激光测厚仪在锂电池极片涂布生产中的应用性

王 莹

（中国科学院工业技术研究院，广东 广州 511458）

锂电池生产环节中，需要对电池的一致性进行控制，涂布极片的密度要具有一致性。射线测厚主要是当射线穿过物质后会发生衰减现象，随着面密度的增加，衰减就越多，从而对衰减量进行测量，就能测量出面密度值。此类方式可以精确的测量到涂布极片的面密度值，具有很高的测量精度，但是其成本非常高，要花大量的资金进行辐射源的管理，防止其对人体产生伤害。

激光测厚仪的精度也能保障，完善涂布测量的精度，在维护上成本不高，在锂电池极片涂布生产中得到了非常广泛的应用。本文分析激光测厚仪的实际应用，分析静态和动态状态下的测量，分析间歇时涂布极片厚度不均匀时的检测，提升检测精度。

1 系统的基本硬件构成

此类系统主要包括作业工作站，其主要由机柜、作业PC和扫描机构构成，扫描机构分别在上部和下部安装了精密的激光位移测量装置，在传感器的运行下，实现共轴测量的方式，上部和下部的表面位移测量中主要是对极片的厚度进行分析，从而可以提升极片动态精度测量的稳定性。系统可以分成刷式、气刀和刮刷式。这类系统的优势也非常明显，变频器能完成对所有张力的控制，传感器进一步实现对张力的控制，系统非常的稳定和简单。采用PLC控制器可以对变频器的运行频率尽心自动调整，可以及时接收到变频器的线速度信号。

在闭环张力控制的环节中，主要是采用矢量控制的方式，从而在减速环节中，确保张力处于恒定的状态，从而节省张力辊的空间，生产成本可以得到有效的控制，也能确保涂布具有均匀性。

2 系统应用软件

锂电池极片涂布生产环节中，采用的激光测厚仪结合了专用性的测量软件，在涂布生产环节中，对涂布的厚度实时分析，形成厚度数据，并且以图线的形式展现出来，对涂布的厚度变化进行分析，从而确保生产人员及时的调整生产。在生产现场，还通过曲线的方式展现温度和湿度的变化，实时的记录极片的长度，给出完整的报告，从而可以做一个全程的分析。

3 静态、动态测量精度评价

静态测量主要是指极片在静止状态下的测量，测厚仪的C架会发生位移，对极片水平方向区域的厚度进行测量。动态测量主要指的是涂布在运行状态下的测量，同时激光测厚仪的C架也同时在运行，测量极片的厚度。两种精度评价可以分析测厚仪的精度是否满足涂布生产中的精度控制要求。

在静态测量环节中，相同的极片样品中，激光测厚仪的量的数值与极片的厚度会产生1微米的误差，平均误差为0.4微米，说明激光测厚仪的测量精度可以保障，可以真实的反映极片的真实厚度。

在动态测量环节中，可以通过软件对涂布正常运行的状态进行模拟，激光测厚仪可以对极片的厚度变化进行检测。测厚仪的测量值与极片的实际厚度误差较小，而且可以实时跟踪测量，说明激光测厚仪可以准确的测量极片的厚度。

4 间歇涂布极片厚度异常区检测精度

在间歇涂布方式采用中，要转移涂布机，按照一定的周期打开背辊，然后再关闭，确保其做加速或者减速运动，从而确保其沿着走带的方向运行。极片的两端会出现厚度异常的情况，两端的厚度与中间区域的厚度差别非常大，在这种情况下，锂电池会产生安全隐患。

所以，在涂布环节中，要对极片两端的厚度进行严格的检测工作，如果仅仅采用传统人工检测的方式，那么此种检测方式的效率低，精度不能保障。

5 激光测厚仪在生产中的应用

传统的涂布生产环节，极片厚度检测主要采用人工方式进行，导致厚度检测的实时性和精确性都不能得到保障，极片常常会发生厚度异常的情况。在最新的研究中，激光在线测厚设备的应用可以发挥较好的效果，其可以与涂布机建立信号连接的方式，测厚仪可以及时的提供极片厚度信息，涂布机可以及时接收到信息，结合极片的厚度，自动的调整运行方式。激光测厚仪主要是采用闭环系统，在线测厚设备将极片厚度数据实时的传送到闭环系统中，可以对涂布机极片的厚度实时分析，判断极片的厚度是否符合规定。如果极片较厚或者较薄，那么涂布机的刀辊控制系统就会接受指令，刀辊之间的空间就会得到调整，确保厚度完成调整后，极片会出现在机尾处，在测厚设备完成测试后，将信号重新反馈，闭环系统会再次传输信号，指导测厚设备反馈的数据符合厚度规定。这类闭环系统控制的流程是在涂布生产中不间断进行，从而确保极片的厚度始终符合规定。

6 在线激光测厚仪在锂电池极片制作中的应用

在使用了在线激光测厚仪后，提升了极片的精度后，锂电池极片的生产质量就得到了保障。

6.1 阶梯形变化

在厚度趋势线变化的基础上，可以分析涂布的厚度是否发生了突变，在机头做出厚度调节后，涂布的厚度会发生变化，或者是在设备故障后，涂布的厚度会发生变化。

6.2 单边波形变化

这类厚度变化趋势可以反映厚度在一个方向突然发生变化，一般是以波形的形式呈现，产生这类变化的主要原因在于浆料的粘稠度和温度的剧烈变化导致。如果波动非常趋近与品质要求控制线，应该及时对到辊进行调节，保持一定的间隙，确保涂布的厚度可以恢复正常。

6.3 不规则波浪形变化

如果呈现出此类厚度曲线变化，那么说明厚度在一定区域内发生了不规律的变化，常常呈现波形变化。导致此类厚度变化的原因在于设备的刀辊的间隙过大，或者传动和烘箱的运行不稳定导致。波动情况如果已经超出了涂布品质的要求范围，那么其就会影响涂布生产的稳定性。

7 结语

本文结合相关的测试分析，说明激光测厚仪静态测试的精度可以得到保障，动态测试下可以及时反应极片的厚度变化情况，也能对间歇涂布极片的厚度异常情况进行实时分析。激光厚度一和涂布机闭环系统的结合，提升了涂布厚度测试的自动化水平。

[1]庞可可.激光测厚仪在锂电池极片涂布生产中的应用性研究[J].河南科技,2016(05)：144-145.