Berührungslose Dickenmessung von Batteriematerialien: Inline-Messung von Separatoren und Elektroden mit nur einer Einheit
Messen Sie die Dicken von Separatoren, Elektroden und Beschichtungsschichten berührungslos mit einem mehrfarbigen konfokalen koaxialen Wegmesssensor. Er unterstützt sowohl beidseitige (Sandwich-) als auch einseitige Messungen und ermöglicht eine Inline-Dickenkontrolle unmittelbar nach dem Beschichten oder Pressen.
Drei Gründe, warum die Dickenmessung von Batteriematerialien schwierig ist
Dickenschwankungen bei Separatoren und Elektroden wirken sich direkt auf Batteriekapazität, Sicherheit und Ausbeute aus. Die Wahl des falschen Messverfahrens führt zu Defekten und Ausschuss.
Dickenschwankungen führen direkt zu ungleichmäßiger Kapazität und internen Kurzschlüssen
Wenn die Beschichtungsdicke der Elektrode schwankt, wird die Menge an Aktivmaterial ungleichmäßig, was zu Kapazitätsunterschieden zwischen Zellen und zu ungleichmäßigem Laden/Entladen führt. In Bereichen, in denen der Separator dünn ist, rücken Plus- und Minuselektrode näher zusammen, wodurch das Risiko interner Kurzschlüsse, Wärmeentwicklung und Entzündung steigt. Die Elektrodendickentoleranz wird nach dem Pressen im Allgemeinen innerhalb von ±2 bis 5 µm kontrolliert, wofür eine Messung mit einer Wiederholgenauigkeit der 0,1-µm-Klasse erforderlich ist. Wenn die Dicke nicht stabil kontrolliert wird, nehmen die Auslieferung fehlerhafter Produkte und Entsorgungsabfälle zu.
Grenzen von Kontakt- und Betastrahlenverfahren vor Ort
Kontaktverfahren wie Mikrometer erschweren eine kontinuierliche Messung während des laufenden Transports, und das Andrücken an eine weiche Beschichtungsschicht verursacht Verformungen und Kratzer. Obwohl das Betastrahlenverfahren berührungslos ist, erfordert es Strahlungsquellenmanagement, qualifiziertes Personal und kontrollierte Bereiche, wodurch die Hürden für Einführung und Betrieb in der Praxis hoch sind. Es besteht Bedarf an einem Messverfahren, das mit Produktionsgeschwindigkeiten Schritt halten kann, ohne durch Vorschriften oder Kontakt beeinflusst zu werden.
Transparente, mehrschichtige und Kupferfolienprozesse sind schwer zu messen
Separatoren und Beschichtungsschichten sind halbtransparent, und allgemeine Wegmesssensoren können Reflexionen von Vorder- und Rückseite nicht trennen, was zu Fehlern führt. Stromableiter weisen außerdem mehrschichtige Konfigurationen aus Kupferfolie und Aluminiumfolie auf, sodass die Dicke jeder Schicht separat gemessen werden muss. Darüber hinaus erschweren in Batterieprozessen Anforderungen zur Vermeidung von Vorrichtungen aus Kupfer und Kupferlegierungen sowie Einschränkungen der Installationsumgebung wie Trockenräume und explosionsgeschützte Umgebungen unmittelbar nach dem Beschichten die Messung.
Herstellungsprozesse von Batteriematerialien und Punkte der Dickenmessung
Durch die Erfassung der Dicke in jedem Prozess vom Beschichten bis zum Stapeln können Schwankungen und Defekte frühzeitig erkannt werden.
- 1 Beschichten – Dickenmessung ①. Aktivmaterial-Slurry wird auf die Stromableiterfolie aufgetragen. Die Gesamtdicke unmittelbar nach dem Beschichten und vor dem Trocknen wird gemessen, wodurch sofortige Rückmeldung zur Beschichtungsmenge ermöglicht wird. Mit einem explosionsgeschützten Sensorkopf ist die Messung auch vor dem Trocknungsprozess in einer Lösungsmittelatmosphäre möglich.
- 2 Trocknen – Das Lösungsmittel wird verdampft, um die Beschichtungsschicht zu fixieren. Die Elektrodendicke nach dem Trocknen wird gemessen, um die Referenzwerte für Flächengewicht und Dichte zu kontrollieren.
- 3 Walzenpressen – Dickenmessung ②. Die Elektrode wird unter Druck gesetzt, um die Dichte zu erhöhen. Die Dicke nach dem Pressen wird durch beidseitiges Erfassen gemessen, um einseitigen ungleichmäßigen Verschleiß der Walzen oder Dickenschwankungen zu erkennen.
- 4 Schlitzen, Wickeln/Stapeln – Dickenmessung ③. Elektrode und Separator werden auf eine vorgegebene Breite geschnitten und laminiert. Die Dicke und Breite des Separators nach dem Stapeln werden berührungslos bestätigt, um die Endqualität vor der Montage sicherzustellen.
Vergleich von Verfahren zur Dickenmessung von Batteriematerialien
Je nach Messverfahren gibt es erhebliche Unterschiede bei Berührungslosigkeit, gesetzlichen Vorschriften, Kompatibilität mit transparenten Objekten und Inline-Eignung.
| Vergleichspunkte | Modellreihe CL-3000 (mehrfarbig konfokal/koaxial) | Betastrahlenverfahren | Kontaktverfahren (Mikrometer usw.) |
|---|---|---|---|
Berührungslosigkeit/Auswirkung auf das Messobjekt |
Modellreihe CL-3000 (mehrfarbig konfokal/koaxial)
○ Berührungslos, zerkratzt das Messobjekt nicht
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Betastrahlenverfahren
○ Berührungslos
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Kontaktverfahren (Mikrometer usw.)
× Verformung/Kratzer durch Anpressen
|
Strahlenschutz und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften |
Modellreihe CL-3000 (mehrfarbig konfokal/koaxial)
○ Nicht erforderlich
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Betastrahlenverfahren
× Strahlenquellenverwaltung, qualifiziertes Personal und Kontrollbereiche sind erforderlich
|
Kontaktverfahren (Mikrometer usw.)
○ Nicht erforderlich
|
Messung transparenter/halbtransparenter Objekte |
Modellreihe CL-3000 (mehrfarbig konfokal/koaxial)
○ Separate Messung von Vorder- und Rückseite (ab 15 µm)
|
Betastrahlenverfahren
△ Abhängig von Dichte und Material
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Kontaktverfahren (Mikrometer usw.)
× Schwierig
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Einseitige und beidseitige (Sandwich-)Messung |
Modellreihe CL-3000 (mehrfarbig konfokal/koaxial)
○ Unterstützt sowohl einseitige als auch beidseitige (Sandwich-)Messungen
|
Betastrahlenverfahren
△ Eine Transmissionsanordnung ist erforderlich
|
Kontaktverfahren (Mikrometer usw.)
△ Nur einseitiger Kontakt
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Mehrschicht-Dickenmessung (Schicht für Schicht) |
Modellreihe CL-3000 (mehrfarbig konfokal/koaxial)
○ Trennt Reflexionen von Vorder- und Rückseite
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Betastrahlenverfahren
× Nur Gesamtdicke
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Kontaktverfahren (Mikrometer usw.)
× Nicht möglich
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Kontinuierliche Inline-Messung |
Modellreihe CL-3000 (mehrfarbig konfokal/koaxial)
○ Messung während der Bewegung mit Hochgeschwindigkeitsabtastung
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Betastrahlenverfahren
○ Möglich
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Kontaktverfahren (Mikrometer usw.)
× Anhalten erforderlich
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Vermeidung von Kupfer/Kupferlegierungen / Einsetzbar unmittelbar nach der Beschichtung |
Modellreihe CL-3000 (mehrfarbig konfokal/koaxial)
○ Kompatibel mit vollständig aus SUS gefertigten Vorrichtungen und explosionsgeschützten Sensorköpfen
|
Betastrahlenverfahren
△ Abhängig von der Konfiguration
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Kontaktverfahren (Mikrometer usw.)
△ Abhängig von der Konfiguration
|
Warum die Modellreihe CL-3000 wählen?
Die Modellreihe CL-3000 verwendet ein mehrfarbiges konfokales Verfahren, das keine Strahlenschutzmaßnahmen erfordert, und ermöglicht so die hochgenaue, berührungslose Messung transparenter und mehrschichtiger Batteriematerialien wie Separatoren und Beschichtungsschichten. Sie unterstützt sowohl einseitige als auch beidseitige Messungen (Sandwich-Messungen) und ist für explosionsgefährdete Umgebungen unmittelbar nach der Beschichtung sowie für Prozesse geeignet, bei denen Kupfer vermieden werden muss. Sie ermöglicht eine Inline-Dickenkontrolle und beseitigt zugleich die Einschränkungen von Betastrahlen- und Kontaktverfahren.
Modellreihe CL-3000 für die Dickenmessung von Batteriematerialien
Dieser koaxiale Wegmesssensor verwendet ein mehrfarbiges konfokales Verfahren und ist für die Dickenmessung von Batteriematerialien in Prozessen mit transparenten Materialien, mehrschichtigen Materialien und Kupferfolie geeignet.
Kompatibel mit der Dickenmessung von Batteriematerialien - Modellreihe CL-3000
Konfokaler Wegmesssensor
Mit dem mehrfarbigen konfokalen Verfahren und dem Quad-Verarbeitungssystem kann eine einzelne Einheit verschiedene Messobjekte wie transparente, raue und mehrschichtige Oberflächen hochgenau messen. Die Dickenmessausführung CL-S015 bietet eine Auflösung von 0,003 µm und eine Linearität von ±0,1 µm (Hochgenauigkeitsbereich). Die spezielle Justiervorrichtung OP-88864 ist vollständig aus Edelstahl (SUS) gefertigt und mit Batterieprozessen, bei denen Kupfer und Kupferlegierungen vermieden werden müssen, sowie mit Trockenreinräumen kompatibel. Die Funktion zur Ausrichtung der optischen Achse unterdrückt auch bei beidseitiger Messung Fehler, die durch eine Fehlausrichtung der optischen Achse verursacht werden. Die explosionsgeschützte Ausführung CL-S015EX (kompatibel mit Zone 0/Division 1) ermöglicht die Gesamtdickenmessung unmittelbar nach der Beschichtung und vor der Trocknung. Die Steuereinheit CL-3050 kann bis zu 6 Sensorköpfe synchron messen und ermöglicht so eine gemeinsame Mehrpunkt- und beidseitige Dickenkontrolle.
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Anwendungsbeispiele für die Dickenmessung von Batteriematerialien
Die Modellreihe CL-3000 wird zur Dickenmessung verschiedener Batteriematerialien wie Separatoren, Elektroden und Beschichtungsschichten eingesetzt.
Beidseitige Dickenmessung von Separatoren und Elektroden
Durch Einschließen des Messobjekts zwischen zwei Sensorköpfen unterdrückt die Funktion zur Ausrichtung der optischen Achse Fehler, die durch eine Fehlausrichtung der optischen Achse verursacht werden. Dies ermöglicht die hochgenaue, berührungslose Messung der Dicke von Elektroden und Separatoren nach dem Pressen.
Dickenmessung von Elektroden nach dem Pressen
Die Messung ist möglich, ohne durch die Wärmeentwicklung von Walzen oder Elektroden beeinflusst zu werden. Die Steuerung der Presswalzen trägt zur Verbesserung der Ausbeute bei.
Messung von Breite und Gehäusehöhe nach dem Stapeln der Batterie
Die Breite nach dem Stapeln, die mit großen Messschiebern schwer zu messen ist, und die Gehäusehöhe vor dem Einfüllen des Elektrolyten werden mittels koaxialer, berührungsloser Messung erfasst, um die Qualität vor der Montage zu prüfen.
Häufig gestellte Fragen zur Dickenmessung von Batteriematerialien (Modellreihe CL-3000)
F Kann auch die Dicke von transluzenten Separatoren gemessen werden?
A
Ja, das ist möglich. Da das mehrfarbige konfokale Verfahren das von Vorder- und Rückseite reflektierte Licht trennen kann, kann die Dicke transparenter und transluzenter Objekte ab ca. 15 µm berührungslos gemessen werden.
F Kann die Dicke nur von einer Seite gemessen werden, ohne die Elektrode einzuspannen?
A
Ja, das ist möglich. Es werden sowohl einseitige Messung als auch beidseitige Messung durch Einspannen zwischen zwei Sensorköpfen unterstützt. Beim Einspannen unterdrückt die Funktion zur Ausrichtung der optischen Achse Fehler, die durch eine Fehlausrichtung der optischen Achse verursacht werden.
F Kann es Betastrahl-Systeme ersetzen?
A
Ja, das ist möglich. Da das mehrfarbige konfokale Verfahren keine Strahlungsquelle verwendet, sind keine kontrollierten Bereiche und kein qualifiziertes Personal erforderlich. Die hochgenaue Inline-Messung kann berührungslos fortgeführt werden.
F Kann die Messung unmittelbar nach dem Beschichten und vor dem Trocknen durchgeführt werden?
A
Ja, das ist möglich. Mit dem explosionsgeschützten Typ CL-S015EX (kompatibel mit Zone 0/Division 1) kann die Gesamtdicke der Beschichtungsschicht auch vor dem Trocknungsprozess in einer Lösemittelatmosphäre gemessen werden.
F Kann es in Prozessen eingesetzt werden, in denen Kupferfolie und Kupferlegierungen verarbeitet werden?
A
Ja, das ist möglich. Die spezielle Einstellvorrichtung OP-88864 besteht vollständig aus Edelstahl (SUS), sodass sie bedenkenlos in Batterieprozessen eingesetzt werden kann, bei denen Kupfer und Kupferlegierungen vermieden werden müssen, sowie in trockenen Reinräumen.
F Können mehrere Stellen gleichzeitig gemessen werden?
A
Ja, das ist möglich. Der CL-3050 Controller unterstützt die synchrone Messung mit bis zu 6 Sensorköpfen, sodass Mehrpunkt- und beidseitige Dickenmessungen gemeinsam verwaltet werden können.
