Ultraschall-Dickenmesstechnik
1.Bedürfnisse für lIthiumBatterieElektrode Nettobeschichtungsmessung
Die Lithiumbatterie-Elektrode besteht aus einem Kollektor und einer Beschichtung auf den Oberflächen A und B. Die Gleichmäßigkeit der Dicke der Beschichtung ist der zentrale Kontrollparameter der Lithiumbatterie-Elektrode, der einen entscheidenden Einfluss auf Sicherheit, Leistung und Kosten der Lithiumbatterie hat. Daher werden während des Produktionsprozesses von Lithiumbatterien hohe Anforderungen an die Prüfausrüstung gestellt.
2.Röntgenübertragungsmethode treffeningdie Grenzkapazität
Dacheng Precision ist ein führender internationaler Anbieter systematischer Elektrodenmesslösungen. Mit mehr als 10 Jahren Forschung und Entwicklung verfügt das Unternehmen über eine Reihe hochpräziser und stabiler Messgeräte, wie z. B. Röntgen-/β-Strahlen-Flächendichtemessgeräte, Laserdickenmessgeräte, integrierte CDM-Dicken- und Flächendichtemessgeräte usw. , die in der Lage sind, eine Online-Überwachung der Kernindizes von Lithium-Ionen-Batterieelektroden zu ermöglichen, einschließlich der Nettobeschichtungsmenge, der Dicke, der Dicke des Ausdünnungsbereichs und der Flächendichte.
Darüber hinaus führt Dacheng Precision auch Änderungen in der zerstörungsfreien Prüftechnologie durch und hat ein Super-Röntgen-Flächendichtemessgerät auf Basis von Festkörper-Halbleiterdetektoren und ein Infrarot-Dickenmessgerät auf Basis des Infrarot-Spektralabsorptionsprinzips auf den Markt gebracht. Die Dicke organischer Materialien kann genau gemessen werden, und die Genauigkeit ist besser als bei importierten Geräten.
Abbildung 1 Super-Röntgen-Flächendichtemessgerät
3.UltraschalltDickemMessungtTechnik
Dacheng Precision engagiert sich seit jeher für die Forschung und Entwicklung innovativer Technologien. Zusätzlich zu den oben genannten zerstörungsfreien Prüflösungen wird auch Ultraschall-Dickenmesstechnik entwickelt. Im Vergleich zu anderen Inspektionslösungen weist die Ultraschalldickenmessung die folgenden Merkmale auf.
3.1 Prinzip der Ultraschalldickenmessung
Das Ultraschall-Dickenmessgerät misst die Dicke nach dem Prinzip der Ultraschall-Pulsreflexion. Wenn der von der Sonde ausgesendete Ultraschallimpuls das Messobjekt durchdringt und die Materialgrenzflächen erreicht, wird die Impulswelle zurück zur Sonde reflektiert. Die Dicke des Messobjekts kann durch genaue Messung der Ultraschallausbreitungszeit bestimmt werden.
H=1/2*(V*t)
Nahezu alle Produkte aus Metall, Kunststoff, Verbundwerkstoffen, Keramik, Glas, Glasfaser oder Gummi können auf diese Weise gemessen werden und sind in den Bereichen Erdöl, Chemie, Metallurgie, Schiffbau, Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen weit verbreitet.
3.2AVorteilevon dirUltraschalldickenmessung
Die herkömmliche Lösung nutzt die Strahlenübertragungsmethode, um die Gesamtbeschichtungsmenge zu messen und dann mithilfe der Subtraktion den Wert der Nettobeschichtungsmenge der Lithiumbatterieelektrode zu berechnen. Während Ultraschalldickenmessgeräte den Wert aufgrund des unterschiedlichen Messprinzips direkt messen können.
①Ultraschallwellen haben aufgrund ihrer kürzeren Wellenlänge eine hohe Durchdringbarkeit und sind auf eine Vielzahl von Materialien anwendbar.
② Der Ultraschallstrahl kann in eine bestimmte Richtung konzentriert werden und bewegt sich geradlinig und mit guter Richtwirkung durch das Medium.
③ Es besteht kein Grund zur Sorge über das Sicherheitsproblem, da keine Strahlung vorhanden ist.
Trotz der Tatsache, dass die Ultraschalldickenmessung im Vergleich zu mehreren Dickenmesstechnologien, die Dacheng Precision bereits auf den Markt gebracht hat, solche Vorteile bietet, weist die Anwendung der Ultraschalldickenmessung einige Einschränkungen auf, wie folgt.
3.3 Anwendungsgrenzen der Ultraschalldickenmessung
①Ultraschallwandler: Der Ultraschallwandler, also die oben erwähnte Ultraschallsonde, ist die Kernkomponente von Ultraschallprüfmessgeräten und kann Pulswellen senden und empfangen. Seine Kernindikatoren Arbeitsfrequenz und Zeitgenauigkeit bestimmen die Genauigkeit der Dickenmessung. Der aktuelle High-End-Ultraschallwandler ist immer noch auf Importe aus dem Ausland angewiesen, deren Preise teuer sind.
②Materialgleichmäßigkeit: Wie in den Grundprinzipien erwähnt, wird Ultraschall an den Materialgrenzflächen reflektiert. Die Reflexion wird durch plötzliche Änderungen der akustischen Impedanz verursacht und die Gleichmäßigkeit der akustischen Impedanz wird durch die Materialgleichmäßigkeit bestimmt. Wenn das zu messende Material nicht einheitlich ist, erzeugt das Echosignal starkes Rauschen, was sich auf die Messergebnisse auswirkt.
③ Rauheit: Die Oberflächenrauheit des gemessenen Objekts führt dazu, dass das reflektierte Echo gering ist oder das Echosignal sogar nicht empfangen werden kann.
④Temperatur: Das Wesen des Ultraschalls besteht darin, dass sich die mechanische Schwingung mittlerer Partikel in Form von Wellen ausbreitet, die nicht von der Wechselwirkung mittlerer Partikel getrennt werden können. Die makroskopische Manifestation der thermischen Bewegung mittlerer Partikel selbst ist die Temperatur, und thermische Bewegung beeinflusst natürlich die Wechselwirkung zwischen mittleren Partikeln. Daher hat die Temperatur großen Einfluss auf die Messergebnisse.
Bei der herkömmlichen Ultraschall-Dickenmessung auf Basis des Pulsecho-Prinzips wirkt sich die Handtemperatur des Menschen auf die Sondentemperatur aus, was zu einer Verschiebung des Nullpunkts des Messgeräts führt.
⑤Stabilität: Die Schallwelle ist die mechanische Schwingung mittlerer Partikel in Form einer Wellenausbreitung. Es ist anfällig für externe Störungen und das gesammelte Signal ist nicht stabil.
⑥Kopplungsmedium: Ultraschall wird in der Luft gedämpft, während er sich in Flüssigkeiten und Feststoffen gut ausbreiten kann. Um das Echosignal besser zu empfangen, wird normalerweise ein flüssiges Kopplungsmedium zwischen Ultraschallsonde und Messobjekt hinzugefügt, was der Entwicklung eines automatisierten Online-Inspektionsprogramms nicht förderlich ist.
Andere Faktoren wie Ultraschallphasenumkehr oder -verzerrung, Krümmung, Konizität oder Exzentrizität der Oberfläche des Messobjekts beeinflussen die Messergebnisse.
Es zeigt sich, dass die Ultraschalldickenmessung viele Vorteile hat. Aufgrund seiner Einschränkungen ist es derzeit jedoch nicht mit anderen Methoden zur Dickenmessung vergleichbar.
3.4UFortschritte in der Forschung zur UltraschalldickenmessungvonDachengPEntscheidung
Dacheng Precision engagiert sich seit jeher für Forschung und Entwicklung. Auch im Bereich der Ultraschalldickenmessung wurden einige Fortschritte erzielt. Einige der Forschungsergebnisse werden wie folgt dargestellt.
3.4.1 Versuchsbedingungen
Die Anode wird auf dem Arbeitstisch befestigt und die selbstentwickelte Hochfrequenz-Ultraschallsonde dient zur Festpunktmessung.
Abbildung 2 Ultraschalldickenmessung
3.4.2 Experimentelle Daten
Die experimentellen Daten werden in Form von A-Scan und B-Scan dargestellt. Im A-Scan stellt die X-Achse die Ultraschall-Übertragungszeit und die Y-Achse die reflektierte Wellenintensität dar. B-Scan zeigt ein zweidimensionales Bild des Profils parallel zur Ausbreitungsrichtung der Schallgeschwindigkeit und senkrecht zur gemessenen Oberfläche des Prüfobjekts.
Aus dem A-Bild ist ersichtlich, dass die Amplitude der zurückgestrahlten Pulswelle an der Verbindungsstelle zwischen Graphit und Kupferfolie deutlich höher ist als die anderer Wellenformen. Die Dicke der Graphitbeschichtung kann durch Berechnung des akustischen Pfads der Ultraschallwelle im Graphitmedium ermittelt werden.
An zwei Positionen, Punkt 1 und Punkt 2, wurden insgesamt fünfmal Daten getestet, und der Schallweg von Graphit an Punkt 1 betrug 0,0340 µs, und der Schallweg von Graphit an Punkt 2 betrug 0,0300 µs, mit hoher Wiederholgenauigkeit.
Abbildung 3 A-Bild-Signal
Abbildung 4 B-Scan-Bild
Abb. 1 X=450, B-Scan-Bild der YZ-Ebene
Punkt1 X=450 Y=110
Akustischer Weg: 0,0340 us
Dicke: 0,0340 (us)*3950 (m/s)/2=67,15 (μm)
Punkt2 X=450 Y=145
Akustischer Weg: 0,0300us
Dicke: 0,0300 (us)*3950 (m/s)/2=59,25 (μm)
Abbildung 5 Zweipunkt-Testbild
4. SZusammenfassungvon lIthiumBatterieElektrode Netzbeschichtungsmesstechnik
Die Ultraschallprüftechnik stellt als eines der wichtigen Mittel der zerstörungsfreien Prüftechnik eine effektive und universelle Methode zur Bewertung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften fester Materialien sowie zur Erkennung ihrer Mikro- und Makrodiskontinuitäten dar. Angesichts der Nachfrage nach automatisierter Online-Messung der Nettobeschichtungsmenge von Lithiumbatterieelektroden hat die Strahlenübertragungsmethode derzeit aufgrund der Eigenschaften von Ultraschall selbst und der zu lösenden technischen Probleme immer noch einen größeren Vorteil.
Dacheng Precision wird als Experte für Elektrodenmessungen weiterhin umfassende Forschung und Entwicklung innovativer Technologien einschließlich der Ultraschall-Dickenmesstechnik betreiben und so zur Entwicklung und zum Durchbruch der zerstörungsfreien Prüfung beitragen!
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21.09.2023
