锂离子电池生产的质量保证和可持续性

由于各国政府旨在减少温室气体排放和减缓气候变化影响的举措，可再生能源和绿色能源在全球范围内得到越来越多的应用。即将到来的限制汽车用内燃机也在推动研究和开发更有效的储能和限制环境污染的方法，锂离子电池技术处于这些努力的前沿。然而，制造商很难在扩大生产以满足不断增长的需求和保持消费者期望的高质量之间取得平衡。市场需要能量密度更高、重量更轻、充电速度更快的电池，这些电池必须能够快速、经济地批量生产。即使是在生产过程早期出现的非常小的不规则情况也会对最终产品的功能和安全性产生重大影响。

图1:锂离子电池的一些关键应用

因此，通过持续的过程监测，尽快可靠地检测出锂离子电池组件中的缺陷，以确保最佳的性能和安全水平是至关重要的。早期缺陷识别还可以减少原材料浪费，并将维修或质量控制故障调查期间昂贵的生产停机风险降至最低，这可能会侵蚀公司的利润。厚度、外涂层、正极层、隔膜膜等都可能出现不均匀现象，切屑、剥落材料也是潜在的危害。任何电池组件的缺陷都可能对安全产生严重影响，除了危及完整电池的整体性能外，还可能引发火灾风险。

为您的应用寻找理想的测量解决方案

幸运的是，有一些工具可以提供全面的分析制造过程，可以在早期发现问题，并快速追溯到其源头。这些系统可以准确、可靠地确定阳极、阴极和分离膜的化学成分和结构，以及涂层材料的粘度等方面。这确保了有缺陷或不合格的材料在被纳入最终产品之前被分离。

图2:在线计量系统用于隔膜膜制造过程中，以识别不良材料

制造阶段，使用的材料，和最终单元的几何形状都决定应使用的测量设备。例如，在电极涂层过程中，在线测量的可能性是多样的。然而，基于目标材料的吸收率和基重，beta射线技术往往最适合这种应用，因为它可以以较高的精度和分辨率区分基材和涂层。此外，隔膜膜是一种低密度聚合物，这意味着大多数辐射都会很快穿过它，即使是低能x射线测量解决方案也会受到环境因素的严重影响。因此，为了获得所需的动态分辨率，红外或贝塔技术更适合用于测量分离膜。在线测量技术使用基于这些技术的传感器来测量厚度和均匀性，确保薄膜在最终单元中发挥关键作用。

图片3:端到端的电极涂覆过程在各个阶段进行监控

优化您的在线测量系统，以产生最佳结果

一旦您选择了在线测量系统，正确校准它并确保它适合您的应用程序是很重要的。例如，扫描速度越快，可以测量的材料就越多，但可能以降低精度为代价。当传感器响应不能跟上扫描速度时，就会发生这种情况，从而产生边缘和缺陷的模糊图像。在这种情况下，为了生成更清晰的图像，有必要放慢扫描仪的速度以匹配传感器。

另一个需要考虑的方面是来源的形状;光束应该是窄的，因为较宽的光束会在图像边缘产生模糊的加载数据。线源将有助于实现更高的分辨率，并可以可视化表面上的边缘缺陷、条纹、皱纹和划痕。此外，扫描仪框架中的张力变化和不对中经常会导致源和检测器之间的不对中，从而导致测量误差。因此，必须尽量减少颤振的影响，并确保扫描仪导轨在使用前始终平行。框架的热膨胀也会影响结果，因此将热稳定框架与温度补偿和算法结合起来特别重要，这些算法可以解释框架设计中的任何变化。

无论一个系统有多强大，或者它的校准有多好，它都需要服务和维护来保持最佳状态并防止技术问题。现在，许多在线测量系统都能够进行远程监控和持续的自我诊断，在操作人员意识到问题之前就向场外技术团队发送通知。这种先发制人的维护减少了生产停机时间，让客户安心。

总结

通过加强可再生能源的储存，可以减轻全球气候变化的影响，特别是更高效、更广泛的锂离子电池的制造和回收，可以在很大程度上支持这一目标。实时在线测量系统帮助制造商保持锂离子电池的质量和安全性，同时最大限度地提高生产率和工艺效率，使这些多功能产品更广泛地应用于更广泛的应用领域。

*所有图片由赛默飞世尔科技公司提供。

作者简介

Chris Burnett在美国伍斯特理工学院学习物理，曾在赛默飞世尔科技公司担任多个职位，包括传感器开发总监和公司平板测量业务部门的系统集成和系统生产经理。Chris拥有超过25年的经验，目前担任高级现场营销经理，帮助推动电池行业的解决方案。