Ultraschall-Dickenmesstechnik
1.Bedarf an lLithiumBatterieElektrode Nettobeschichtungsmessung
Die Lithiumbatterieelektrode besteht aus Kollektor und Beschichtung auf den Oberflächen A und B. Die gleichmäßige Schichtdicke ist der wichtigste Kontrollparameter der Lithiumbatterieelektrode und hat einen entscheidenden Einfluss auf Sicherheit, Leistung und Kosten der Lithiumbatterie. Daher werden im Herstellungsprozess von Lithiumbatterien hohe Anforderungen an die Prüfgeräte gestellt.
2. Röntgen-Transmissionsverfahren treffeningdie Grenzkapazität
Dacheng Precision ist ein international führender Anbieter systematischer Elektrodenmesslösungen. Dank mehr als zehnjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit verfügt das Unternehmen über eine Reihe hochpräziser und hochstabiler Messgeräte, wie z. B. Röntgen-/β-Flächendichtemessgeräte, Laserdickenmessgeräte, integrierte CDM-Dicken- und Flächendichtemessgeräte usw., die eine Online-Überwachung der Kernkennwerte von Lithium-Ionen-Batterieelektroden ermöglichen, einschließlich Nettobeschichtungsmenge, Dicke, Dicke des Ausdünnungsbereichs und Flächendichte.
Darüber hinaus führt Dacheng Precision auch Neuerungen in der zerstörungsfreien Prüftechnologie ein und hat ein Super-Röntgen-Flächendichtemessgerät auf Basis von Festkörper-Halbleiterdetektoren sowie ein Infrarot-Dickenmessgerät auf Basis der Infrarot-Spektralabsorption auf den Markt gebracht. Die Dicke organischer Materialien kann präzise gemessen werden, und die Genauigkeit ist höher als bei importierten Geräten.
Abbildung 1 Super-Röntgen-Flächendichtemessgerät
3. UltraschalltDickemMessungtTechnologie
Dacheng Precision engagiert sich seit jeher für die Forschung und Entwicklung innovativer Technologien. Neben den oben genannten Lösungen zur zerstörungsfreien Prüfung entwickelt das Unternehmen auch Ultraschall-Dickenmesstechnik. Im Vergleich zu anderen Prüflösungen weist die Ultraschall-Dickenmessung folgende Merkmale auf:
3.1 Prinzip der Ultraschall-Dickenmessung
Ultraschall-Dickenmessgeräte messen die Dicke nach dem Prinzip der Ultraschallimpulsreflexion. Wenn der von der Sonde ausgesendete Ultraschallimpuls das Messobjekt durchdringt und die Materialgrenzflächen erreicht, wird die Impulswelle zur Sonde zurückreflektiert. Die Dicke des Messobjekts kann durch genaue Messung der Ultraschalllaufzeit bestimmt werden.
H = 1/2 * (V * t)
Auf diese Weise können nahezu alle Produkte aus Metall, Kunststoff, Verbundwerkstoffen, Keramik, Glas, Glasfaser oder Gummi gemessen werden. Das Gerät findet breite Anwendung in der Erdöl- und Chemieindustrie, der Metallurgie, dem Schiffbau, der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen.
3.2AVorteilevon dirUltraschall-Dickenmessung
Die herkömmliche Lösung verwendet die Strahlentransmissionsmethode, um die Gesamtbeschichtungsmenge zu messen und anschließend durch Subtraktion den Wert der Nettobeschichtungsmenge der Lithiumbatterieelektrode zu berechnen. Ein Ultraschall-Dickenmessgerät hingegen kann den Wert aufgrund des anderen Messprinzips direkt messen.
① Ultraschallwellen haben aufgrund ihrer kürzeren Wellenlänge eine hohe Durchdringungskraft und sind auf eine große Bandbreite von Materialien anwendbar.
2. Der Ultraschallstrahl kann in eine bestimmte Richtung konzentriert werden und bewegt sich mit guter Richtwirkung geradlinig durch das Medium.
3. Sie müssen sich keine Sorgen um die Sicherheit machen, da keine Strahlung entsteht.
Trotz dieser Vorteile der Ultraschall-Dickenmessung im Vergleich zu anderen Dickenmesstechnologien, die Dacheng Precision bereits auf den Markt gebracht hat, weist die Anwendung der Ultraschall-Dickenmessung einige Einschränkungen auf, wie folgt.
3.3 Anwendungsgrenzen der Ultraschall-Dickenmessung
① Ultraschallwandler: Der Ultraschallwandler, d. h. die oben erwähnte Ultraschallsonde, ist die Kernkomponente von Ultraschallprüfgeräten und kann Impulswellen senden und empfangen. Seine Kernindikatoren Arbeitsfrequenz und Zeitgenauigkeit bestimmen die Genauigkeit der Dickenmessung. Der aktuelle High-End-Ultraschallwandler ist noch immer auf Importe aus dem Ausland angewiesen, deren Preis hoch ist.
②Materialgleichmäßigkeit: Wie bereits erwähnt, wird Ultraschall an den Materialgrenzflächen reflektiert. Die Reflexion entsteht durch plötzliche Änderungen der akustischen Impedanz, deren Gleichmäßigkeit wiederum von der Materialgleichmäßigkeit bestimmt wird. Ist das zu messende Material nicht gleichmäßig, erzeugt das Echosignal starkes Rauschen, was die Messergebnisse beeinträchtigt.
3 Rauheit: Die Oberflächenrauheit des Messobjekts führt zu einem schwach reflektierten Echo oder sogar dazu, dass das Echosignal nicht empfangen werden kann.
④Temperatur: Das Wesentliche beim Ultraschall ist die Ausbreitung mechanischer Schwingungen von Mediumpartikeln in Form von Wellen, die nicht von der Wechselwirkung der Mediumpartikel getrennt werden können. Die makroskopische Manifestation der thermischen Bewegung der Mediumpartikel selbst ist die Temperatur, und die thermische Bewegung beeinflusst natürlich die Wechselwirkung zwischen den Mediumpartikeln. Daher hat die Temperatur großen Einfluss auf die Messergebnisse.
Bei der herkömmlichen Ultraschall-Dickenmessung auf Basis des Impuls-Echo-Prinzips beeinflusst die Handtemperatur der Person die Temperatur der Sonde und führt so zu einer Drift des Nullpunkts des Messgeräts.
⑤Stabilität: Die Schallwelle ist die mechanische Schwingung von Mediumpartikeln in Form einer Wellenausbreitung. Sie ist anfällig für externe Störungen und das erfasste Signal ist nicht stabil.
⑥ Kopplungsmedium: Ultraschall wird in der Luft gedämpft, kann sich aber in Flüssigkeiten und Feststoffen gut ausbreiten. Um das Echosignal besser zu empfangen, wird üblicherweise ein flüssiges Kopplungsmedium zwischen Ultraschallsonde und Messobjekt eingefügt, was der Entwicklung eines automatisierten Online-Prüfprogramms nicht förderlich ist.
Andere Faktoren wie Ultraschall-Phasenumkehr oder -Verzerrung, Krümmung, Verjüngung oder Exzentrizität der Oberfläche des Messobjekts beeinflussen die Messergebnisse.
Es ist ersichtlich, dass die Ultraschall-Dickenmessung viele Vorteile bietet. Allerdings ist sie derzeit aufgrund ihrer Einschränkungen nicht mit anderen Dickenmessverfahren vergleichbar.
3.4UForschungsfortschritt bei der UltraschalldickenmessungvonDachengPEntscheidung
Dacheng Precision engagiert sich seit jeher in Forschung und Entwicklung. Auch im Bereich der Ultraschall-Dickenmessung wurden Fortschritte erzielt. Einige Forschungsergebnisse sind im Folgenden dargestellt.
3.4.1 Experimentelle Bedingungen
Die Anode ist auf dem Arbeitstisch befestigt und die selbst entwickelte Hochfrequenz-Ultraschallsonde wird zur Fixpunktmessung verwendet.
Abbildung 2 Ultraschall-Dickenmessung
3.4.2 Experimentelle Daten
Die experimentellen Daten werden in Form eines A-Bilds und eines B-Bilds dargestellt. Im A-Bild stellt die X-Achse die Ultraschall-Laufzeit und die Y-Achse die Intensität der reflektierten Welle dar. Das B-Bild zeigt ein zweidimensionales Bild des Profils parallel zur Schallausbreitungsrichtung und senkrecht zur Messoberfläche des Prüfobjekts.
Aus dem A-Bild ist ersichtlich, dass die Amplitude der zurückgegebenen Impulswelle an der Verbindungsstelle von Graphit und Kupferfolie deutlich höher ist als bei anderen Wellenformen. Die Dicke der Graphitbeschichtung kann durch Berechnung des akustischen Pfads der Ultraschallwelle im Graphitmedium ermittelt werden.
Insgesamt wurden fünf Daten an zwei Positionen getestet, Punkt 1 und Punkt 2. Der akustische Pfad des Graphits an Punkt 1 betrug 0,0340 µs und der akustische Pfad des Graphits an Punkt 2 betrug 0,0300 µs, mit hoher Wiederholpräzision.
Abbildung 3 A-Scan-Signal
Abbildung 4 B-Scan-Bild
Abb. 1 X=450, YZ-Ebene B-Scan-Bild
Punkt1 X=450 Y=110
Akustischer Pfad: 0,0340 us
Dicke: 0,0340 (µs) * 3950 (m/s)/2 = 67,15 (µm)
Punkt2 X=450 Y=145
Akustischer Pfad: 0,0300 µs
Dicke: 0,0300 (µs) * 3950 (m/s)/2 = 59,25 (µm)
Abbildung 5 Zweipunkt-Testbild
4. SZusammenfassungvon lLithiumBatterieElektrode Nettobeschichtungsmesstechnik
Die Ultraschallprüftechnik ist ein wichtiges Mittel der zerstörungsfreien Prüftechnik und bietet eine effektive und universelle Methode zur Bewertung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften von Festkörpern sowie zur Erkennung von Mikro- und Makrodiskontinuitäten. Angesichts der Nachfrage nach automatisierter Online-Messung der Nettobeschichtungsmenge von Lithiumbatterieelektroden bietet die Durchstrahlungsmethode aufgrund der Eigenschaften des Ultraschalls und der zu lösenden technischen Probleme derzeit noch größere Vorteile.
Dacheng Precision wird als Experte für Elektrodenmessungen auch weiterhin intensiv an der Erforschung und Entwicklung innovativer Technologien, einschließlich der Ultraschall-Dickenmesstechnik, arbeiten und so zur Entwicklung und zum Durchbruch der zerstörungsfreien Prüfung beitragen!
Veröffentlichungszeit: 21. September 2023
