激光測厚儀在鋰電池極片涂布生產(chǎn)中的應(yīng)用性

王 瑩

（中國科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院，廣東 廣州 511458）

鋰電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，需要對電池的一致性進(jìn)行控制，涂布極片的密度要具有一致性。射線測厚主要是當(dāng)射線穿過物質(zhì)后會發(fā)生衰減現(xiàn)象，隨著面密度的增加，衰減就越多，從而對衰減量進(jìn)行測量，就能測量出面密度值。此類方式可以精確的測量到涂布極片的面密度值，具有很高的測量精度，但是其成本非常高，要花大量的資金進(jìn)行輻射源的管理，防止其對人體產(chǎn)生傷害。

激光測厚儀的精度也能保障，完善涂布測量的精度，在維護(hù)上成本不高，在鋰電池極片涂布生產(chǎn)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。本文分析激光測厚儀的實際應(yīng)用，分析靜態(tài)和動態(tài)狀態(tài)下的測量，分析間歇時涂布極片厚度不均勻時的檢測，提升檢測精度。

1 系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)成

此類系統(tǒng)主要包括作業(yè)工作站，其主要由機(jī)柜、作業(yè)PC和掃描機(jī)構(gòu)構(gòu)成，掃描機(jī)構(gòu)分別在上部和下部安裝了精密的激光位移測量裝置，在傳感器的運行下，實現(xiàn)共軸測量的方式，上部和下部的表面位移測量中主要是對極片的厚度進(jìn)行分析，從而可以提升極片動態(tài)精度測量的穩(wěn)定性。系統(tǒng)可以分成刷式、氣刀和刮刷式。這類系統(tǒng)的優(yōu)勢也非常明顯，變頻器能完成對所有張力的控制，傳感器進(jìn)一步實現(xiàn)對張力的控制，系統(tǒng)非常的穩(wěn)定和簡單。采用PLC控制器可以對變頻器的運行頻率盡心自動調(diào)整，可以及時接收到變頻器的線速度信號。

在閉環(huán)張力控制的環(huán)節(jié)中，主要是采用矢量控制的方式，從而在減速環(huán)節(jié)中，確保張力處于恒定的狀態(tài)，從而節(jié)省張力輥的空間，生產(chǎn)成本可以得到有效的控制，也能確保涂布具有均勻性。

2 系統(tǒng)應(yīng)用軟件

鋰電池極片涂布生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，采用的激光測厚儀結(jié)合了專用性的測量軟件，在涂布生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，對涂布的厚度實時分析，形成厚度數(shù)據(jù)，并且以圖線的形式展現(xiàn)出來，對涂布的厚度變化進(jìn)行分析，從而確保生產(chǎn)人員及時的調(diào)整生產(chǎn)。在生產(chǎn)現(xiàn)場，還通過曲線的方式展現(xiàn)溫度和濕度的變化，實時的記錄極片的長度，給出完整的報告，從而可以做一個全程的分析。

3 靜態(tài)、動態(tài)測量精度評價

靜態(tài)測量主要是指極片在靜止?fàn)顟B(tài)下的測量，測厚儀的C架會發(fā)生位移，對極片水平方向區(qū)域的厚度進(jìn)行測量。動態(tài)測量主要指的是涂布在運行狀態(tài)下的測量，同時激光測厚儀的C架也同時在運行，測量極片的厚度。兩種精度評價可以分析測厚儀的精度是否滿足涂布生產(chǎn)中的精度控制要求。

在靜態(tài)測量環(huán)節(jié)中，相同的極片樣品中，激光測厚儀的量的數(shù)值與極片的厚度會產(chǎn)生1微米的誤差，平均誤差為0.4微米，說明激光測厚儀的測量精度可以保障，可以真實的反映極片的真實厚度。

在動態(tài)測量環(huán)節(jié)中，可以通過軟件對涂布正常運行的狀態(tài)進(jìn)行模擬，激光測厚儀可以對極片的厚度變化進(jìn)行檢測。測厚儀的測量值與極片的實際厚度誤差較小，而且可以實時跟蹤測量，說明激光測厚儀可以準(zhǔn)確的測量極片的厚度。

4 間歇涂布極片厚度異常區(qū)檢測精度

在間歇涂布方式采用中，要轉(zhuǎn)移涂布機(jī)，按照一定的周期打開背輥，然后再關(guān)閉，確保其做加速或者減速運動，從而確保其沿著走帶的方向運行。極片的兩端會出現(xiàn)厚度異常的情況，兩端的厚度與中間區(qū)域的厚度差別非常大，在這種情況下，鋰電池會產(chǎn)生安全隱患。

所以，在涂布環(huán)節(jié)中，要對極片兩端的厚度進(jìn)行嚴(yán)格的檢測工作，如果僅僅采用傳統(tǒng)人工檢測的方式，那么此種檢測方式的效率低，精度不能保障。

5 激光測厚儀在生產(chǎn)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的涂布生產(chǎn)環(huán)節(jié)，極片厚度檢測主要采用人工方式進(jìn)行，導(dǎo)致厚度檢測的實時性和精確性都不能得到保障，極片常常會發(fā)生厚度異常的情況。在最新的研究中，激光在線測厚設(shè)備的應(yīng)用可以發(fā)揮較好的效果，其可以與涂布機(jī)建立信號連接的方式，測厚儀可以及時的提供極片厚度信息，涂布機(jī)可以及時接收到信息，結(jié)合極片的厚度，自動的調(diào)整運行方式。激光測厚儀主要是采用閉環(huán)系統(tǒng)，在線測厚設(shè)備將極片厚度數(shù)據(jù)實時的傳送到閉環(huán)系統(tǒng)中，可以對涂布機(jī)極片的厚度實時分析，判斷極片的厚度是否符合規(guī)定。如果極片較厚或者較薄，那么涂布機(jī)的刀輥控制系統(tǒng)就會接受指令，刀輥之間的空間就會得到調(diào)整，確保厚度完成調(diào)整后，極片會出現(xiàn)在機(jī)尾處，在測厚設(shè)備完成測試后，將信號重新反饋，閉環(huán)系統(tǒng)會再次傳輸信號，指導(dǎo)測厚設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)符合厚度規(guī)定。這類閉環(huán)系統(tǒng)控制的流程是在涂布生產(chǎn)中不間斷進(jìn)行，從而確保極片的厚度始終符合規(guī)定。

6 在線激光測厚儀在鋰電池極片制作中的應(yīng)用

在使用了在線激光測厚儀后，提升了極片的精度后，鋰電池極片的生產(chǎn)質(zhì)量就得到了保障。

6.1 階梯形變化

在厚度趨勢線變化的基礎(chǔ)上，可以分析涂布的厚度是否發(fā)生了突變，在機(jī)頭做出厚度調(diào)節(jié)后，涂布的厚度會發(fā)生變化，或者是在設(shè)備故障后，涂布的厚度會發(fā)生變化。

6.2 單邊波形變化

這類厚度變化趨勢可以反映厚度在一個方向突然發(fā)生變化，一般是以波形的形式呈現(xiàn)，產(chǎn)生這類變化的主要原因在于漿料的粘稠度和溫度的劇烈變化導(dǎo)致。如果波動非常趨近與品質(zhì)要求控制線，應(yīng)該及時對到輥進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持一定的間隙，確保涂布的厚度可以恢復(fù)正常。

6.3 不規(guī)則波浪形變化

如果呈現(xiàn)出此類厚度曲線變化，那么說明厚度在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)生了不規(guī)律的變化，常常呈現(xiàn)波形變化。導(dǎo)致此類厚度變化的原因在于設(shè)備的刀輥的間隙過大，或者傳動和烘箱的運行不穩(wěn)定導(dǎo)致。波動情況如果已經(jīng)超出了涂布品質(zhì)的要求范圍，那么其就會影響涂布生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

7 結(jié)語

本文結(jié)合相關(guān)的測試分析，說明激光測厚儀靜態(tài)測試的精度可以得到保障，動態(tài)測試下可以及時反應(yīng)極片的厚度變化情況，也能對間歇涂布極片的厚度異常情況進(jìn)行實時分析。激光厚度一和涂布機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)合，提升了涂布厚度測試的自動化水平。

[1]龐可可.激光測厚儀在鋰電池極片涂布生產(chǎn)中的應(yīng)用性研究[J].河南科技,2016(05)：144-145.