OptiSense在线膜厚测试系统在锂离子电池生产中的应用

为了生产出质量优良的锂离子电池，应在制造过程的早期即进一步加工之前进行缺陷检测。到目前为止，只是在电池制造过程结束时，进行了生产终点检查。即使在终点，也几乎没有任何测试程序可用于这些苛刻的任务，因为传统的测量方法（如涡流传感器）会通过直接机械接触损害样品。借助OptiSense开发的光热测量技术，锂离子电池制造商现在可以在生产过程中进行电池组件的“预警测试”。

光热法膜厚测试系统在电池生产过程中的测试

为了在早期阶段及早检测各种电池的制造故障，OptiSense公司开发了一种测试系统，该系统主要依靠光热能量，以非接触和非破坏的方式确定涂层厚度。利用涂层和基体的不同热传导特性来确定绝对涂层厚度。

基本原理是：在涂层表面用一个短而强烈的光脉冲进行加热，将热量将散发到更深的区域而再次冷却。涂层越薄，温度下降越快。随时间变化的温度曲线用快速、高灵敏度的红外传感器记录，并转换成相应的涂层厚度。

得益于微小的测量点，可以精确测量最小部件的角和边缘。获得的数据与生产线其它设备进行整合，并做出评估和优化，使电池制造商能够识别故障模式、优化生产流程并建立全面的生产数据管理。这为电池生产中的全新质量标准铺平了道路。

电池制造工艺

在以下所示的电池制造流程中，可以使用OptiSense膜厚测试系统在不同的生产阶段测试电池。其中，在线检测系统无需接触敏感表面，在生产过程中可以检测涂层厚度。

浆料涂覆层的测量

首先，将正负极浆料涂覆在薄箔的金属载体之上。阴极浆料涂在铝箔上，阳极浆料涂在铜箔上。在OptiSense膜厚测试系统的帮助下，可以在工艺的早期检查涂层厚度的质量，并直接测试湿膜厚度。该方法已在实验室的系列测试中成功地在电极上进行了应用。

浆料被涂覆在箔的两侧，然后进行干燥。通过检测有缺陷的涂层，可避免干燥龟裂。仔细的控制该处理步骤，可以节省大量成本。基于“Paint Checkering Industrial Tube”传感器的强大功能，模块化的系统特别适合于这一要求苛刻的任务。它能够无缝集成到生产线的自动化过程中。

使用OptiSense膜厚测试系统进行电极测试

在接下来的流程中，涂覆的箔经过轧机/压延机。在此过程中，向涂层施加压力，使涂层厚度均匀；所允许的公差为几个微米。OptiSense膜厚测试系统可以检查轧制箔的涂层厚度，即铜箔上的阳极材料（石墨）和铝箔上的阴极材料（锂化合物）。OptiSense膜厚测试系统的短测量时间非常适合锂离子电池生产中压延过程的非接触式在线表征。为此，传感器可安装在轧机上的不同位置。通过将多个单独的传感器组合成传感器阵列，使测量可靠性提高。同时，该系统出现错误测量的概率极低。

卷材测试

箔带对于电池单元来说太宽，因此被切成窄条。这条又长又窄的电极带被机器切割成合适的长度。安装在两个电极之间的隔膜也被切割成一定长度。除了干燥和压延过程之外，OptiSense膜厚测试系统还可以检测不均匀的涂层而不接触表面，从而避免成本高昂的废品。

电池封装及外壳上的绝缘漆涂层厚度测量

涂覆的电极箔干燥、轧制并切割成一定尺寸后，将其组装成电池单元。叠片机将不同的箔片堆叠在一起，从而形成电池单元。多余的箔片被切断，从而使电极达到均匀的尺寸。用铝箔包裹聚合物电池堆，并密封防水。或者在圆柱形电池中，将电池组封装在密封的金属外壳中并激光焊接。外壳上有一层油漆涂层，将最终电池组件中的电池彼此隔离。目前已经有多条生产线上采用OptiSense在线膜厚测试系统进行了绝缘漆涂层厚度的在线测试。

绝缘漆涂层厚度是功能关键特性，因此必须可靠地检测各种类型的涂层缺陷，如由油漆流动造成的涂层不均匀，以及损坏、划痕、裂纹、灰尘或棉绒等截留颗粒。因此，非接触式测试是品控所严格要求的：涂层后，每个单体电池立即在传送带上移动到测量站。在不接触电池的情况下，通过OptiSense在线膜厚测试系统在几个位置快速检查涂层的厚度。传统的单点传感器从一个测量点移动到下一个测量点会消耗很长时间，而且市场上现有的传统传感器太大，无法同时进行多点测量, 所有的这些局限，严重的影响了生产节奏。

生产的需求即是技术进步的推动力。OptiSense开发了全新的自动化系统，该系统可以同时测量多个点，并且极大的缩小传感器的物理尺寸，可以在有限的空间中相邻放置。PaintChecker工业型测量仪，一种用于非接触、无损涂层厚度测量的光热测量系统，可以同时控制多个传感器探头。它适用于金属、橡胶和陶瓷上的油漆、清漆、浆状有机涂层和固化的有机涂层。该系统由一个中央系统控制，最多可连接八个传感器。Paint Checker工业型测量仪具有与上游PLC联接的各种接口，可将测试系统和控制软件完全整合和集成到生产线中。

电迁移应用的性能参数

通过将光学器件的光路折叠90°，可以缩短传感器头，使其适应极其狭窄的安装环境。使用重量仅为150克的角度传感器，可以在40毫米的安装深度内快速、准确、可重复地测量高达300微米的涂层厚度。目前多条涂层生产线配备了新的OptiSense测试系统，并取得了令人满意的结果。

作为一个关键性的质量参数，涂层厚度对测量的准确性和再现性有严格的要求。作为测量设备能力分析的一部分，Optisense的光热测量过程再次证明了其先进性。经过6个半小时的耐久性测试，超过2900个测量周期，测量的标准偏差低于半微米，因此远比传统涡流或磁感应测量方法准确。

电池生产数字化

伴随着工业生产数字化转型的过程，电池单元和模组生产的网络化、数字化对质量保证发挥着越来越重要的作用。工业制造的数字化是优化整个生产链从而提高企业竞争力的关键。

OptiSense正在测试创新的数据驱动方法，用于行业相关试验线的过程监控、控制和质量保证。通过这种方式，可以以模块化和基于需求的方式设计电池生产流程，以显著提高产品质量并提高电池生产的利润率。

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