스트립을 스위핑하기 위한 시스템을 도시한다.
도 23은 본 개시의 양태에 따른 음향 신호 기반 분석을 위해 전극 스트립을 스위핑하는 것에 기반한 제1 골 크기 및 중심 주파수를 도시한다.
도 24은 본 개시의 양태에 따른 음향 신호 기반 분석을 위해 전극 스트립을 스위핑하는 것에 기반한 제1 골 크기 및 중심 주파수를 도시한다.
도 25 는 본 개시의 양태들에 따라 전극 스트립의 공간적 분석을 수행하기 위한 시스템을 예시한다.
도 26은 본 개시의 양태에 따라 전극 스트립의 공간 분석으로부터 얻은 중심 주파수를 예시한다.
도 27 는 본 개시의 양태들에 따른 시스템을 사용하는 전극 스트립의 공간적 분석으로부터 획득된 중심 주파수를 예시한다.
도 28 는 본 개시의 양태들에 따른, 유도파를 사용하는 전극 스트립의 음향 신호 분석에 사용하기 위한 시스템을 예시한다.
도 29 은 본 개시의 일부 양태들에 따른 음향 신호 기반 분석의 예시적인 방법이다.
도 1 은 본 개시의 양태들에 따른, 샘플의 음향 신호 기반 분석을 위한 장치를 예시한다.
도 2a 내지 도 2d 는 본 개시의 양태에 따라 박막 샘플의 음향 신호 기반 분석에서 롤러의 사용을 도시한다.
도 3a 내지 도 3b 는 본 개시의 양태에 따라 음향 신호 기반 분석을 사용하여 샘플의 결함을 검출하는 데 사용되는 트랜스듀서의 다양한 모드 및 구성을 도시한다.
도 4a 내지 도 4b 는 본 개시의 양태에 따라 결함을 검출하고 품질 스코어를 사용하여 손상된 샘플을 원래의 샘플과 비교하기 위해 롤러에서의 트랜스듀서의 사용을 도시한다.
도 5a 내지 도 5b 는 본 개시의 양태에 따라 박막 샘플의 음향 신호 기반 분석에서 사용하기 위한 롤러를 갖는 홀더 시스템을 도시한다.
도 6 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 파형을 예시한다.
도 7 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 푸리에 변환을 예시한다.
도 8 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 제 1 골 값 및 중심 주파수를 예시한다.
도 9 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균 파형을 예시한다.
도 10 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균된 푸리에 변환을 예시한다.
도 11 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 12 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균 파형을 예시한다.
도 13 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균된 푸리에 변환을 예시한다.
도 14 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 15 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 캐소드에 대한 평균 파형을 예시한다.
도 16a 내지 도 16b 는 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 캐소드에 대한 파형을 예시한다.
도 17 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 캐소드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 18 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 양면 코팅된 캐소드에 대한 파형을 예시한다.
도 19 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 양면 코팅된 캐소드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 20 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 애노드에 대한 푸리에 변환을 예시한다.
도 21 은 본 개시의 양태들에 따른, 캐소드 샘플의 음향 신호 기반 분석으로부터 획득된 손상된 및 원래의 애노드에 대한 중심 주파수를 예시한다.
도 22는 본 개시의 양태에 따른 음향 신호 기반 분석을 위해 전극 스트립을 스위핑하기 위한 시스템을 도시한다.
도 23은 본 개시의 양태에 따른 음향 신호 기반 분석을 위해 전극 스트립을 스위핑하는 것에 기반한 제1 골 크기 및 중심 주파수를 도시한다.
도 24은 본 개시의 양태에 따른 음향 신호 기반 분석을 위해 전극 스트립을 스위핑하는 것에 기반한 제1 골 크기 및 중심 주파수를 도시한다.
도 25 는 본 개시의 양태들에 따라 전극 스트립의 공간적 분석을 수행하기 위한 시스템을 예시한다.
도 26은 본 개시의 양태에 따라 전극 스트립의 공간 분석으로부터 얻은 중심 주파수를 예시한다.
도 27 는 본 개시의 양태들에 따른 시스템을 사용하는 전극 스트립의 공간적 분석으로부터 획득된 중심 주파수를 예시한다.
도 28 는 본 개시의 양태들에 따른, 유도파를 사용하는 전극 스트립의 음향 신호 분석에 사용하기 위한 시스템을 예시한다.
도 29 은 본 개시의 일부 양태들에 따른 음향 신호 기반 분석의 예시적인 방법이다.
본 개시의 양태들은 다음의 설명 및 관련 도면들에 개시된다. 대안적인 양태들이 본 개시의 범위로부터 일탈함 없이 고안될 수도 있다. 추가적으로, 관련 상세들을 모호하게 하지 않기 위해 본 개시의 잘 알려진 엘리먼트들은 상세히 설명되지 않거나 생략될 것이다.
단어 "예시적인" 은 "예, 케이스, 또는 예시로서 작용하는 것"을 의미하도록 본 명세서에서 사용된다. "예시적인"것으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태는 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 유리한 것으로서 해석될 필요는 없다. 마찬가지로, "본 개시의 양태들" 은 본 개시의 모든 양태들이 논의된 특징 (feature), 이점 또는 동작 모드를 포함할 것을 요구하지는 않는다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 예들만을 설명할 목적이고, 본 개시의 양태들을 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태들 ("a, "an" 및 "the") 은, 문맥에서 분명하게 달리 표시되지 않는다면 복수의 형태들을 물론 포함하도록 의도된다. 용어들 "구비한다", "구비하는", "포함한다", 및/또는 "포함하는" 은, 본 명세서에서 사용될 경우, 서술된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지 않음이 추가로 이해될 것이다.
추가로, 다수의 양태들은, 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스의 엘리먼트들에 의해 수행될 액션들의 시퀀스들의 관점에서 설명된다. 본 명세서에서 설명된 다양한 액션들은, 특정 회로들 (예를 들어, 주문형 집적 회로들 (ASIC들)) 에 의해, 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 프로그램 명령들에 의해, 또는 이들 양자의 조합에 의해, 수행될 수 있음이 인식될 것이다. 추가적으로, 본 명세서에서 설명된 액션들의 이들 시퀀스는, 실행시 관련 프로세서로 하여금 본 명세서에서 설명된 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 명령들의 대응하는 세트가 저장된 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 저장 매체 내에서 완전히 구현되는 것으로 고려될 수 있다. 따라서, 본 개시의 다양한 양태들은 다수의 상이한 형태들로 구체화될 수도 있고, 이들 모두는 청구된 요지의 범위 내에 있는 것으로 고려되었다. 또한, 본 명세서에 설명된 양태들 각각에 대해, 임의의 그러한 양태들의 대응하는 형태는 예를 들어, 설명된 액션을 수행하도록 "구성된 로직” 으로서 본 명세서에 설명될 수도 있다.
본 개시의 예시적인 양태에서, 박막, 전극 코팅 및 배터리의 다른 컴포넌트의 음향 신호 기반 분석을 위한 시스템, 기법 및 컴퓨터 구현 프로세스가 개시된다. 예를 들어, 재료의 초음파 여기에 의해 획득된 신호에 대한 데이터 분석은 전극 코팅 파라미터 분석, 세퍼레이터 및 기타 배터리 컴포넌트 분석에 사용된다. 전극 코팅 조성 파라미터 또는 품질 메트릭은 다음을 포함할 수 있다:
이러한 조성 파라미터 또는 품질 메트릭은 전극, 세퍼레이터, 일반적으로 박막 및/또는 집전체 상의 코팅과 관련된 조건을 결정하기 위해 하나 이상의 처리 회로에 의해 측정 및 분석될 수 있다. 일반적인 예로서, 이상적인 조성 파라미터 또는 품질 메트릭으로부터의 편차는 샘플 박막으로부터의 측정값과 이상적인 샘플(예를 들어, 원래의, 공칭 또는 예상 조성 파라미터 또는 품질 메트릭을 갖는 박막)로부터의 측정값의 비교에 기초하여 결정될 수 있다.
일부 예에서, 배터리 제조 및 생산에 개시된 기법을 사용하는 것은 손상된/폐기된 배터리 셀의 낭비를 줄이고 생산 시간을 단축할 수 있다. 효율적이고 빠른 배터리 진단 방법은 배터리의 품질, 수명 및 제조 공정 효율성을 높이는 데 중요하다. 또한 에너지 비용(예: 킬로와트시(kWh)당 가격)을 줄이고 반복성을 개선하는 것은 배터리 및 배터리 컴포넌트의 제조 및 생산과 관련된 목표 중 일부이다. 예를 들어, 배터리에 대한 개선된 모니터링 및 진단 방법은 긴 생산 공정 시간과 관련된 비용을 줄이고(따라서 생산에 필요한 에너지의 양을 줄임) 낭비된/손상된 배터리 컴포넌트와 관련된 비용을 추가로 줄인다.
개시된 플랫폼은 초음파 및 신호 처리를 사용하여 중성자 이미징, X-레이 기반 방법, 분해 분석 등과 같은 기존 기술의 단점을 극복하면서 비침습적이고 효율적이며 간소화된 접근 방식으로 배터리 셀 및 그것의 컴포넌트의 물리적 속성, 조성 파라미터 및/또는 품질 메트릭을 평가할 수 있다. 또한, 개시된 기법은 예를 들어 충전-방전 주기 동안 작동 중에 배터리를 분석하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서 작동 중인 배터리의 공간 이미징이 획득될 수 있어 리튬 도금과 같은 열화 프로세스에 대한 통찰력과 열화의 시작 및 정도와 같은 유용한 정보를 제공할 수 있다. 개시된 기법은 또한 배터리 형성 프로세스의 완료에 대한 정보를 밝히기 위해 전해질 충전을 평가하기 위한 기법과 함께 사용될 수 있으며, 따라서 손상으로 인해 폐기되었을 수 있는 셀을 회수할 수 있는 기회를 허용하고 다른 비용 절감을 실현할 수 있다.
예시적인 양태에서, 진단 기술은 전술한 바와 같이 배터리 전극 및 다른 배터리 컴포넌트를 평가하는 데 사용될 수 있다. 리튬 이온 배터리(LIB)의 경우, 전극 재료는 흑연, 실리콘 화합물 및 합금(예: 배터리 애노드용) 및 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(NCA), 리튬 코발트 산화물(LCO) 리튬 철 인산염(LFP), 리튬 망간 스피넬 산화물(LiMn2O4) 등 (예를 들어, 배터리 캐소드용) 과 같은 활물질의 혼합물, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), SBR 및 CMC 와 같은 바인더, 및 카본 블랙, 탄소 나노튜브 또는 계면활성제와 같은 첨가제(예를 들어, 전극의 전도도 또는 안정성을 향상시키기 위함) 를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 이러한 재료는 혼합이라는 과정에서 애노드의 경우 물 및 캐소드의 경우 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)와 같은 용매와 혼합된다. 혼합으로부터 획득된 슬러리는 집전체에 코팅되어 전극을 형성한다. 슬러리는 점성이 높기 때문에 적절한 코팅은 복잡하고 까다로운 공정이다. 그 결과, 전극 코팅은 조성에서 상당한 차이를 보일 수 있다. 조성 차이를 검출하고 그에 따라 보다 균일한 전극으로 배터리를 제조하는 것은 배터리 수명을 늘리고 노화를 줄일 수 있다. 또한 배터리 비용의 상당 부분(예: 75% 또는 임계값 비율)은 재료 비용일 수 있으며, 이는 생산 체인 전체에서 폐기된 셀 측면에서 낭비를 줄이면 전체 배터리 비용을 줄일 수 있음을 의미한다.
LIB의 다른 컴포넌트들 중에서, LIB를 구성하기 위해 다음과 같은 얇은 시트 컴포넌트를 고려할 수 있다: 집전체, 전극 코팅, 세퍼레이터 및 외부 포장 구성. 따라서 이러한 얇은 시트 컴포넌트들 중 하나라도 불균일성, 손상, 오염, 이물질 포함, 코팅-기판 분리 또는 부적절/누설 포장과 같은 품질 문제가 발생하면 배터리의 안전과 성능이 심각하게 저하될 수 있다. 배터리 생산 중에, 인-라인 (in-line) 모니터링과 이러한 품질 문제의 조기 포착은 폐기 비율을 낮추는 데 바람직하며, 이는 LIB의 생산 비용을 크게 줄일 수 있다.
LIB의 얇은 시트 컴포넌트에서 이러한 품질 문제의 대부분은 물리적 이상으로 나타나기 때문에 개시된 음향 측정은 인-라인 검사 계측에 매우 적합하다. 다음 예는 본 개시에서 제공되는 얇은 시트 검사 기술을 예시한다:
세퍼레이터에서 문제를 검출하는 것은 다음과 같은 비제한적인 예들을 포함할 수 있다:
이러한 세퍼레이터 문제는 세퍼레이터의 하나 이상의 부분들이 손상되었거나, 구멍이 있거나, 찢어졌거나, 접혔음을 나타내는 물리적 손상 조건, 세퍼레이터의 하나 이상의 부분이 폴리머 응집체, 큰 기공 또는 오염 입자를 가지고 있음을 나타내는 불균일 조건, 및 세퍼레이터의 불균일한 다공성, 세퍼레이터의 부적절한 질량 로딩, 세퍼레이터의 잘못된 두께, 또는 세퍼레이터의 불균일성을 나타내는 부적절한 캘린더링 조건과 같은, 음향 응답 신호에 기초하여 세퍼레이터와 연관된 조건들을 결정하도록 구성된 처리 회로에 의해 구체적으로 검출될 수 있다.
배터리 전극에서 검출될 수 있는 예시적인 문제들은 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는다:
이러한 배터리 전극 문제는 다공성, 국소 밀도, 질량 로딩, 입자 응집 또는 입자 크기 분포의 불일치를 나타내는 부적절한 캘린더링 조건과 같은, 음향 응답 신호를 기반으로 전극과 관련된 조건을 결정하도록 구성된 처리 회로에 의해 구체적으로 검출될 수 있다. 음향 응답 신호를 기반으로 처리 회로에 의해 검출될 수 있는 다른 조건들은 활물질, 전도성 첨가제 및 바인더 사이의 응집력 감소를 나타내는 부적절한 응집 조건, 전극과 관련된 보이드, 긁힘 또는 균열을 포함하는 손상을 나타내는 손상 조건, 전극과 관련된 금속 또는 비금속 입자를 포함하는 기포 및 오염 입자를 나타내는 이물질 포함 조건, 전극의 코팅의 박리 또는 벗겨짐을 나타내는 박리 조건, 및 전극의 코팅과 금속 집전체사이의 손상된 결합을 나타내는 결합 해제 조건을 포함한다.
배터리 파우치 패키징에서의 문제를 검출하는 것은 셀 밀봉 알루미늄 호일-폴리머 라미네이트에서 누출을 초래하는 핀홀 또는 부적절한 밀봉과 같은 손상의 검출을 포함할 수 있다. 일부 손상들은 폴리머 용융 접착제 층(일반적으로 DNP 제품 설명서에 따른 PP/PPa), 나일론 보호 층, 알루미늄 호일 층 또는 PET 보호 층의 일관성이 없거나 균일하지 않거나 누락된 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 모든 층을 통해 핀홀이 없더라도, 예를 들어 밀봉 에지 영역에 있는 경우 중합체 접착층의 일관되지 않거나 불균일하거나 누락된 영역은 파우치 셀의 밀봉 무결성을 손상시킬 수 있다. 위의 문제는 Al 호일에만 핀홀이 있고 폴리머 층에는 없는 경우에도 나타난다.
집전체에서 검출될 수 있는 문제들은 전극 코팅이 도포되기 전, 전극 활물질이 코팅된 후, 건조 후, 및 캘린더링 후 집전체에 있어서의 접힘, 균열, 구멍, 및 구부러짐을 포함한다.
위의 문제를 검출하고 관련 작업을 수행하기 위해, 개시된 기술은 음향 신호 기반 파형의 분석 및 분류를 위해 다음 접근 방식 중 하나 이상을 사용할 수 있다:
위에서 언급한 분석을 수행하기 위한 예시적인 시스템 및 기법은 다음을 포함할 수 있다:
o
필름 및 코팅 등의 품질 및 조성을 평가하기 위한 초음파 기반 분석 방법;
o
필름/코팅 전도도, 저항률 등을 측정하기 위한 4-포인트 프로브;
o
박막 샘플의 응력/변형을 측정하기 위한 스트레인 게이지 센서;
o
필름/코팅 두께를 평가하기 위한 광학 측정;
o
필름/코팅 질량 로딩 및 코팅 중량 프로파일을 평가하기 위한 베타-선 센서;
o
코팅의 필름 품질 및 불순물을 평가하기 위한 열화상.
도 1 은 본 개시에 따른 음향 신호들을 사용하여 샘플 (102) 을 분석하기 위한 예시적인 시스템 (100) 을 도시한다. 샘플(102)은 박막, 세퍼레이터, 전극 재료, 코팅된 시트, 집전체 등과 같은 임의의 적합한 배터리 컴포넌트를 포함할 수 있다. 시스템(100)(장치(100))은 여기 사운드 신호를 배터리 셀 또는 컴포넌트로 전송하기 위한 (예: 배터리 셀을 통해 초음파 또는 기타 음파, 진동, 공진 측정 등의 펄스 또는 펄스들을 송신하기 위한) 송신 트랜스듀서 Tx (104) 또는 다른 수단을 포함할 수 있다. 시스템 (100) 은 Tx 트랜스듀서 (104) 에 의해 송신된 사운드 신호들로부터 생성된 응답 신호들을 수신할 수 있는, 사운드 신호들을 수신/센싱하기 위한 수신 트랜스듀서 Rx (106) 또는 다른 수단을 더 포함할 수 있다. Tx 트랜스듀서(104)가 위치한 샘플(102)의 일측으로부터, Tx 트랜스듀서(104)로부터의 송신된 신호는 입력 여기 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플(102)의 다른 측면으로부터의 반사된 신호는 에코 신호를 포함할 수 있다. 응답 신호들에 대한 참조들은 입력 여기 신호 및 에코 신호 양자 모두를 포함할 수도 있음을 이해한다. 또한, Tx 트랜스듀서 (104) 는 또한 응답 신호들을 수신하도록 구성될 수도 있고, 유사하게, Rx 트랜스듀서 (106) 는 또한 음향 신호들을 송신하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 비록 Tx 및 Rx 로서 별도로 예시되어 있지만, 이들 트랜스듀서들의 기능들은 음향 신호들을 전송하는 것과 수신하는 것 양자 모두에 대한 것일 수도 있다. 일부 예에서, 구체적으로 예시되지 않더라도, 하나 이상의 Tx 트랜스듀서 및 하나 이상의 Rx 트랜스듀서는 샘플(102)의 동일한 측면 또는 벽에, 또는 샘플(102)의 다른(예를 들어, 반대편) 측면에 배치될 수 있다.
음향 펄서/수신기 (108) 는 음향 신호(예를 들어, 초음파 신호)의 송신을 제어하고 응답 신호를 수신하기 위해 Tx 및 Rx 트랜스듀서(104 및/또는 106)에 결합될 수 있다. 음향 펄서/수신기 (108) 는 송신된 신호들의 진폭, 주파수, 및/또는 다른 신호 특징들을 조정하기 위한 제어기 (여기에 별도로 예시되지 않음) 를 포함할 수도 있다. 이러한 제어기는 수동으로 조정 가능할 수 있거나 원격 및/또는 자동 조정을 위해 프로세서(예를 들어, 프로세서(110))에 통신적으로 연결될 수 있다. 음향 펄서/수신기 (108) 는 또한 Rx 트랜스듀서들 (106) 로부터 신호들을 수신할 수도 있다. 일부 예에서 음향 펄서/수신기(108)는 결합된 유닛으로 구성될 수 있는 반면, 일부 예에서 Tx 트랜스듀서(104)를 통해 여기 신호를 송신하기 위한 음향 펄서는 Rx 트랜스듀서 (106) 로부터 신호를 수신하기 위해 수신기와 통신하는 별도의 유닛일 수 있다. 음향 펄서/수신기 (108) 와 통신하는 프로세서 (110) 는 본 개시에 따라 응답 신호 파형들을 저장 및 분석하도록 구성될 수도 있다. 대표적으로 단일 프로세서로 도시되어 있지만, 프로세서(110)는 원격 프로세서, 클라우드 컴퓨팅 인프라 등을 포함하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
도 1 에 명시적으로 도시되지는 않았지만, 1 초과의 Tx 트랜스듀서 및/또는 1 초과의 Rx 트랜스듀서가 샘플 (102) 에 걸친 하나 이상의 공간 위치들에 배치될 수 있다. 다수의 Tx/Rx 트랜스듀서들을 사용하는 것은 샘플 (102)에 걸쳐 음향 신호 피처의 공간적 변화를 연구하는 것을 허용할 수 있다. 멀티플렉서는 송신될 여기 신호와 수신된 응답 신호를 분리하고 채널화하기 위해 음향 펄서/수신기(158)와 통신하도록 구성될 수 있다. 또한 일부 예에서, 배터리 사이클러 (cycler) 는 배터리 작동 중에, 예를 들어 다양한 충전 조건들 또는 충전의 상태들 하에서, 샘플(102)을 연구하기 위해 샘플(102)을 포함하는 배터리를 충전 및 방전하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, Tx 및 Rx 트랜스듀서(104, 106)와 샘플(102) 사이의 접촉을 만들거나 향상시키기 위해 다양한 접촉 매질(예를 들어, 고체, 액체 또는 이들의 조합)가 사용될 수 있다. 또한, Tx 및 Rx 트랜스듀서(104, 106)와 샘플(102) 사이의 접촉을 확립하거나 향상시키기 위해 다양한 부착 메커니즘(예를 들어, 공압, 압축, 나사 등)이 또하나 사용될 수 있다.
일부 예에서, 참조 모델은 하나 이상의 참조 배터리 셀을 사용하여 생성될 수 있다. 하나 이상의 참조 배터리 셀의 음향 신호 분석을 위해 음향 신호의 하나 이상의 송신기 및 하나 이상의 수신기의 선택된 배열이 사용될 수 있다. 일부 예에서, 다른 샘플이 측정될 수 있는 참조 모델을 생성하기 위해 하나 이상의 메트릭의 세트가 사용될 수 있다. 예를 들어, 참조 배터리에 대한 하나 이상의 음향 신호 피처 및 선택적으로 하나 이상의 비음향 데이터 포인트의 선택된 조합(여기서 메트릭의 조합은 일정 시간 주기에 대해 단일 시간 인스턴스 또는 둘 이상의 시간 인스턴스에서 수집될 수 있음)은 참조 모델을 생성하는 데 사용될 수 있다. 테스트 샘플의 해당 메트릭은 참조 모델의 메트릭에 대해 측정되고 비교될 수 있다. 측정 또는 비교는 참조 모델의 특정 특성으로부터의 테스트 샘플의 특정 특성의 편차를 나타낼 수 있다. 이러한 편차는 테스트 샘플의 하나 이상의 상태를 결정, 추정 또는 예측하는 데 사용될 수 있다. 메트릭뿐아니라 참조 모델은 테스트 샘플에서 더 많은 데이터가 수집됨에 따라 동적으로 업데이트될 수 있다. 일부 예에서 기계 학습 및 인공 지능과 같은 학습 도구가 참조 모델을 동적으로 업데이트하는데 사용될 수 있다.
도 2a 는 본 발명의 양태들을 구현하는 예시적인 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)에 도시된 박막(202)은 집전체 상에 코팅된 전극 재료를 포함할 수 있다. 박막(202)의 특성은 음향 신호 기반 분석을 사용하여 연구될 수 있다. 박막(202)은 다른 도구 중에서도 다양한 롤러를 사용하여 전극 및 배터리 셀 제조 단계 동안 처리된다. 지지 롤러(204), 텐셔닝 롤러 (tensioning roller) (208) 및 캘린더링 또는 가열 코팅 롤러(206)를 포함하는 상이한 유형의 롤러가 예시되어 있다(다른 유형의 롤러 및/또는 배열이 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 명심). 예시적인 양태들에서, 하나 이상의 롤러(204, 206, 208)는 트랜스듀서(예를 들어, Tx 및 Rx 트랜스듀서(104, 106)와 같은 송신 및/또는 수신 트랜스듀서)를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 롤러(204, 206, 208)는 박막(202)의 음향 특성을 측정하는데 사용될 수 있는 음향 신호를 송신 및/또는 수신하기 위한 트랜스듀서 또는 다른 수단을 수용하도록 설계될 수 있다.
아래의 도 2b 내지 도 2d 를 참조하여 설명되는 바와 같이, 일부 예들에서, 음향 신호 기반 측정은 습식 또는 건식 전극 코팅을 갖는 박막에서 획득될 수 있다. 일부 예에서, 박막(202)은 한쪽 또는 양쪽에 코팅을 가질 수 있다. 롤러(204, 206, 208)에 제공된 트랜스듀서는 박막(202)의 코팅 측면 및/또는 집전체 측면에서 측정을 얻기 위해 사용될 수 있다. 트랜스듀서는 하나 이상의 롤러(204, 206, 208) 내에 내장된 하나 이상의 단일 엘리먼트 트랜스듀서 또는 트랜스듀서들의 하나 이상의 어레이들을 포함할 수 있다. 트랜스듀서에 추가하여 또는 대안으로 하나 이상의 음향 센서 또는 다른 유형의 센서가 또한 롤러에 내장할 수 있다. 일부 예에서, 필름 전도도 측정을 위한 4-포인트 프로브용 센서, 불순물 검출용 열 센서 또는 기타 센서가 롤러에 포함될 수 있다. 일부 예에서, 세퍼레이터는 세라믹 코팅을 가질 수 있으며, 여기서 음향 신호(예를 들어, 초음파) 기반 분석은 질량 로딩, 두께 또는 세라믹 코팅 층의 균일성과 같은 양태들을 측정하는 데 사용될 수 있다.
도 2b는 집전체(212b) 상에 코팅(212a)을 포함하는 얇은 시트 또는 박막 샘플(212)을 갖는 시스템(210)을 도시한다. 코팅(212a)은 집전체(212b) 상에 초기에 도포될 때 슬러리 형태일 수 있으며, 여기서 슬러리는 젖은 상태일 수 있다. 집전체(212b)는 균일한 폭의 긴 연속 시트일 수 있다. 슬러리 형태의 코팅(212a)은 집전체(212b)의 길이를 따라 집전체(212b) 상에 확산될 수 있지만, 아마도 집전체(212b)의 폭보다 더 작은 폭일 수 있다. 집전체(212b)의 더 큰 폭은 코팅(212a)이 도포될 때 집전체(212b)의 (폭 방향으로) 어느 한 측면 상에 코팅되지 않은 재료의 좁은 채널을 허용할 수 있다. 그 좁은 채널은 코팅(212a)이 건조한 코팅을 생성하기 위해 건조와 같은 추가 처리 단계를 거치기 때문에 습식 슬러리의 임의의 유출 또는 확산을 수용할 수 있다.
샘플(212)이 샘플(212)의 길이를 따라 롤러(218)를 따라 이송될 수 있기 때문에, 폭 방향을 따라 롤러(218)가 도시되어 있다(예를 들어, 원통 형상의 롤러(218)의 축은 샘플(212)의 폭 방향과 평행할 수 있음). 롤러(218)는 Tx 트랜스듀서(214) 및 Rx 트랜스듀서(216)를 포함하는 2개의 트랜스듀서를 하우징하거나 수용할 수 있다. Tx 트랜스듀서(214) 및 Rx 트랜스듀서(216)는 다양한 구성으로 설계될 수 있으며, 예에서 이들은 롤러(218)의 축 부근에 위치하도록 도시되어 있다. Tx 트랜스듀서(214)는 샘플(212)에 입사하도록 롤러(218)를 통해 초음파/음향 신호를 송신할 수 있다. 송신된 음향 신호는 입사각, 샘플(212)에 대한 트랜스듀서의 근접성, 도파관 사용 또는 다음 섹션에서 자세히 설명할 기타 구성을 사용하여 제어할 수 있는 샘플의 임의의 부분을 통해 이동할 수 있다. Rx 트랜스듀서(216)는 송신된 음향 신호에 응답하는 응답 음향 신호를 수신할 수 있다. Tx 트랜스듀서(214)와 Rx 트랜스듀서(216)가 샘플(212)의 같은 쪽에 위치하는 예에서, 응답 신호는 전송된 음향 신호의 반사를 포함할 수 있다.
도 2b 의 시스템 (220) 은 샘플(212)과 유사한 샘플(222)을 갖는 또 다른 예시 구성을 도시한다(샘플(222)는 코팅(222a) 및 집전체(222b)를 포함할 수 있다). Tx 트랜스듀서(224)는 롤러(228a)에 배치될 수 있고 Rx 트랜스듀서(226)는 롤러(228b)에 배치될 수 있으며, 여기서 롤러(228a-b)는 상이한 롤러 또는 동일한 롤러의 부분들일 수 있다. 시스템(220)에 도시된 구성에서, Tx 트랜스듀서(224)와 Rx 트랜스듀서(226) 사이의 증가된 분리 또는 물리적 거리는 예를 들어 Tx 트랜스듀서(224)로부터 샘플(222)에 입사할 때 샘플(222) 상에서 또는 샘플(222)을 통하여 폭 방향을 따라 가로지르는 음향 신호를 포함하는 다양한 신호 피처를 연구하기 위해 사용될 수 있다.
위의 예에서 알 수 있듯이 트랜스듀서(Tx 및/또는 Rx)는 단일 엘리먼트(232), 이중 엘리먼트(234) 뿐아니라 두 개 이상의 트랜스듀서를 포함하는 다중 엘리먼트 어레이(236)와 같은 다양한 조합으로 구성될 수 있다. 다중 엘리먼트 어레이(236)는 트랜스듀서들의 행 또는 2차원 어레이를 포함할 수 있다. 이들 다양한 구성은 샘플에 대한 Tx/Rx 트랜스듀서의 포지셔닝과 관련된 다양한 파라미터(예를 들어, 샘플로부터의 거리, 트랜스듀서가 배치되는 샘플의 측면), 송신/수신 음향 신호의 각도, Tx 와 Rx 트랜스듀서들 간의 상대적 포지셔닝, 음향 신호에 대한 도파관 사용 등을 제어하는 것에 기초하여 상이한 신호 특성을 연구하는 데 사용될 수 있다.
일부 예에서, 음향 신호 기반 분석은 전극 슬러리가 박막/호일 상에 코팅된 후 그러나 코팅된 전극이 예를 들어 건조 오븐에서 건조되기 전에 전극 슬러리의 습윤 로딩을 측정하는 데 사용될 수 있다. 습식 코팅을 갖는 전극을 분석하면 로딩 변동성(예: 집전체에 대한 습식 슬러리의 코팅/로딩에서의 변동), 전극이 지속적으로 코팅될 때 전극 길이를 따른 변동성 또는 불일치, 코팅으로부터 야기되는 줄무늬의 감지 등과 같은 정보에 대한 귀중한 통찰력을 밝힐 수 있다.
슬러리를 로딩하기 위해 닥터 블레이드 또는 리버스 롤 코팅을 사용할 수 있는 코팅 기법과 같이, 좌우 변동이 더 발생하기 쉬운 일부 코팅 기법들이 있다. 집전체에 슬러리를 로딩하는 것은 일반적으로 슬러리를 혼합하고 저장소에 저장하는 것과 다양한 밸브 및 기타 분배 메커니즘을 통해, 예를 들어 닥터 블레이드의 도움을 통해 저장소로부터 집전체로 슬러리를 지속적으로 로딩하는 것을 포함한다. 저장소 내의 전해질 슬러리의 부피는 닥터 블레이드 아래의 처리량에 영향을 미친다. 부피가 변하면 로딩 특성이 변할 수 있다(예: 슬러리의 양이 적으면 로딩이 감소할 수 있음). 로딩의 이러한 잠재적인 감소를 검출하는 것은 로딩 패턴의 그러한 불일치로 인해 발생할 수 있는 임의의 결함의 조기 검출로 이어질 수 있다. 일부 예에서, 코팅 방법은 슬롯-다이 코팅을 포함할 수 있으며, 여기서 슬러리 용액은 기판의 표면 가까이에 위치된 좁은 슬롯을 통해 기판 또는 집전체 상으로 전달될 수 있다. 이 두 가지 코팅 기법 모두에서 덩어리가 닥터 블레이드 아래 또는 슬롯에 달라붙어 코팅되지 않은 집전체의 줄무늬를 야기할 수 있다. 코팅된 전극을 건조 오븐에서 건조하기 전에 위에 나열된 임의의 결함을 발견하는 것은 코팅 프로세스를 조정하여 균일한 코팅으로 돌아가거나 그것으로부터 코팅이 기판 상으로 증착되는 코팅 헤드를 셧다운 및 세정할 수 있다. 코팅된 전극이 건조 오븐을 통해 처리된 후까지 분석이 지연되면, 전극이 손상될 위험이 증가하여, 슬러리 및 집전체 재료의 낭비로 이어진다.
아래의 도 2c 를 참조하여 설명되는 바와 같이, 일부 예들에서, 음향 신호 기반 테스트는 슬러리의 증착 전, 전극의 한 면에 습식 코팅/슬러리의 증착 후, 습식 코팅이 건조되는 것이 허용되기 전에 전극의 다른 면에 습식 코팅/슬러리의 증착 후 등을 포함하여, 전극 형성의 여러 단계들 동안 비침투 방식으로 수행될 수 있다. 펄스-에코 초음파 모드 또는 다른 적절한 모드는 다양한 프로세스를 통해 전극 재료 박막의 이동을 보조하는데 사용되는 하나 이상의 롤러에 제공된 트랜스듀서를 사용하여 음향 신호 기반 분석에 채용될 수 있다.
코팅된 양면에서 수행되는 경우 습식 코팅에 대한 음향 신호 기반 분석을 위해 롤러에 트랜스듀서를 사용하는 것은 어려운 일이다. 예를 들어, (집전체의 제1 면이 이미 코팅된 후) 집전체의 제2 면에서 측정을 수행하는 것은 롤러가 제1 면에서 측정하는 동안 집전체가 아닌 제1 면과 접촉하도록 설계될 수 있기 때문에 어려울 수 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 음향 신호 기반 분석은 제1 측면을 코팅하고, 제1 측면상의 습식 코팅을 분석하고, 그후 양면에 코팅을 갖는 집전체가 건조 오븐에서 건조되기 전에 제2 측면에 대한 분석을 후속적으로 수행하기 위해 제2 측면을 코팅함으로써 단계별 방식으로 수행될 수 있다.
도 2c는 전술한 다양한 트랜스듀서 배열 또는 그의 적절한 변형을 사용하여 전극 제조 동안 샘플의 음향 신호 기반 검사 및 분석을 위한 프로세스(250)를 도시한다. 예를 들어, 롤러에 배치된 것과 같은 트랜스듀서의 사용은 다양한 생산 단계 동안 박막 샘플의 음향 신호 기반 분석에 적응될 수 있다. 샘플(252)이 베어 (bare) 집전체(252b)를 갖는 박막 전극인 예에서, 샘플(252)의 음향 검사는 집전체(252b)의 양쪽에 습식 전극 코팅(252a 및 252c)의 적용과 같은 다양한 단계 및 건조한 코팅을 야기하는 건조의 후속 단계에서 수행될 수 있다. 도 2c 에 구체적으로 도시되지는 않았지만, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 논의된 롤러에 배치된 것과 같은 트랜스듀서의 임의의 구성은 프로세스(250)에 포함된 음향 검사의 다양한 단계에서 사용될 수 있다.
예를 들어, 단계(260)는 코팅이 적용되기 전에 임의의 잠재적인 결함을 밝히기 위해 음향 신호 기반 분석을 사용하여 베어 집전체(252b)가 분석될 수 있는 시간 인스턴스 또는 시간 주기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 롤러들의 시스템은 베어 집전체(252b) 의 시트를 후속 공정 기계/장비 쪽으로 운반하기 위해 사용될 수 있다.
단계(262)에서, 전극 코팅(252a)은 베어 집전체(252b)의 제1 면 상에 습식 코팅 또는 슬러리로서 도포될 수 있다. 단계(264)에서, 전극 코팅이 베어 집전체(252b)의 제2 측면에 도포되기 전에, 전극 코팅(252a) 및/또는 베어 집전체(252b)와 전극 코팅(252a)의 조합에서 임의의 잠재적인 결함을 분석하기 위해 제1 측면 상의 습식 코팅의 음향 검사가 일정 시간 주기 동안 수행될 수 있다.
단계(266)에서, 전극 코팅(252c)이 베어 집전체(252b)의 제2 측면에 도포된다. 단계(270)에서, 전극 코팅(252c) 및/또는 전극 코팅(252a, 252c) 및 베어 집전체(252b)를 포함하는 샘플(252)의 3개의 층들 중 임의의 하나 이상의 조합에서 임의의 잠재적인 결함을 분석하기 위해 제2 측면 상의 습식 코팅의 음향 검사가 일정 시간 주기 동안 수행될 수 있다.
단계(272)에서, 전극 코팅(252a, 252c) 및 베어 집전체(252b)를 포함하는 샘플(252)은 가능하게는 추가 롤러를 사용하여 건조 오븐 챔버를 향해 운반될 수 있다. 전극 코팅(252a, 252c)이 건조됨에 따라 샘플(252)에 대해 유사한 음향 신호 기반 분석을 수행하기 위해 이들 추가 롤러 중 하나 이상에 통합된 트랜스듀서가 사용될 수 있다.
도 2d 는 샘플(252)과 유사한 샘플(282)을 갖는 예시적인 시스템(280)을 도시한다. 샘플(282)은 집전체(282b) 상의 습식 코팅(282a)을 보여준다. 습식 코팅(282)은 전극 코팅이 완전히 건조되어 건조한 전극 코팅을 생성하기 전에 전술한 임의의 전극 코팅을 나타낼 수 있다. 습식 코팅(282a)이 젖었기 때문에, 습식 코팅(282a)과 롤러 사이의 직접적인 접촉을 행하는 것은 습식 코팅(282a) 및/또는 롤러에 대한 손상 또는 바람직하지 않은 영향을 초래할 수 있다. 따라서, 시스템(280)에 도시된 배열은 임의의 그러한 잠재적인 손상을 피하기 위해 예를 들어 트랜스듀서(284, 286)를 하우징하는데 사용되는 롤러(282a-b)에 사용될 수 있다. 롤러(282a-b)는 집전체(282b)의 경계(예를 들어, 길이를 따른 전술한 좁은 채널)와 접촉할 수 있어, 대부분 또는 완전히 습식 코팅(282a)과의 접촉을 피할 수 있다. 예시된 바와 같이, 샘플(282)의 폭을 가로지르는 신호는 다른 음향 신호 기반 분석 중에서 이 구성에서 연구된다.
도 3a는 본 개시의 양태에 따른 음향 신호 기반 분석 기법을 사용하여 결함을 검출하기 위한 예시적인 시스템(300)을 도시한다. 전술한 바와 같이 전극 재료로 코팅된 전극(302)은 임의의 결함이 존재하는지를 검출하기 위해 초음파 신호로 평가될 수 있다. 결함은 무엇보다도 불균일성, 부식된 부분, 오염 입자, 균열 등과 같은 재료 특성의 임의의 변화를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결함은 배터리 전극에 사용되는 박막의 예에서 전극 코팅(습식 또는 건식) 및/또는 집전체에 존재할 수 있다. 다른 예에서, 결함은 임의의 박막(예를 들어, 세퍼레이터) 또는 다른 배터리 컴포넌트에 존재할 수 있으며, 여기서 결함은 박막의 생산/제조의 임의의 단계에서 도입될 수 있다.
디바이스(304A 및 304B)는 각각 (도 1의 Tx(104) 및/또는 Rx(106)와 동일할 수 있는) 초음파 펄스 생성기 및 센서를 포함할 수 있고, 초음파 신호를 전극(302)으로 전송하고 응답 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 전송된 신호 및 응답 신호를 사용하여 음향 신호 기반 분석을 수행할 수 있는 상이한 모드들 또는 구성들이 있을 수 있다. 예를 들어, 펄스 에코 모드에서, 디바이스(304A 및 304B)는 전극(302)의 일 측면으로부터 초음파 신호(펄스)를 전송하고 신호의 왕복 이동 시간을 연구하기 위해 반사(에코)를 수신할 수 있다. 반사는 반대쪽 벽(디바이스(304A)로부터의 이동 거리 Ep)으로부터 단축된 거리(디바이스(304B)로부터 결함까지의 이동 거리 D)일 수 있다. 결함을 검출하는 것은 비행 시간(time-of-flight) 및 진폭 측정을 사용하여 반사파들을 비교하는 것을 수반할 수 있다. 결함의 존재는 더 짧은 이동 거리로 인해 비행 시간을 줄입니다. 이동 거리 Ep 에 해당하는 신호의 진폭은 에너지의 일부가 결함에 의해 반사되기 때문에 감소된다. ToF 는 아래의 방정식 (1)을 사용하여 계산된다. 일부 펄스-에코 측정에서, 전극(302) 또는 다른 샘플은 단일 측면에서 액세스될 수 있고 동일한 디바이스(예를 들어, 304A 또는 304B)가 초음파 신호를 전송하고 그에 상응하는 응답을 수신하는 데 사용될 수 있다.
그래프(310A 및 310B)에서 응답 신호의 진폭은 더 짧은 비행 시간으로 인한 결함의 존재를 나타낸다. 일부 예에서, 디바이스(304A 및 304B)는 동일한 디바이스(송신 트랜스듀서 및 수신기 센서 포함)일 수 있으며, 결함(또는 알려진 결함)이 없는 하나 그리고 알려지지 않은 결함을 갖는 하나인 적어도 2개의 샘플로부터 측정을 얻기 위해 다수의 위치 또는 다수의 샘플에 배치된다.
도 3b는 음향 신호 기반 분석이 수행될 수 있는 설정(350A-D)에서 사용되는 다양한 예시 모드를 도시한다. 셋업(350A)에서, 트랜스듀서(예를 들어, 하나 이상의 Tx 트랜스듀서(354a) 및 하나 이상의 Tx 트랜스듀서(356b))가 샘플(352)(예를 들어, 코팅 및 집전기를 갖는 박막 전극)의 대향 측면들에 배치될 수 있는 관통 전송 모드 측정이 도시된다. 도 1은 관통 전송 모드의 또 다른 예를 도시하며, 여기서 이전에 논의된 바와 같이 Tx 및 Rx 트랜스듀서(104, 106)는 샘플(102)의 대향 측면들에 있으며, Tx 트랜스듀서(104)는 펄서 역할을 하고 Rx 트랜스듀서(106)는 음향 신호의 수신기 역할을 한다. 관통 전송 모드에서의 결함 검출은 결함이 없는 샘플에서 얻은 음향 신호의 신호 특성(예: 진폭)과 결함 샘플에서 얻은 유사한 신호 특성을 비교함으로써 수행될 수 있다. 결함이 있는 샘플은 결함으로부터 다시 전송되거나 분산되는 반사 때문에 더 작은 진폭을 갖는 Rx 트랜스듀서(356a)에서 수집된 응답 신호를 산출할 것이다. 결함들은 그들의 신호 진폭과 후속적으로 검출된 파동으로 특징지을 수 있다. 또한 결함이 있는 재료는 상이한 감쇠 특성들을 나타내어 푸리에 변환에서 차이들이 중심 주파수로서 나타나게 할 수 있다.
셋업(350B)은 도 3a 를 참조하여 설명된 펄스-에코 모드의 변형일 수 있는 피치 앤 캐치 (pitch and catch) 모드를 도시한다. 피치 앤 캐치 모드에서, Tx 트랜스듀서(354b)로부터 전송된 음향 신호로부터의 반사는 Rx 트랜스듀서(356b)에 의해 수신될 수 있으며, 여기서 연구되고 있는 전송된 신호(피치)와 수신된 반사 신호(캐치) 사이의 대응이 존재할 수 있다. 이 모드를 용이하게 하기 위해, Tx 및 Rx 트랜스듀서(354b 및 356b)는 각각 샘플(352)의 동일한 측면에, 그리고 Tx 트랜스듀서(354b)로부터의 전송된 신호로부터의 반사가 Rx 트랜스듀서(356b)에 의해 수신될 수 있는 각도로 배치될 수 있다. 셋업(350C)은 Tx 트랜스듀서(354c)가 Rx 트랜스듀서(356c)와 샘플(352)의 동일한 측면에 있을 수 있는 또 다른 예를 도시하지만, 이들 트랜스듀서는 샘플 (352) 의 적어도 일부를 통해 측면으로 이동한 신호의 캡처 및 분석을 허용하도록 물리적으로 분리될 수 있다. 셋업(350D)에서, 펄스-에코 또는 피치 앤 캐치 모드는 음향 신호를 송수신하도록 구성된 동일한 트랜스듀서에 의해 지원될 수 있다. 예를 들어, Tx/Rx 트랜스듀서(355)는 동일한 Tx/Rx 트랜스듀서(355)에 의해 전송된 신호들에 대한 응답들을 수신하는 것을 허용하도록 연속적인 전송된 신호들 사이에 간격을 두고 시간이 맞춰진, 샘플(352)에 입사할 음향 신호들 또는 펄스들을 전송할 수 있다.
일부 예에서 샘플들은 그들의 공진 주파수로 음향 신호에 의해 여기될 수 있다. 샘플의 결함은 상이한 공진 거동 및 따라서 음향 신호 기반 분석을 사용하여 검출될 수 있는 신호에서의 변화를 야기할 수 있다.
도 4a 내지 도 4b 는 트랜스듀서의 전술한 모드 및 구성을 사용하여 박막의 결함을 식별하는 데 사용될 수 있는 기법의 예를 도시한다. 시스템(400)에서, Tx 트랜스듀서 또는 펄서(414)는 음향 신호를 하나 이상의 샘플로 전송할 수 있는 반면, Rx 트랜스듀서 또는 수신기(416)는 응답 신호를 수신할 수 있다(응답 신호는 임의의 전송 모드에서 전송된 음향 신호에 응답할 수 있음에 유의). 펄서(414) 및 수신기(416)는 위에서 언급한 바와 같이 일부 예에서 롤러(418)에 배치될 수 있다. 샘플은 원래의 샘플(412)(또는 알려진 특성의 임의의 다른 참조 샘플) 및 손상된 샘플(414)(또는 특성이 알려지지 않은 임의의 다른 테스트 샘플)을 포함할 수 있다.
롤러를 사용하면 샘플(412 및 414)이 길이 방향을 따라 통과하거나 운반될 수 있어 길이 방향을 따라 다양한 지점에서 음향 측정이 수행될 수 있는 반면, 롤러는 동일한 위치에 유지되고 해당 축을 따라 회전할 수 있다. 예를 들어, 롤러(418)는 샘플의 위치 1-8 과 같은 다양한 위치가 롤러(418)와 접촉하거나 전극 코팅이 젖었을 때와 같이 직접 접촉이 바람직하지 않을 수 있는 경우 (예를 들어, 롤러(418)의 임계 근접성 내와 같이) 롤러(418)에 근접하게 오는 동안 특정 위치에 고정된 채로 유지되고 그것의 축을 따라 회전할 수 있다. 일부 예에서, 임계 근접성은 실험 및/또는 경험적 연구에 기초하여 결정된 구성 가능한 파라미터일 수 있다(예를 들어, 1 밀리미터, 2 밀리미터 등).
양자의 샘플들 (412 및 414) 이 비교되도록 위치 1-8 의 각각에서 특성의 플롯(420)이 얻어질 수 있다. 플롯의 y 축에 표시된 스코어(예: 박막 품질 지수 또는 기타)는 특정 위치에서 음향 신호 특성을 분석하여 도출된 특정 메트릭을 나타낸다. 예에서, 위치 1, 3, 5 및 7은 손상된 샘플(414)에서 결함을 가질 수 있는 반면, 원래의 샘플(412)은 위치 1, 3, 5 및 7을 포함하여 결함이 없을 수 있다. 따라서, 원래의 샘플(412) 및 손상된 샘플(414)에 대한 플롯(420)의 스코어는 적어도 이들 위치 1, 3, 5 및 7에서 상응하게 상이할 것이다.
도 4b는 샘플에서 전술한 결함과 같은 결함을 식별하는 데 사용될 수 있는 시스템(450)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 롤러(458)는 적어도 Tx 트랜스듀서(454) 및 Rx 트랜스듀서(456)를 포함할 수 있고, 여기서 롤러(458)는 길이 방향을 따라 샘플(452)의 이동을 허용(및 가능하게는 보조)하면서 그 축에서 회전할 수 있다. 그의 이동 코스를 따라, 샘플(452)은 롤러(458)와 접촉하게 (또는 위에서 정의된 바와 같이 임계 근접성 내로 오게) 된다. Tx 트랜스듀서(454) 및 Rx 트랜스듀서(456)는 샘플(452)의 음향 측정을 연속적으로 또는 주기적으로 취하여 샘플(452)의 길이를 따라 다양한 위치(예를 들어, 도 4a 에 도시된 위치 1-8)에서 측정을 산출할 수 있다. 이러한 위치에서의 측정값은 참조 샘플의 측정값과 (또는 일부 경우에는 동일한 샘플(452) 내의 다른 위치에서의 측정값과) 비교되어 결함(460)과 같은 결함의 검출로 이어질 수 있는 스코어 및 그의 변화를 식별할 수 있다. 결함은 전극 코팅(452a) 및/또는 집전체(452b)에 있을 수 있고, 이들 상이한 층에서의 결함은 (예를 들어, 도 2c 의 프로세스(250)를 참조하여 설명된 바와 같은) 샘플(452)의 다양한 형성 단계에서 측정함으로써 식별될 수 있다.
도 5a 내지 도 5b 는 하나 이상의 롤러 내에 배치된 하나 이상의 트랜스듀서(또는 음향 신호를 전송 및/또는 수신하기 위한 다른 엘리먼트)의 도움을 받아 박막의 음향 분석에 사용될 수 있는 시스템 또는 설정의 예를 도시한다.
예를 들어, 도 5a는 전극 스트립 또는 다른 박막과 같은 샘플(502)의 결함의 검출을 위해 사용될 수 있는 시스템(500)의 2개의 뷰들을 예시한다. 시스템(500)은 홀더 상부(508A) 및 홀더 하부(508B)를 갖는 홀더를 포함한다(홀더의 상부 및 하부의 지정은 단지 예시를 위한 것이며 본 명세서에 도시되고 설명된 임의의 컴포넌트들은 그들을 상부 또는 하부 부분으로 제한하지 않고 홀더의 상이한 부분들에서 구성될 수 있음에 유의). 시스템(500)에 도시된 홀더는 3차원(3D) 프린터로 구성된 부품을 사용하여 비교적 쉽게 설계할 수 있는 홀더의 예이다. 산업의 특정 요구에 맞게 맞춤화되고 최적화된 고급 홀더 설계는 본 개시의 범위 내에 있으며, 여기에 설명된 일반적인 개념으로 설계될 수 있다.
도시된 바와 같이, 홀더 상부(508A)는 하나 이상의 롤러(504)를 포함할 수 있으며, 이들은 시스템(500)을 통해 샘플(502)을 이동시키기 위해 사용될 뿐만 아니라 본 개시 내용에 따라 하나 이상의 트랜스듀서를 하우징하기 위해 사용될 수 있다. 홀더 상부(508A)는 또한 하나 이상의 스크류(506), 접촉 매질(512) 및 트랜스듀서 홀더(516)와 함께 트랜스듀서(514)와 같은 하나 이상의 다른 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 홀더 하부(508B)는 홀더 상부(508A)를 지지하기 위한 구조적 지지체(예를 들어, 스탠드)를 제공할 수 있고, 또한 샘플(502)에 대한 트랜스듀서의 부착/접촉을 제공하거나 향상시키기 위해 공압 장치(518) 또는 다른 컴포넌트를 수용할 수 있다. 시스템(500)으로, 샘플(502)이 롤러(504)를 사용하여 시스템(500)을 따라 이송되고 이동됨에 따라 샘플(502)의 다양한 위치에서 연속적인 음향 신호 측정이 얻어질 수 있다. 일부 예에서, 롤러(504)는 펄스-에코 모드에서 음향 신호를 송수신하기 위한 트랜스듀서를 포함할 수 있고/있거나 트랜스듀서(514)가 음향 신호를 전송하기 위해 다른 세트의 트랜스듀서(예를 들어, Tx 트랜스듀서)를 포함할 수 있는 관통 전송 모드에서 샘플(502)을 통해 전송된 음향 신호에 대한 응답을 수신하기 위한 한 세트의 트랜스듀서(예를 들어, Rx 트랜스듀서)를 포함할 수 있다.
예에서, 시스템(500)에 도시된 셋업은 3D 인쇄된 상부 및 하부 부분(예를 들어, 홀더 상부(508A) 및 홀더 하부(508B)), 트랜스듀서 홀더(516) 및 2개의 트랜스듀서(514)를 갖는 2개의 공압 액추에이터를 사용하여 설계될 수 있다. 2개의 롤러(504)는 2개의 트랜스듀서(514)가 샘플(502)과 접촉하는 측면과 반대인 샘플의 측면에 제공될 수 있다. 롤러(504)는 압축 대응물로서 기능할 수 있고 샘플(502)과 트랜스듀서(514) 사이에 충분한 음향 접촉이 확립되는 것을 허용한다. 롤러는 홀더의 다른 부분과 견고하게 결합되지 않기 때문에 롤러는 음파를 전파하지 않는다. 수신된 신호는 임의의 홀더 아티팩트가 없는 것으로 간주될 수 있으며 예시적인 구현에서 파동은 샘플(502)을 통해서만 전파되는 것으로 가정될 수 있다.
도 5b는 시스템(500)에서 전술한 바와 같이 롤러를 사용하는 이점을 설명하기 위해 또 다른 시스템(550)을 도시한다. 시스템(550)에서, 샘플(552)(예를 들어, 전극 스트립) 아래에 트랜스듀서(554)가 도시되어 있는데, 여기서 트랜스듀서(554)는 샘플(552)을 통해 음향 펄스를 전송할 수 있다. 도 5a 의 롤러(454) 대신 둥근 원통형 홀더 상부(556)가 도시되어 있다. 홀더 상부(556)는 (예를 들어, 홀더 상부(508A)와 유사하게) 홀더 구조에 견고하게 부착된다. 강성 부착물은 샘플(552)로부터 수신된 음파를 홀더 상부(556) 및 홀더 구조의 나머지를 통해 전파하거나 퍼뜨려 수신된 신호에 아티팩트를 도입할 수 있다.
다음 섹션은 위에서 언급한 예시의 기법들을 사용하여 다양한 유형의 샘플을 분석한 결과를 보여준다. 이러한 테스트 결과는 예를 들어 다음을 포함한다:
1.
샘플로 사용된 알루미늄 호일에 대한 데이터, 여기서 그 데이터는 블랭크 샘플 테스트를 위한 참조로서의 역할을 한다;
2.
테스트 중인 캐소드 샘플에 대한 데이터;
3.
테스트 중인 애노드 샘플에 대한 데이터; 그리고
4.
2 가지 특수 테스트 케이스들에 대한 데이터: 트랜스듀서-트랜스듀서 축을 가로지르는 전극 스트립의 변위와 관련된 제1 테스트 케이스와 원래의 전극 스트립의 스캐닝과 관련된 제2 테스트 케이스.
테스트 결과는 테스트 중인 재료 및 원래의 재료에 대해 평균 파형(WF) 및 푸리에 변환(FT)이 설명된 아래에 설명된 도면에 나와 있다. 원래의 재료는 알려진 결함이 없는, 그리고 참조 데이터로 사용할 수 있는 재료 또는 샘플을 지칭한다. 이들 도면에 표시된 데이터는 하나의 표준 편차를 나타내는 오차 막대로 보완된다. 또한, 이러한 파형에 대해 중심 주파수가 계산되고 제1 골 (trough) 진폭의 크기(도면들의 y 축에서 "제1 최소값" 또는 "제1 골 값"이라고도 함)도 결정된다. 중심 주파수와 제1 골 크기는 중심 주파수가 푸리에 변환에서 시프트에 대한 대표적인 메트릭이고 제1 골 크기가 신호 진폭에 대한 대표적인 메트릭이기 때문에 테스트 샘플을 평가하기 위한 기본 메트릭으로 작동한다. 도면들에서 파형의 진폭은 감쇠 특성의 결함 및 분산에서 산란 효과를 통합한다.
테스트에서 얻은 데이터는 시간 창(예: 약 5 μs 내지 13 μs 사이의 범위를 포함하도록 선택됨, 일부 테스트에서 이 범위 밖에서 얻은 파형은 상당한 임의적 변동을 표시하고 따라서 제외됨)에 대해 평가된다. 경우에 따라 위에서 언급한 선택된 시간 창 밖의 시간 창은 도면들에서 "평가 속성"이라고 표시된 상자에서 식별된다.
원래의 캐소드 코팅들에 대한 차이들
도 6은 전극 샘플에 대한 파형을 예시한다. 구체적으로, 배터리의 캐소드에서 사용하기 위한 LCO, 리튬철인산염(LiFePO4, 또는 "LFP") 및 NMC 와 같은 물질로 코팅된 전극에 대한 파형이 도시되어 있다. 원래의 캐소드 코팅에 대한 차이점은 이러한 파형에서 볼 수 있다. 이러한 차이는 다양한 원래의 전극 코팅들 사이의 차이를 검출하는 데 유용하다. 예를 들어, NMC의 정규화된 진폭은 다른 다른 코팅, LCO 및 LFP에 대한 정규화된 진폭보다 훨씬 작은 것으로 보인다. 또한 LFP에서 가장 큰 진폭이 나타난다.
도 7은 파형이 도 6에 도시된 원래의 LCO, LFP 및 NMC 캐소드에 대한 상응하는 푸리에 변환을 도시한다. 도 7 에서, LFP와 LCO는 주파수에서 매우 근접하게 일치하는 반면 NMC는 1MHz 이상의 주파수에 대해 더 높은 주파수로의 시프트를 보여준다.
도 8은 원래의 LCO, LFP 및 NMC 캐소드에 대한 중심 주파수에 대해 플로팅된 제1 골 값의 진폭을 예시한다. 더 높은 주파수로의 시프트는 파형의 분포에서 볼 때 더 높은 중심 주파수에 해당하는 것으로 보인다. 그러나 중심 주파수만으로 데이터를 분류하는 것은 서로 다른 재료에 대한 중첩하는 데이터세트들 때문에 충분하지 않을 수 있다.
도 6 으로부터, 여기에 도시된 캐소드에 대한 비행 시간 (ToF) 은 약 ~6.9μs의 평균값이며, 이는 원래의 알루미늄 샘플에 대한 상응하는 ToF보다 1.9μs 더 큰 것으로 관찰된다. 이 차이는 ~1900m/s의 파동 속도에 해당한다. 알루미늄 호일은 도 6에 도시된 테스트 결과에 사용된 집전체 재료이며, 여기서 캐소드 재료인 LCO, LFP, NMC 가 알루미늄 호일에 코팅된다. 알루미늄 면에 도입된 음파는 알루미늄 호일을 통해서만 전파되는 것으로 가정할 수 있고 코팅의 존재에 의해 영향을 받지 않을 수 있지만, 캐소드(알루미늄 호일에 코팅된 캐소드 재료 LCO, LFP 및 NMC)에 대해 관찰된 증가된 ToF 는 알루미늄과 코팅 사이에 약간의 상호 작용이 존재하여 비행 시간 차이로 이어질 수 있음을 나타낸다.
손상된 캐소드 대 원래의 캐소드
다음 예에서는 손상된 음극에 대한 파형 및 푸리에 변환을 참조 데이터로 사용된 원래 캐소드의 파형 및 푸리에 변환과 비교하여 손상된 캐소드와 원래의 전극 사이의 차이를 결정한다. 손상된 및 원래의 캐소드들은 집전체 역할을 하는 알루미늄 호일에 NMC, LFP 및 LCO와 같은 물질을 결합 또는 코팅함으로써(예를 들어, 알루미늄 집전체 면에만 캐소드 재료를 결합함으로써) 형성된다.
도 9는 손상되고 원래의 NMC 캐소드에 대한 평균 파형을 예시한다. 넓은 오차 막대가 보이지만 파형은 손상된 NMC 캐소드와 원래의 NMC 캐소드 사이의 약간의 차이를 보여준다. 오차 막대가 넓은 것으로 보이며, 이는 이러한 차이에 기초하여 정확한 결론을 제한할 수 있다.
도 10은 원래의 및 손상된 NMC 캐소드에 대한 평균 푸리에 변환을 예시하며, 여기에서 1 MHz 이상의 주파수에 대해 손상된 NMC 샘플은 더 낮은 강도뿐만 아니라 더 낮은 주파수로의 작은 시프트를 나타냄을 알 수 있다.
도 11은 원래의 및 손상된 NMC 캐소드에 대한 중심 주파수를 도시하며, 여기서 손상된 NMC 캐소드는 원래의 캐소드와 비교하여 더 낮은 중심 주파수를 나타냄을 알 수 있다. 실험 설정에서 오정렬 가능성으로 인해 손상된 NMC 캐소드와 원래의 NMC 캐소드 사이에서 일부 데이터 포인트가 겹치는 것으로 보이지만 손상된 전극이 더 작은 중심 주파수와 더 작은 제1 골 크기를 나타내는 중심 주파수 및 제1 골 크기의 추세가 관찰된다.
도 12는 손상된 및 원래의 LFP 캐소드들에 대한 평균 파형을 예시하며, 여기서 손상된 LFP 캐소드는 ToF의 시프트 및 덜 두드러진 피크를 나타냄을 알 수 있다.
도 13은 원래의 및 손상된 LFP 캐소드에 대한 평균 푸리에 변환을 예시하며, 여기서 손상된 LFP 캐소드는 원래의 LFP 캐소드보다 더 약한 고주파 성분을 갖고, 이는 또한 아래에서 보는 바와 같이 더 작은 중심 주파수로 변환됨을 알 수 있다.
도 14는 원래의 및 손상된 LFP 캐소드에 대한 중심 주파수를 도시하며, 여기서 손상된 LFP 캐소드에 대한 중심 주파수 및 강도는 (비록 중심 주파수 분포에 약간의 중첩이 있지만) 일반적으로 원래의 LFP 캐소드에 대한 대응하는 중심 주파수 및 강도보다 작은 것으로 나타난다.
도 15는 손상된 및 원래의 LCO 캐소드에 대한 평균 파형을 예시하며, 여기서 손상된 LCO 캐소드는 원래의 LCO 캐소드보다 더 작은 중심 주파수 및 진폭을 나타내는 것으로 관찰된다.
도 9 내지 도 15 에서 관찰된 바와 같이, 손상된 캐소드 및 원래의 캐소드에 대한 데이터세트는 손상된 전극이 원래의 전극보다 더 작은 중심 주파수를 갖고 더 작은 제1 관통 크기를 갖는다는 것을 일관되게 보여준다. 중심 주파수의 이러한 차이는 0.6MHz 이상의 주파수에 대한 강도가 낮기 때문일 수 있으며, 이는 더 높은 주파수 파동이 더 빨리 감쇠되기 때문이다. 더 높은 주파수의 음파는 또한 손상된 전극 샘플의 결함에 의해 산란되어 전체 강도가 감소하게 할 수 있다. 이러한 중심 주파수의 시프트는 강도에 대한 메트릭 역할을 하는 제1 골 크기의 감소에 해당한다. 따라서, 손상된 전극(예를 들어, 캐소드)은 위에서 논의된 바와 같이 중심 주파수 및 제1 골 크기와 같은 메트릭에 기초하여 원래의 전극(캐소드)과 구별될 수 있다.
LFP 코팅 상의 결합
다음 섹션은 집전체 측면 대신 코팅 측면에서 결합을 위한 신호의 차이를 결정하는 것에 관한 것이다(도 9 내지 도 15 에서 캐소드 재료는 알루미늄 집전체 측에만 커플링되었다).
도 16a 는 코팅 상에 결합된 LFP에 대한 파형을 나타내고, 도 16b 는 집전체에 결합된 LFP에 대한 파형을 나타낸다. 도 16a 내지 도 16b 로부터, 코팅 상의 결합을 위한 ToF 창이 증가하더라도 주어진 ToF 창에 대해 피크가 훨씬 더 두드러진다는 것을 알 수 있다. 푸리에 변환을 분석하는 것은 원래의 전극에서 1.1 MHz 이상의 주파수에 대해 더 강한 강도가 관찰되어 지배적인 주파수가 된다는 것을 알 수 있다. 그러나 손상된 전극은 약 0.4MHz에서 더 강한 저주파 성분을 나타낸다.
도 17은 중심 주파수 분포를 예시하는데, 여기서 손상된 샘플은 손상된 샘플과 원래의 샘플에 대한 데이터세트의 상당한 중첩에도 불구하고 평균 더 작은 중심 주파수를 나타낸다.
양면 코팅된 NMC 캐소드:
상용 배터리의 경우, 전극은 양면에 코팅되며, 이것은 집전체 재료를 줄일 수 있기 때문이다. 또한 양면 코팅은 비용과 비활성 물질 함량을 낮출 수 있다. 그러나 양면 코팅은 전극 스트립의 적절한 정렬에 대한 요구가 더 높기 때문에 더 까다롭다. 양면 코팅 전극을 폐기하면 활물질 손실과 공정 비용의 손실이 더 높아진다. 다음 섹션에서는 음향 신호 분석을 사용하여 양면 코팅의 결함을 결정하는 기법을 제공한다. 손상된 및 원래의 양면 코팅 NMC 전극들은 다음 섹션에서 고려된다.
도 18은 손상된 및 원래의 형태의 양면 코팅된 NMC에 대한 푸리에 변환을 나타내며, 여기서 1.25MHz 이상의 주파수에 대한 성분은 관찰되지 않는다.
도 19는 손상된 및 원래의 형태의 양면 코팅된 NMC에 대한 중심 주파수를 예시한다. 푸리에 변환은 도 18 에서 밀접하게 중첩되는 것으로 보여지지만, 강도 및 제1 골 크기는 또한 도 19에서 중첩을 표시한다. NMC 코팅이 상당한 양의 입자를 방출하여 접촉 매질의 표면을 오염시킬 수 있기 때문에 이러한 중첩은 코팅에 직접 결합된 NMC의 불량한 신호 품질로 인한 것일 수 있다. 그러나 다른 활물질의 경우, 중심 주파수, 강도 및 제1 골 크기에 기초한 더 적은 중첩 및 더 높은 수준의 검출가능성이 가능하다.
손상된 애노드 대 원래의 애노드:
다음 섹션은 손상된 및 원래의 애노드 코팅에 대한 파형 및 푸리에 변환의 차이를 결정하는 것에 관한 것이다.
도 20 은 손상된 및 원래의 흑연 애노드에 대한 푸리에 변환을 예시한다. 손상된 애노드는 (예: 0.80 MHz 이상의 주파수에 대해) 더 낮은 강도를 나타내는 것으로 관찰된다.
도 21 은 손상된 및 원래의 흑연 애노드에 대한 파형의 분포를 예시한다. 손상된 애노드는 (비록 손상된 애노드와 원래의 애노드에 대해 중심 주파수의 중첩이 보이지만) 더 낮은 중심 주파수를 표시하는 것으로 보인다. 제1 골 크기는 일부 데이터 포인트가 겹치더라도 손상된 샘플과 원래의 샘플 사이에 더 뚜렷한 구분을 보여준다.
애노드의 실제 ToF 는 1940 m/s 에 해당하는 6.7 μs 로 관찰되었다(비교를 위해 구리의 P파 속도는 c_P = 4900m/s이고 S파 속도는 c_S = 2300m/s 이다). 따라서 계산된 속도는 애노드에 대한 S파의 범위에 있으며 이는 알루미늄 전극에 대해 관찰된 것과 동일하다.
LFP 코팅의 스위프 및 공간 분석:
다음 섹션에서는 제조 환경과 유사하게 트랜스듀서-트랜스듀서 축을 따라 이동하는 손상된 전극 스트립에 대한 설정을 모방하기 위한 LFP 및 LCO 스위프가 설명된다. 이러한 설정에서, 신호 변화들이 전극의 위치에 기초하여 관찰될 수 있어, 더 낮은 중심 및 더 작은 제1 골 크기로의 원하는 시프트 추세가 관찰 가능한지 여부를 결정할 수 있다.
다음 분석은 이러한 선택된 메트릭을 사용하여 얻은 데이터 세트가 손상된 샘플과 원래의 샘플 간의 차이에 대한 의도된 추세를 표시하는 것으로 관찰됨에 따라 (푸리에 변환 및 파형이 아닌) 메트릭으로 선택된 중심 주파수 및 제1 골 크기에 대해 설명된다. 결과는 다음의 스킴에 따라 제시된다: 동일한 색상 그룹은 동일한 위치 유형을 나타낸다:
1.
파란색: 측정 환경 외부,
2.
녹색: 트랜스듀서 상,
3.
주황색/빨간색: 트랜스듀서에 인접
4.
검은색: 이전 측정에서 사용된 위치인 중앙 위치.
도 22는 펄서(2204) 및 수신기(2206)(예를 들어, 각각 Tx 및 Rx 트랜스듀서)를 가로질러 전극 스트립(2202)을 스위핑하기 위한 시스템(2200)을 예시한다. 전극 스트립(2202)은 스위프에 대응하는 4개의 위치 A, B, C, D에 도시되어 있다. 전극의 결함(도 22 의 화살표를 사용하여 식별됨)은 전극 스트립(2202)이 펄서(2204) 및 수신기(2206)를 가로질러 이동되거나 스위핑됨에 따라 위치 A (펄서(2204)의 오른쪽, 측정 범위 외부) 로부터 위치 B 및 C (수신기(2206)의 좌측 및 우측, 모두 측정 범위 내) 로 위치 D (수신기(2206)의 왼쪽, 다시 측정 범위 외부) 로 이동한다.
도 23은 예를 들어 도 22에 설명된 시스템을 사용하여 트랜스듀서-트랜스듀서 축을 가로질러 전극 스트립(2202)으로 사용되는 손상된 LFP 캐소드를 스위핑하는 것에 기초한 제1 골 크기 및 중심 주파수를 도시한다. 자주색 점선으로 강조 표시된 추세는 LFP 캐소드의 결함의 외관에 대한 가이드 역할을 한다. 중심 주파수는 결함이 측정 범위에 나타날 때 감소하고 측정 범위를 벗어나면 다시 증가하는 것을 볼 수 있다. 제1 골 크기는 결함이 측정 범위에 나타날 때 감소하고 측정 범위를 벗어나면 다시 증가하는 동일한 추세를 보여준다. 그러나 중심 주파수에 대한 초기 지점(예: 위치 A, 펄서(2204)의 오른쪽)과 종료 지점(예: 위치 D, 수신기(2206)의 왼쪽) 간에 차이가 관찰되는 반면 강도는 초기 및 종료 지점들에 대해 동일하다.
도 24은 예를 들어 도 22에 설명된 시스템을 사용하여 트랜스듀서-트랜스듀서 축을 가로질러 전극 스트립(2202)으로 사용되는 손상된 LCO 캐소드를 스위핑하는 것에 기초한 제1 골 크기 및 중심 주파수를 도시한다. 관찰된 추세는 도 23 을 참조하여 논의된 LFP에 대한 추세와 유사하다: 더 낮은 중심 주파수로의 시프트가 관찰 가능함; 시작점과 종료점은 중심 주파수 측면에서 일치하지 않지만 강도 측면에서 더 가까운 일치를 표시한다. 펄서 오른쪽에 있는 값의 데이터 포인트는 명확성을 위해 더 낮은 중심 주파수를 가진 일부 데이터 포인트를 도시되는 것으로부터 제거하도록 필터링되었다.
도 23 내지 도 24 에서의 시작점 및 종료점에서의 불일치는 측정을 위해 도 22 에 도시된 시스템을 사용하여 샘플을 스위핑하는 과정에서 샘플의 잠재적 열화로 인해 발생할 수 있다. 이러한 열화는 실행 중 접촉 매질의 표면의 오염이 관찰되지 않았기 때문에 코팅의 압축으로 인해 발생할 수 있다. 이를 개선하면 잠재적인 열화가 완화되고 시작점과 종료점 간의 일치의 수준이 높아질 수 있다.
LFP 코팅의 공간 분석:
다음 섹션은 스위프 동안 서로 다른 위치를 따라 동일한 재료 스트립에 대한 차이들을 검출하는 것에 관한 것이다.
도 25는 전극 스트립(예를 들어, LFP 전극 스트립)의 공간 분석을 수행하기 위한 예시적인 시스템(2500)을 도시한다. LFP 전극 스트립은 상이한 셀들로 분할되고, 예를 들어 셀이 예를 들어 도 22 에 도시된 시스템(2200)을 사용하여 수신기(2206) 상에 정렬되었을 때 셀당 다수의 (예를 들어, 10 개의) 데이터 포인트들이 수집된다 (화살표 2510으로 표시됨).
도 26은 공간 분석(2500)을 위한 중심 주파수를 예시한다. 전극 스트립을 따라 수집된 중심 주파수들의 차이는 서로 다른 위치에 대해 오차 막대가 겹치는 것으로 보이지만 중심 주파수에서 관찰된다. 공간 분석(2500)을 위한 시스템의 개선은 각 위치 또는 셀에서 수집된 데이터에 대한 확산에서의 감소를 산출할 수 있다.
도 27은 시스템 개선에 기초하여 얻어진 파형을 도시한다. 펄서 및 수신기에 고주파 트랜스듀서(예: 10MHz 트랜스듀서)를 사용하여, 시스템의 잠재적인 개선을 위해 공간 분석에 더 높은 품질의 LFP 캐소드가 사용되었다. 더 높은 주파수 트랜스듀서에서 얻은 데이터는 더 높은 해상도를 위해 설계된 데이터 처리를 사용하여 더 잘 서빙된다. 데이터 분석에 대한 다음의 개선들이 제공되었다: 평활화 기능이 제거되었다; 가장 강한 피크에 대한 정렬에 의해 수행되는 정렬; 가장 강한 피크의 강도로 나누어 수행되는 정규화; 및 집전체 측면상에서의 커플링에 의해, 보다 대표적인 파형을 수신하기 위해 일부 파형이 제거되었다.
또한, 도 27 의 파형의 제시는 손상된 LFP 전극과 원래의 LFP 전극 사이의 구별의 표시를 개선한다. 트랜스듀서의 높은 주파수(예: 10MHz)로 인해 ToF의 작은 변화에 의해 정렬이 영향을 받을 수 있으며, 이는 상대적으로 더 큰 시간 시프트들을 유발하여 잠재적으로 제1 골 검출을 더 어렵게 만들 수 있다.
도 27 에서 알 수 있는 바와 같이, 집전체 측에 결합된 LFP 전극에 대한 필터링된 파형은 뚜렷한 형태 차이를 나타낸다. 손상된 LFP 전극의 파형은 원래의 전극의 파형에 비해 ToF가 더 짧은 것으로 관찰된다. 각각의 ToF는 원래의 및 손상된 전극들의 경우 ~6.7 및 ~5.9 μs 이다. 시간 창(예: 6~10.5μs의 시간 범위)이 표시되지만 일부 검출된 파동은 이 시간 창 밖에 있을 수 있다.
위의 데이터를 사용하여 다음 관찰이 가능하다. 2.25 MHz 측정의 경우:
1.
손상된 전극은 원래의 전극보다 더 작은 제1 골 크기를 나타낸다.
2.
손상된 전극은 원래의 전극보다 더 작은 중심 주파수를 나타낸다.
3.
코팅 측면에서 결합할 때의 신호 품질은 코팅 재료에 따라 달라질 수 있다.
10 MHz 측정의 경우 다음이 관찰되었다:
1.
파형 품질은 코팅 재료에 의존한다;
2.
전극이 손상되면 신호 진폭이 증가한다;
3.
손상된 전극의 경우 ToF가 감소한다;
4.
손상된 전극에 경우 중심 주파수가 증가한다.
유도파:
전극의 음향 신호 기반 분석을 위한 일부 예시적인 시스템에서, 유도파가 위의 분석에 대해 개선된 데이터 포인트를 생성할 수 있기 때문에 유도파가 사용될 수 있다. 본 명세서에 언급된 유도파는 특정 위치 또는 미리 결정된 특성으로 입사되도록 특정 지점 또는 각도로 유도되거나 지향될 수 있는 음향파이다. 예를 들어, 웨지 또는 다른 디바이스를 사용하여 음파를 코팅 또는 박막 샘플에 맞추는 도파관을 만들 수 있다. 그러나 박막 샘플을 제조하거나 테스트하기 위해 시스템에 유도파를 도입하는 것은 어려운 일이다. 이는 (예를 들어, 도 22 에 도시된 바와 같이) 유도파를 이용하여 박막 또는 호일의 음향 신호 스위핑을 수행하는 것은 적절한 장력과 적절한 정렬을 제공하기 위해 맞춤형 메커니즘의 사용을 요구할 수 있기 때문이다. 상업적으로 이용 가능한 웨지는 장력을 제공하기 위해 본질적인 견고성을 갖는 프로브(예: 펄서)에 압력을 가하도록 설계될 수 있지만 다음 기법들은 기존 설정에서 유도파의 사용을 지원할 수 있는 개선된 대안을 제공한다.
도 28은 음향 입력 신호로서 유도파를 사용하는 스트립, 박막 또는 호일의 음향 신호 분석에 사용하기 위한 예시적인 시스템(2800)을 도시한다. 전극 스트립(2802) 본체의 다양한 위치에서의 측정을 위해 전극 스트립(2802)을 스위핑하거나 이동시키기 위한 롤러(2806) 또는 다른 메커니즘을 통과할 수 있는 전극 스트립(2802)이 도시되어 있다(예를 들어, 사람의 상호 작용 없는 자동화된 이동). 전극 스트립(2802)의 전극 코팅 또는 집전체와 임피던스 정합되는 재료로 구성될 수 있는 웨지(2810)가 도시되어 있다. 트랜스듀서(2804)는 유도된 음향파를 제공하기 위해 웨지(2810) 내에 제공될 수 있다. 트랜스듀서(2804)는 전극 스트립(2806)과 직접 접촉하지 않을 수 있지만 유도파를 제공하기에 적합한 거리에 위치할 수 있다. 장력(2807)은 웨지(2810)에 대해 전극 스트립(2802)을 누르는 메커니즘에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 메커니즘(2808)은 장력을 제공하기 위한 스프링 또는 공압 시스템을 포함할 수 있다. 웨지(2810)와 전극 스트립(2802) 사이에 겔이 선택적으로 사용될 수 있다. 웨지(2810)를 가로지르는 긴 전극 스트립(2802)의 빠른 이동은 마찰열을 유발할 수 있다. 웨지(2810)의 표면(특히 전극 스트립(2802)과 접촉할 수 있는 표면)은 전극 스트립(2802)이 웨지(2810) 위로 매끄럽게 슬라이딩하거나 글라이딩하는 것을 허용도록 매우 매끄럽게 만들어질 수 있다.
웨지에 대한 몇 가지 대안에는 앞서 설명한 롤러 또는 롤러와 웨지의 조합이 포함될 수 있다. 예를 들어, 윤곽선(2820)은 웨지가 수용될 수 있는 롤러 설계의 개략도를 제공하기 위해 파선으로 도시되어 있다. 아웃라인(2820)이 가능한 구현의 예시이지만, 아웃라인(2820)의 보다 원형 형상이 원통형 롤러에 대한 실제 설정에서 구현될 수 있다. 롤러는 트랜스듀서를 내장할 수 있는 도 2a 및 도 2b 에 도시된 롤러 중 하나일 수 있다. 아웃라인(2820)은 웨지에 사용되는 동일한 재료가 전극 스트립(2802)의 보다 쉽고 평활한 이동을 허용할 수 있는 원형 단면(아웃라인(2820)에 대응)을 갖는 원통형 롤러의 형상으로 설계될 수 있음을 전달한다.
"롤러 트랜스듀서"는 트랜스듀서(2804)가 제공될 수 있고 전극 스트립(2802)을 여기시키기 위해 유도된 음향파를 제공하기 위해 사용될 수 있는 롤러를 지칭할 수 있다. 롤러 트랜스듀서는 제조 환경에서 비교적 쉽게 구현할 수 있다. 롤러 트랜스듀서는 파이프 부식 검출에 사용되는 롤러를 사용하여 설계될 수 있고 따라서 기존 설정 및 제품일 수 있다. 롤러 트랜스듀서는 웨지 대신 사용하거나 일부 설정에서 웨지에 추가하여 사용할 수 있다.
도 29 은 본 개시의 일 양태에 따른 음향 신호 기반 분석의 예시적인 방법이다. 도 29 는 도 1 및 그의 컴포넌트들 참조하여 설명될 것이다.
단계(2900)에서, 적어도 하나의 음향 여기 신호가 도 1의 샘플(102)과 같은 샘플의 적어도 일부로 전송될 수 있다. 샘플은 상술한 바와 같이 배터리의 컴포넌트와 관련된 시트 또는 필름을 포함할 수 있다. 일 예에서, 여기 신호(들)는 도 1 의 트랜스듀서(104)와 같은 적어도 하나의 트랜스듀서를 사용하여 샘플로 전송될 수 있다.
단계 (2910) 에서, 적어도 하나의 음향 여기 신호를 샘플의 일부로 전송하는 것에 응답하여 음향 응답 신호 데이터가 수신될 수 있다. 일부 예에서, 음향 응답 신호 데이터는 도 1의 트랜스듀서(106)와 같은 적어도 하나의 트랜스듀서를 통해 수집될 수 있다. 일 예에서, 음향 응답 신호 데이터는 샘플의 2차원 영역에 걸친 샘플의 음향 신호 기반 공간 분석에 기초하여 얻어질 수 있다.
일 예에서, 음향 응답 신호 데이터는 샘플의 2 이상의 부분들이 2 이상의 시점들에서 적어도 하나의 트랜스듀서와 접촉하거나 적어도 하나의 트랜스듀서의 임계 근접성 내에 있도록 샘플을 이동시킴으로써 2 이상의 시점에서 샘플의 2개 이상의 부분으로부터 수집될 수 있다.
한 예에서, 샘플은 하나 이상의 롤러를 사용하여 이동되며, 하나 이상의 롤러 중 적어도 하나가 적어도 하나의 트랜스듀서를 하우징한다. 또 다른 예에서, 샘플은 하나 이상의 웨지를 사용하여 이동되며, 하나 이상의 웨지 중 적어도 하나가 적어도 하나의 트랜스듀서를 하우징한다. 일 예에서, 적어도 하나의 음향 여기 신호는 도파관을 사용하여 전송되고 및/또는 음향 응답 신호 데이터는 도파관을 사용하여 수신된다. 도파관은 샘플을 이동시키기 위한 하나 이상의 웨지 또는 하나 이상의 롤러에 배치될 수 있다.
일 예에서, 샘플로 전송되고/되거나 적어도 하나의 트랜스듀서에 의해 수신되는 음향 신호는 도 1의 음향 펄서/수신기(108)에 의해 생성/제어될 수 있다.
단계(2920)에서, 샘플과 관련된 적어도 하나의 메트릭은 단계(2910)에서 수신된 음향 응답 신호 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 일 예에서 적어도 하나의 메트릭은 프로세서 (110) 에 통신가능하게 결합되는 하나 이상의 관련 메모리(도 1에 도시되지 않음)에 저장된 컴퓨터 판독가능 명령들을 실행하도록 구성될 수 있도 있는 도 1 의 프로세서(110)를 사용하여 결정될 수 있다.
일 예에서, 단계 (2920) 에서 결정된 적어도 하나의 메트릭은 샘플 및 참조 샘플을 통과하는 음향 신호의 비행 시간의 시프트; 손상된 샘플 및 참조 샘플을 포함하는 샘플에 대해 수행된 음향 신호 기반 분석에 기초한 음향 신호 데이터의 유사성 또는 비유사성, 참조 샘플은 원래의, 공칭의, 또는 예상된 샘플을 포함함; 중심 주파수; 또는 음향 신호 데이터의 제곱 평균 제곱근 (root-mean-square) 진폭을 포함한다.
단계(2930)에서, 샘플의 하나 이상의 특성은 샘플과 연관된 적어도 하나의 메트릭을 참조 샘플의 대응하는 하나 이상의 참조 메트릭과 비교하는 것에 기초하여 프로세서(110)에 의해 결정될 수 있다. 한 예에서, 샘플은 배터리에 사용되는 세퍼레이터를 포함하고 하나 이상의 특성은 손상되거나, 구멍이 있거나, 찢어지거나, 접힌 세퍼레이터의 하나 이상의 부분; 중합체 덩어리, 큰 기공, 또는 오염 입자를 포함하는 하나 이상의 생산 비균질성; 다공성; 대량 로딩; 두께; 및/또는 균일성을 포함한다.
다른 예에서, 샘플은 배터리에 사용되는 전극을 포함하고 하나 이상의 특성은 다공성, 국소 밀도, 질량 로딩, 입자 응집 또는 입자 크기 분포의 캘린더 및/또는 비캘린더 전극 코팅 불일치; 활물질, 전도성 첨가제 및 바인더 간의 응집력; 보이드, 긁힘 또는 균열을 포함하는 손상; 금속 또는 비금속 입자를 포함하는 기포 및 오염 입자를 포함하는 이물질 포함; 전극 코팅의 박리 또는 벗겨짐; 전극 코팅과 금속 집전체 사이의 분리 (debonding); 집전체와 코팅 사이의 접착력; 및/또는 다공성 또는 밀도의 표층 변화를 포함한다.
다른 예에서, 샘플은 배터리 파우치 패키징을 포함하고 하나 이상의 특성은 셀 밀봉 호일의 누출을 초래하는 핀홀 또는 부적절한 밀봉을 포함한 손상; 또는 폴리머 용융 접착층(일반적으로 DNP 제품 문헌에 따른 PP/PPa), 나일론 보호층, 알루미늄 호일층 및/또는 PET 보호층의 일관되지 않거나 균일하지 않거나 누락된 영역을 포함하는 손상을 포함한다.
다른 예에서, 샘플은 집전체를 포함하고 하나 이상의 특성은 전극 코팅이 도포되기 전, 전극 활물질이 코팅된 후, 건조 후, 및 캘린더링 후 집전체에 있어서의 접힘, 균열, 구멍, 및 구부러짐을 포함한다.
한 예에서, 참조 샘플의 하나 이상의 해당 메트릭은 원래의, 명목의 또는 예상된 샘플에 대한 메트릭이다. 다른 예에서, 적어도 하나의 메트릭은 비행시간(time-of-flight), 스펙트럼 중심, 제1 골 크기 대 중심 주파수 확산, 및/또는 샘플 신호 강도 중 하나 이상을 포함한다.
일 예에서, 프로세서(110)는 단계 (2930) 에서 비교를 돕기 위해 적어도 하나의 메트릭을 박막 품질 지수로 집성할 수 있다.
한 예에서, 샘플 및 참조 샘플은 단면 코팅된 캐소드 또는 애노드, 집전체 및/또는 양면 코팅된 전극 중 하나 이상을 포함한다.
일례로, 단계 (2900 내지 2930) 에 따른 음향 신호 기반 분석은 코팅이 적용되기 전에 박막에 음향 신호 기반 분석을 수행하고; 박막의 제1면에 습식 슬러리 코팅이 적용된 때에 박막의 제1면에 음향 신호 기반 분석을 수행하며; 박막의 제2면에 습식 슬러리 코팅이 적용된 때에 박막의 제2면에 음향 신호 기반 분석을 수행하고; 및 건조 오븐에서 박막의 제1 면 및 제2 면 상의 습식 슬러리 코팅이 건조된 때에 박막의 제1 면 및 제2 면에 대한 음향 신호 기반 분석을 수행함으로써 단계적 방식으로 샘플을 코팅하는 프로세스 동안 샘플에 대해 수행될 수 있다.
일부 예에서, 여기에 설명된 방법(예를 들어, 방법(2900) 및/또는 여기에 설명된 임의의 다른 방법)은 컴퓨팅 디바이스 또는 장치에 의해 수행될 수 있다. 일 예에서, 방법 (2900) 은 도 1 의 시스템 (100) 에서 수행될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 서버 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨팅 디바이스, 태블릿 컴퓨팅 장치, 랩탑 컴퓨팅 장치, 모바일 장치(예: 휴대폰), 웨어러블 장치(예: VR 헤드셋, AR 헤드셋, AR 안경, 네트워크 연결된 시계 또는 스마트 워치 또는 기타 웨어러블 장치), 로봇 장치, 및/또는 방법(2900) 및/또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 방법을 포함하는 여기에 기술된 프로세스들을 수행하기 위한 자원 능력을 갖는 임의의 컴퓨팅 디바이스와 같은 임의의 적절한 장치를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 컴퓨팅 디바이스 또는 장치는 본원에 설명된 프로세스들의 단계들을 수행하도록 구성되는 하나 이상의 입력 디바이스들, 하나 이상의 출력 디바이스들, 하나 이상의 프로세서들, 하나 이상의 마이크로프로세서들, 하나 이상의 마이크로컴퓨터들, 하나 이상의 카메라들, 하나 이상의 센서들, 및/또는 다른 컴포넌트(들)과 같은 여러 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 컴퓨팅 디바이스는 디스플레이, 데이터를 통신 및/또는 수신하도록 구성된 네트워크 인터페이스, 메모리, 이들의 임의의 조합, 및/또는 다른 컴포넌트(들)를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스는 인터넷 프로토콜 (IP) 기반 데이터 또는 다른 유형의 데이터를 통신 및/또는 수신하도록 구성될 수도 있다.
컴퓨팅 디바이스의 컴포넌트들은 회로부에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트들은, 하나 이상의 프로그래밍가능 전자 회로들 (예컨대, 마이크로프로세서들, 그래픽 프로세싱 유닛들 (GPU들), 디지털 신호 프로세서들 (DSP들), 중앙 프로세싱 유닛들 (CPU들), 및/또는 다른 적합한 전자 회로들) 을 포함할 수 있는 전자 회로들 또는 다른 전자 하드웨어를 포함하고/하거나 이들을 사용하여 구현될 수 있고, 및/또는 본 명세서에서 설명된 다양한 동작들을 수행하기 위해 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하고/하거나 이들을 사용하여 구현될 수 있다.
방법 (2900) 은 논리 플로우 다이어그램들로서 예시되고, 그 동작은 하드웨어, 컴퓨터 명령들, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있는 동작들의 시퀀스를 표현한다. 컴퓨터 명령들의 맥락에서, 그 동작들은, 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 경우, 기재된 동작들을 수행하는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 저장 매체들 상에 저장된 컴퓨터 실행가능 명령들을 나타낸다. 일반적으로, 컴퓨터 실행 가능 명령들은 특정 기능들을 수행하거나 또는 특정 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포함한다. 동작들이 설명되는 순서는 제한으로서 해석되도록 의도되지 않으며, 임의의 수의 설명된 동작들은 프로세스들을 구현하기 위해 임의의 순서로 및/또는 병렬로 결합될 수 있다.
추가적으로, 방법 (2900) 및/또는 본 명세서에서 설명된 다른 방법들은 실행가능 명령들로 구성된 하나 이상의 컴퓨터 시스템들의 제어 하에서 수행될 수도 있고, 집합적으로 하나 이상의 프로세서들 상에서 실행하는 코드 (예를 들어, 실행가능 명령들, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들, 또는 하나 이상의 애플리케이션들) 로서, 하드웨어에 의해, 또는 이들의 조합으로 구현될 수도 있다. 상기 언급된 바와 같이, 코드는 컴퓨터 판독가능 또는 머신 판독가능 저장 매체 상에, 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행가능한 복수의 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램의 형태로 저장될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 또는 머신 판독가능 저장 매체는 비일시적일 수도 있다.
일부 예들에서, 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스들, 매체들, 및 메모리들은 비트 스트림 등을 포함하는 무선 신호 또는 케이블을 포함할 수 있다. 하지만, 언급될 때, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들은 에너지, 캐리어 신호들, 전자기 파들, 및 신호들 그 자체와 같은 매체들을 명시적으로 배제한다.
당업자는 정보 및 신호가 임의의 다양한 상이한 기술 및 기법을 사용하여 표현될 수도 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 상기 설명 전반에 걸쳐 언급될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 자기 입자들, 광학장들 또는 광학 입자들, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 표현될 수도 있다.
또한, 당업자는 본 명세서에 개시된 양태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들 양자의 조합들로서 구현될 수도 있음을 알 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호교환가능성을 명백하게 예시하기 위하여, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 일반적으로 그들의 기능성에 관하여 설명되었다. 이러한 기능성이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는지는 전체 시스템에 부과된 설계 제약들 및 특정 애플리케이션에 의존한다. 당업자들은 설명된 기능을 각각의 특정한 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 구현할 수도 있지만, 이러한 구현 결정들은 본 개시의 범위로부터의 일탈을 야기하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
따라서, 본 개시의 양태는 하나 이상의 배터리 셀 또는 하나 이상의 배터리 컴포넌트의 EASI (electrochemical-acoustic signal interrogation) 의 방법을 구현하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 따라서, 본 개시는 도시된 예들로 한정되지 않으며, 본 명세서에서 설명된 기능을 수행하는 수단이 본 개시의 양태들에 포함된다.
전술한 개시가 본 개시의 예시적인 양태들을 나타내는 한편, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 개시의 범위로부터 일탈함 없이 다양한 변경들 및 수정들이 본 명세서에서 이루어질 수 있음에 유의해야 한다. 본 명세서에 설명된 개시의 양태들에 따른 방법 청구항들의 기능들, 단계들 및/또는 액션들은 임의의 특정 순서로 수행될 필요는 없다. 더욱이, 본 개시의 엘리먼트들이 단수로 설명되거나 또는 청구될 수도 있더라도, 단수로의 제한이 명시적으로 언급되지 않는 한 복수가 고려된다.
특정 상세들이, 본 명세서에서 제공된 실시형태들 및 예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 상기 설명에서 제공된다. 하지만, 실시형태들은 이들 특정 상세들없이 실시될 수도 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다. 설명의 명료화를 위해, 일부 케이스들에 있어서, 본 기술은 디바이스들, 디바이스 컴포넌트들, 소프트웨어에서 구현된 방법에서의 단계들 또는 루틴들, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합들을 포함하는 개별 기능 블록들을 포함하는 것으로서 제시될 수도 있다. 도면들에서 도시되고/되거나 본 명세서에서 설명된 것들 이외의 추가적인 컴포넌트들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 회로들, 시스템들, 네트워크들, 프로세스들 및 다른 컴포넌트들은, 실시형태들을 불필요한 상세로 불명료하게 하지 않기 위하여 블록 다이어그램 형태의 컴포넌트들로서 도시될 수도 있다. 다른 케이스들에 있어서, 널리 공지된 회로들, 프로세스들, 알고리즘들, 구조들, 및 기법들은 실시형태들을 불명료하게 하는 것을 회피하기 위하여 불필요한 상세없이 도시될 수도 있다.
여러 양태들은 플로우차트, 플로우 다이어그램, 데이터 플로우 다이어그램, 구조 다이어그램, 또는 블록 다이어그램으로서 도시되는 프로세스 또는 방법으로서 상기 설명될 수도 있다. 비록 플로우차트가 동작들을 순차적인 프로세스로서 설명할 수도 있지만, 동작들 대부분은 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 동작들의 순서는 재배열될 수도 있다. 프로세스는, 그의 동작들이 완료될 때 종료되지만, 도면에 포함되지 않은 추가적인 단계들을 가질 수 있다. 프로세스는 방법, 함수, 절차, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수도 있다. 프로세스가 함수에 대응할 경우, 그의 종료는 그 함수의 호출 함수 또는 메인 함수로의 복귀에 대응할 수 있다.
상기 설명된 예들에 따른 프로세스들 및 방법들은 컴퓨터 판독가능 매체들에 저장되거나 또는 다르게는 그로부터 이용가능한 컴퓨터 실행가능 명령들을 사용하여 구현될 수 있다. 이러한 명령들은, 예를 들어, 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 또는 프로세싱 디바이스가 소정의 기능 또는 기능들의 그룹을 수행하게 하거나 또는 다르게는 수행하도록 구성하는 명령들 및 데이터를 포함할 수 있다. 사용되는 컴퓨터 리소스들의 부분들은 네트워크를 통해 액세스가능할 수 있다. 컴퓨터 실행가능 명령들은, 예를 들어, 어셈블리 언어, 펌웨어, 소스 코드와 같은 바이너리들, 중간 포맷 명령들일 수도 있다. 설명된 예들에 따른 방법들 동안 명령들, 사용된 정보, 및/또는 생성된 정보를 저장하기 위해 사용될 수도 있는 컴퓨터 판독가능 매체들의 예들은 자기 또는 광학 디스크들, 플래시 메모리, 비휘발성 메모리가 제공된 USB 디바이스들, 네트워킹된 저장 디바이스들 등을 포함한다.
이들 개시들에 따른 프로세스들 및 방법들을 구현하는 디바이스들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어 디스크립션 언어들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있으며, 다양한 폼 팩터들 중 임의의 것을 취할 수 있다. 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로코드에서 구현될 경우, 필요한 태스크들을 수행하기 위한 프로그램 코드 또는 코드 세그먼트들 (예컨대, 컴퓨터 프로그램 제품) 은 컴퓨터 판독가능 또는 머신 판독가능 매체에 저장될 수도 있다. 프로세서(들)는 필요한 태스크들을 수행할 수도 있다. 폼 팩터들의 통상적인 예들은 랩탑들, 스마트 폰들, 모바일 폰들, 태블릿 디바이스들, 서버들 또는 다른 폼 팩터 컴퓨터들, 랙마운트 디바이스들, 자립형 디바이스들 등을 포함한다. 본 명세서에서 설명된 기능은 또한, 주변기기들 또는 애드-인 (add-in) 카드들에서 구현될 수 있다. 그러한 기능은 또한, 추가의 예에 의해, 단일 디바이스에서 실행되는 상이한 칩들 또는 상이한 프로세스들 중에서 회로 보드 상에서 구현될 수 있다.
명령들, 그러한 명령들을 운반하기 위한 매체들, 그것들을 실행하기 위한 컴퓨팅 리소스들, 및 그러한 컴퓨팅 리소스들을 지원하기 위한 다른 구조들은 본 개시에서 설명된 기능들을 제공하기 위한 예시적인 수단들이다.
전술한 설명에 있어서, 본 출원의 양태들은 그의 특정 실시형태들을 참조하여 설명되지만, 당업자는 본 출원이 그에 한정되지 않음을 인식할 것이다. 따라서, 본 출원의 예시적인 실시형태들은 본 명세서에서 상세히 설명되었지만, 발명적 개념들은 달리 다양하게 실시되고 채용될 수도 있다는 것과, 첨부의 청구항들은, 종래 기술에 의해 제한된 바를 제외하고는, 이러한 변동들을 포함하도록 해석되도록 의도됨이 이해될 것이다. 위에 설명된 애플리케이션의 다양한 특징들 및 양태들은 개별적으로 또는 공동으로 사용될 수도 있다. 또한, 실시형태들은 본 명세서의 더 넓은 사상 및 범위로부터 일탈함 없이 본 명세서에서 설명된 것들을 넘어서는 임의의 수의 환경들 및 애플리케이션들에서 활용될 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적이 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 예시의 목적들을 위해, 방법들은 특정 순서로 설명되었다. 대안적인 실시형태들에서, 방법들은 설명된 것과는 상이한 순서로 수행될 수도 있음이 인식되어야 한다.
당업자는 본 명세서에서 사용된 미만 ("<") 및 초과 (">") 기호들 또는 용어가 본 개시의 범위로부터 일탈함 없이, 각각 이하 ("≤") 및 이상 ("≥") 기호들로 대체될 수 있다는 것을 알 것이다.
컴포넌트들이 소정의 동작들을 수행 "하도록 구성된" 것으로서 설명되는 경우, 그러한 구성은 예를 들어, 전자 회로들 또는 다른 하드웨어를 설계하여 그 동작을 수행하는 것에 의해, 프로그래밍가능 전자 회로들 (예컨대, 마이크로프로세서들, 또는 다른 적합한 전자 회로들) 을 프로그래밍하여 그 동작을 수행하는 것에 의해, 또는 이들의 임의의 조합에 의해, 달성될 수 있다.
어구 “에 커플링된 (coupled to)” 은 직접 또는 간접적으로 중 어느 하나로 다른 컴포넌트에 물리적으로 접속된 임의의 컴포넌트, 및/또는 직접 또는 간접적으로 중 어느 하나로 다른 컴포넌트와 통신하는 (예컨대, 유선 또는 무선 접속, 및/또는 다른 적합한 통신 인터페이스를 통해 다른 컴포넌트에 접속된) 임의의 컴포넌트를 지칭한다.
세트 "중 적어도 하나" 또는 세트 "중 하나 이상" 을 인용하는 본 개시의 청구항 언어 또는 다른 언어는 그 세트의 하나의 멤버 또는 그 세트의 다중의 멤버들 (임의의 조합) 이 청구항을 충족하는 것을 나타낸다. 예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나" 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"를 인용하는 청구항 언어는 A, B, 또는 A 및 B 를 의미한다. 다른 예에서, "A, B, 및 C 중 적어도 하나" 또는 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"를 인용하는 청구항 언어는 A, B, C, 또는 A 및 B, 또는 A 및 C, 또는 B 및 C, 또는 A 및 B 및 C 를 의미한다. 언어 세트 “중 적어도 하나” 및/또는 세트 중 “하나 이상” 은 세트를 그 세트에 열거된 항목들로 제한하지 않는다. 예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나” 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나” 를 인용하는 청구항 언어는 A, B, 또는 A 및 B 를 의미할 수 있으며, A 및 B 의 세트에 열거되지 않은 항목들을 추가적으로 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합들로서 구현될 수도 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호교환가능성을 분명히 예시하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 일반적으로 그들의 기능의 관점에서 상기 설명되었다. 이러한 기능성이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는지는 전체 시스템에 부과된 설계 제약들 및 특정 애플리케이션에 의존한다. 당업자는 설명된 기능을 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 구현할 수도 있지만, 그러한 구현의 결정들이 본 출원의 범위로부터의 일탈을 야기하는 것으로서 해석되지는 않아야 한다.
본 명세서에서 설명된 기법들은 또한 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합에서 구현될 수도 있다. 그러한 기법들은 범용 컴퓨터들, 무선 통신 디바이스 핸드셋들, 또는 무선 통신 디바이스 핸드셋들 및 다른 디바이스들에서의 애플리케이션을 포함한 다중 사용들을 갖는 집적 회로 디바이스들과 같은 다양한 디바이스들 중 임의의 것에서 구현될 수도 있다. 모듈들 또는 컴포넌트들로서 설명되는 임의의 특징들은 집적 로직 디바이스에서 함께 구현되거나 또는 별개지만 상호운용가능한 로직 디바이스들로서 별도로 구현될 수도 있다. 소프트웨어에서 구현되는 경우, 그 기법들은, 실행될 경우, 상기 설명된 방법들, 알고리즘들, 및/또는 동작들 중 하나 이상을 수행하는 명령들을 포함하는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 매체에 의해 적어도 부분적으로 실현될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 매체는 패키징 재료들을 포함할 수도 있는 컴퓨터 프로그램 제품의 부분을 형성할 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 메모리 또는 데이터 저장 매체, 이를테면 RAM (random access memory) 이를테면, SDRAM (synchronous dynamic random access memory), ROM (read-only memory), NVRAM (non-volatile random access memory), EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory), FLASH 메모리, 자기 또는 광학 데이터 저장 매체 등을 포함할 수도 있다. 그 기법들은, 추가적으로 또는 대안적으로, 전파된 신호들 또는 파들과 같이, 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 프로그램 코드를 운반 또는 통신하고 그리고 컴퓨터에 의해 액세스, 판독, 및/또는 실행될 수 있는 컴퓨터 판독가능 통신 매체에 의해 적어도 부분적으로 실현될 수도 있다.
프로그램 코드는, 하나 이상의 디지털 신호 프로세서들 (DSP들), 범용 마이크로프로세서들, 주문형 집적 회로들 (ASIC들), 필드 프로그래밍가능 로직 어레이들 (FPGA들), 또는 다른 균등한 집적된 또는 별개의 로직 회로부와 같은 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수도 있는 프로세서에 의해 실행될 수도 있다. 이러한 프로세서는 본 개시에서 설명된 기법들 중 임의의 기법을 수행하도록 구성될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안적으로, 그 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 프로세서는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서 구현될 수도 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "프로세서" 는 전술한 구조, 전술한 구조의 임의의 조합, 또는 본 명세서에서 설명된 기법들의 구현에 적합한 임의의 다른 구조 또는 장치 중 임의의 것을 지칭할 수도 있다.
Claims (20)
- 음향 신호 기반 분석의 방법으로서,
샘플의 적어도 일부로 적어도 하나의 음향 여기 신호를 전송하는 단계로서, 상기 샘플은 배터리의 컴포넌트와 연관된 시트 또는 필름을 포함하는, 상기 적어도 하나의 음향 여기 신호를 전송하는 단계;
상기 샘플의 상기 일부로 상기 적어도 하나의 음향 여기 신호를 전송하는 것에 응답하여 음향 응답 신호 데이터를 수신하는 단계;
상기 음향 응답 신호 데이터에 기초하여 상기 샘플과 연관된 적어도 하나의 메트릭을 결정하는 단계; 및
상기 샘플과 연관된 상기 적어도 하나의 메트릭을 참조 샘플의 대응하는 하나 이상의 참조 메트릭과 비교하는 것에 기초하여 상기 샘플의 하나 이상의 특성들을 검출하는 단계를 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 음향 응답 신호를 수신하는 단계는,
적어도 하나의 트랜스듀서에 의해, 상기 샘플의 2 이상의 부분들이 2 이상의 시점들에서 상기 적어도 하나의 트랜스듀서와 접촉하거나 상기 적어도 하나의 트랜스듀서의 임계 근접성 내에 있도록 상기 샘플을 이동시킴으로써, 2 이상의 시점들에서 상기 샘플의 상기 2 이상의 부분들으로부터 상기 음향 응답 신호 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 샘플은 하나 이상의 롤러들을 사용하여 이동되며, 상기 하나 이상의 롤러들 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 트랜스듀서를 하우징하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 샘플은 하나 이상의 웨지들을 사용하여 이동되며, 상기 하나 이상의 웨지들 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 트랜스듀서를 하우징하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 음향 여기 신호는 도파관들을 사용하여 전송되며; 또는
상기 음향 응답 신호 데이터는 상기 도파관들을 사용하여 수신되는 것 중 적어도 하나인, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 도파관들은 상기 샘플을 이동시키기 위한 하나 이상의 웨지들 또는 하나 이상의 롤러들에 배치되는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서
상기 샘플의 2 차원 영역에 걸친 상기 샘플의 음향 신호 기반 공간 분석에 기초하여 상기 음향 응답 신호 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 메트릭은,
상기 샘플과 상기 참조 샘플을 통과하는 음향 신호들의 비행 시간들의 시프트;
손상된 샘플 및 상기 참조 샘플을 포함하는 상기 샘플에 대해 수행된 상기 음향 신호 기반 분석에 기초한 음향 신호 데이터의 유사성 또는 비유사성, 상기 참조 샘플은 원래의, 공칭의, 또는 예상된 샘플을 포함함;
중심 주파수들; 또는
상기 음향 신호 데이터의 제곱 평균 제곱근 진폭들 중 하나 이상을 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 샘플은 상기 배터리에 사용되는 세퍼레이터를 포함하고,
상기 하나 이상의 특성들은,
손상되거나, 구멍이 있거나, 찢어지거나, 접힌 상기 세퍼레이터의 하나 이상의 부분들;
폴리머 덩어리들, 큰 기공들 또는 오염 입자들을 포함하는 하나 이상의 생산 불균일성들;
다공성;
질량 로딩;
두께; 또는
균일성 중 적어도 하나를 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 샘플은 상기 배터리에 사용되는 전극을 포함하고,
상기 하나 이상의 특성들은,
다공성, 국부 밀도, 질량 로딩, 입자 응집 및 입자 크기 분포의 캘린더 및/또는 비캘린더 전극 코팅 불일치;
활물질, 전도성 첨가제 및 바인더 간의 응집력;
보이드, 긁힘 또는 균열을 포함하는 손상;
금속 또는 비금속 입자를 포함하는 기포 및 오염 입자를 포함하는 이물질 포함;
전극 코팅의 박리 또는 벗겨짐;
전극 코팅과 금속 집전체 사이의 결합 해제;
집전체와 코팅 사이의 접착; 또는
다공성 또는 밀도의 표층 변화 중 적어도 하나를 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 음향 신호 기반 분석은,
코팅이 적용되기 전에 박막에 대해 상기 음향 신호 기반 분석을 수행하는 것;
습식 슬러리 코팅이 상기 박막의 제 1 면에 적용된 때에 상기 박막의 상기 제 1 면에 대해 상기 음향 신호 기반 분석을 수행하는 것;
습식 슬러리 코팅이 상기 박막의 제 2 면에 적용된 때에 상기 박막의 상기 제 2 면에 대해 상기 음향 신호 기반 분석을 수행하는 것; 그리고
건조 오븐에서 상기 박막의 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 상의 상기 습식 슬러리 코팅들이 건조된 때에 상기 박막의 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 대해 상기 음향 신호 기반 분석을 수행하는 것에 의해
단계적 방식으로 상기 샘플을 코팅하는 프로세스 동안 상기 샘플에 대해 수행되는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 샘플은 배터리 파우치 패키징을 포함하고,
상기 하나 이상의 특성들은,
셀 밀봉 호일의 누출을 초래하는 핀홀 또는 부적절한 밀봉을 포함하는 손상들; 또는
폴리머 용융 접착제 층 (일반적으로 DNP 제품 설명서에 따른 PP/PPa), 나일론 보호 층, 알루미늄 호일 층, 또는 PET 보호 층의 일관성이 없거나 균일하지 않거나 누락된 영역들을 포함하는 손상들을 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 샘플은 집전체를 포함하고,
상기 하나 이상의 특성들은,
전극 코팅이 도포되기 전, 전극 활물질이 코팅된 후, 건조 후, 및 캘린더링 후 상기 집전체에 있어서의 접힘, 균열, 구멍, 및 구부러짐을 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 참조 샘플의 상기 하나 이상의 대응하는 메트릭은 원래의, 공칭의, 또는 예상된 샘플에 대한 메트릭인, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 메트릭은 비행 시간 (time-of-flight), 스펙트럼 중심, 제 1 골 크기 대 중심 주파수 확산, 및/또는 샘플 신호 강도 중 하나 이상을 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 1 항에 있어서
상기 비교를 위해 상기 적어도 하나의 메트릭을 박막 품질 지수로 집성하는 단계를 더 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 샘플 및 상기 참조 샘플은 단면 코팅된 캐소드 또는 애노드, 집전체, 또는 양면 코팅된 전극 중 하나 이상을 포함하는, 음향 신호 기반 분석의 방법. - 음향 신호 기반 분석을 수행하도록 구성된 장치로서,
배터리의 컴포넌트와 연관된 시트 또는 필름을 포함하는 샘플에 대해 수집된 음향 응답 신호 데이터에 기초하여 상기 샘플과 연관된 적어도 하나의 메트릭을 결정하고; 그리고
상기 샘플과 연관된 상기 적어도 하나의 메트릭을 참조 샘플의 대응하는 하나 이상의 참조 메트릭과 비교하는 것에 기초하여 상기 샘플의 하나 이상의 특성들을 검출하기 위해
메모리에 저장된 컴퓨터 판독 가능 명령들을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 음향 신호 기반 분석을 수행하도록 구성된 장치. - 제 18 항에 있어서,
샘플의 적어도 일부로 적어도 하나의 음향 여기 신호를 전송하는 것으로서, 상기 샘플은 배터리의 컴포넌트와 연관된 시트 또는 필름을 포함하는, 상기 적어도 하나의 음향 여기 신호를 전송하고;
상기 샘플의 상기 일부로 상기 적어도 하나의 음향 여기 신호를 전송하는 것에 응답하여 음향 응답 신호 데이터를 수신하도록
구성된 하나 이상의 트랜스듀서들을 더 포함하는, 음향 신호 기반 분석을 수행하도록 구성된 장치. - 컴퓨터 판독가능 명령들을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서,
상기 컴퓨터 판독가능 명령들은, 음향 신호 기반 분석을 수행하도록 구성된 장치에 의해 실행될 때, 상기 장치로 하여금,
샘플의 적어도 일부로 적어도 하나의 음향 여기 신호를 전송하게 하는 것으로서, 상기 샘플은 배터리의 컴포넌트와 연관된 시트 또는 필름을 포함하는, 상기 적어도 하나의 음향 여기 신호를 전송하게 하고;
상기 샘플의 상기 일부로 상기 적어도 하나의 음향 여기 신호를 전송하는 것에 응답하여 음향 응답 신호 데이터를 수신하게 하며;
상기 음향 응답 신호 데이터에 기초하여 상기 샘플과 연관된 적어도 하나의 메트릭을 결정하게 하고; 및
상기 샘플과 연관된 상기 적어도 하나의 메트릭을 참조 샘플의 대응하는 하나 이상의 참조 메트릭과 비교하는 것에 기초하여 상기 샘플의 하나 이상의 특성들을 검출하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
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