锂电池极片净涂量测量-超声波测厚技术

1、锂电极片净涂量测量需求

锂电池极片由集流体、A面和B面涂层组成，涂层厚度的一致性，是锂电池极片的核心控制参数，对锂电池安全、性能和成本有着至关重要的影响，因此锂电池制造对检测设备有着极高的要求。

2、驾驭极限产能的射线透射法测量

古天乐代言太阳集团城网址是国际领先的极片测量方案系统集成商，通过长达十多年的潜心研发，具备了射线面密度测量、激光测厚、CDM射线激光一体机测量等一系列高精度、高稳定性的测量设备，能够在线监控锂电极片的净涂量、厚度、削薄区的厚度和面密度等核心指标，为锂电池的精密制造赋能。

同时古天乐代言太阳集团城网址也在进行前瞻性的无损检测技术变革，目前已推出了基于固态半导体探测器的Super X-Ray面密度测量仪和基于红外光谱吸收原理的红外测厚仪。Super X-Ray面密度测量仪可以满足客户高速、宽幅、高响应性和削薄测量的需求；红外测厚仪能够对有机材料进行厚度的精准测量，精度优于进口设备。

图1 Super X-Ray面密度测量仪

3、超声波测厚技术

古天乐代言太阳集团城网址作为极片测量领域的领导者，一直致力于研发创新技术。除了上述无损检测方案，超声波测厚技术也在古天乐代言太阳集团城网址的研发序列之内。相比较于其他检测方案，超声波测厚有如下特点：

3.1超声波测厚原理：
超声波测厚，是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲波被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测物料的厚度。

H=1/2*(V*t)

几乎所有由金属、塑料、复合材料、陶瓷、玻璃、玻璃纤维或橡胶制成的产品都可测量，可广泛应用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域。

3.2 超声波测厚优势：

传统的锂电极片净涂量的方案为使用射线透射法测量总涂量，使用总重扣减的方式获得净涂量，而超声波测厚由于其测量原理的不同可以直接测得锂电极片的净涂量。

①超声波由于波长较短，有较强的穿透性，适用的材料范围广；

②超声波声束能集中在特定的方向上，在介质中沿直线传播，具有良好的指向性；

③无辐射，不用考虑安全问题。

然而，尽管超声波测厚具有如此优势，但相对于古天乐代言太阳集团城网址已经推向市场的几种测厚技术，超声测厚有如下应用限制：

3.3 超声波测厚的应用限制：

①超声换能器：即本文提到的超声探头，超声换能器是超声波检测仪器中核心部件，能够发射和接收脉冲波，其中的核心指标工作频率和计时精度决定了测厚精度，目前高端的超声换能器还是依赖国外进口，且价格昂贵；

②材料均匀性：在基本原理中提到，超声波会在材料分界面时被反射回来，实际上这种反射是由于声阻抗的突变造成的，而声阻抗的均匀性是由材料均匀性决定的，若被测材料不均匀，回波信号会产生很多噪点，影响测量结果；

③粗糙度：被测物表面粗糙度大，会造成反射回波低，甚至无法接收回波信号的情况；

④温度：超声波的本质是介质粒子的机械振动以波的形式进行传播，这种传播离不开介质粒子相互作用力，而介质粒子本身的热运动的宏观表现就是温度，热运动自然会影响介质粒子之间的相互作用力。所以温度对测量结果的影响是很大的。

对于脉冲回波原理的常规超声测厚，如果我们的手温影响了探头温度的话，仪器的零点就会发生漂移，这就是温度对超声波测厚影响最典型的例子；

⑤稳定性：由于声波是介质粒子的机械振动以波的形式进行传播，容易受到外界干扰，采集的信号不稳定；

⑥耦合介质：超声波在空气中衰减严重，而在液体和固体中能够很好的传播，为了能够更好地接收到回波信号，通常需要在超声探头与被测物之间添加液体耦合介质，不利于在线自动化检测方案开发；
其他如超声波的相位颠倒或失真、被测物表面的曲率、锥度或偏心度都对测量结果有着不同程度的影响。

由此可见，超声测厚目前虽然有很多优势，但是也因为具有较多的局限性，目前还无法与其他的几种测厚方式相比拟。

3.4古天乐代言太阳集团城网址超声测厚研究进展

一直以来，古天乐代言太阳集团城网址始终坚持潜心研发，有深厚的研发能力和前瞻能力，而在超声波测厚领域的研究也早有进展。其中部分研究成果展示如下：

3.4.1 实验条件

将阳极极片固定在工作台上，使用自主研发的高频超声波探头进行定点测量。

图2 超声波测厚测量方法

3.4.2 实验数据

实验数据呈现方式采用A-scan和B-scan，其中A-scan横坐标代表超声波传输时间，纵坐标代表反射波强度；B-scan以二维图像显示与声速传播方向平行且与被测物的测量表面垂直的剖面。
从A-scan可看出，在石墨与铜箔2种材料交界处返回的脉冲波幅值明显高于其他波形，通过计算超声波在石墨介质中的声程，从而得到石墨涂层的厚度。
在Point1和Point2两个位置共测试了5次数据，在Point1位置石墨的声程都是0.0340us，在Point2位置石墨的声程都是0.0300us，重复精度非常高：