下面介(jie)紹制造缺(que)陷檢測(ce)(ce)及(ji)設備及(ji)電芯內(nei)部檢測(ce)(ce)

制造缺陷檢測及設備

檢測設備有以下幾種：

①顯微放大系統；

②CCD測試系統；

③空氣耦合超聲(sheng)波(bo)檢測設(she)備(bei)。

下(xia)面僅就顯微放(fang)大系統和(he)CCD測試系統進行(xing)詳細介紹。

1，顯微放大系統

在鋰電池制造過程中，為(wei)了分析研究，如觀(guan)察熔(rong)珠形態、觀(guan)察切割(ge)毛刺、overhang的離線測量等，常配備(bei)一套或(huo)多套顯(xian)微放大系(xi)統。

顯(xian)微(wei)放大系統(tong)(tong)的原(yuan)理基(ji)于分析的目(mu)標不(bu)(bu)同而有差(cha)異(yi)。這里(li)介紹(shao)基(ji)于干涉顯(xian)微(wei)原(yuan)理的表面(mian)形貌檢測系統(tong)(tong)。其他顯(xian)微(wei)放大系統(tong)(tong)可(ke)查閱相關資(zi)料，在此不(bu)(bu)再贅述。

與其(qi)他表(biao)(biao)面形貌(mao)測(ce)試(shi)技術相比，基于(yu)干涉顯(xian)微原理的(de)(de)表(biao)(biao)面形貌(mao)測(ce)量系統具有快速、非接觸(chu)的(de)(de)優點，可(ke)以完成多種結(jie)構的(de)(de)表(biao)(biao)面形貌(mao)測(ce)量，因而獲得了廣泛(fan)應用。

(1)設備用途

觀(guan)察(cha)熔珠形態、觀(guan)察(cha)切割毛刺、overhang的(de)離線(xian)測(ce)量等多(duo)用(yong)途(tu)分析研究。

(2)工作原理

基于干涉顯微原理的(de)表面形貌測(ce)量系(xi)統(tong)組成見圖1。其核(he)心是(shi)光學干涉顯微系(xi)統(tong)，包括干涉顯微鏡、PZT平臺（含掃描器和相移器）及控制器。

圖1 基于干(gan)涉顯微原理的表(biao)面形(xing)貌(mao)測量系統(tong)組成

1—LED；2—準直物(wu)鏡；3—光圈(quan)；4—過濾片；5—聚焦透鏡；6—分(fen)束器；7—物(wu)鏡；8—參考(kao)鏡；9—成像鏡頭；10—CCD

基于(yu)干(gan)涉(she)(she)(she)顯(xian)微原理的(de)表面(mian)形貌檢測系(xi)統通過在干(gan)涉(she)(she)(she)儀上增加顯(xian)微放大視覺系(xi)統，提高了干(gan)涉(she)(she)(she)圖(tu)的(de)橫向分辨(bian)率，使之(zhi)能夠(gou)完成微納結(jie)構的(de)三維表面(mian)形貌測量，因此是光學干(gan)涉(she)(she)(she)法與(yu)顯(xian)微系(xi)統相結(jie)合的(de)產物。

該系統(tong)根(gen)據(ju)測量(liang)模式(shi)要求采(cai)集(ji)樣(yang)品表面干涉(she)圖以后，就(jiu)可(ke)以應用(yong)相(xiang)應算法對干涉(she)圖進行處(chu)理，提取相(xiang)關參數。

基于干涉(she)顯微(wei)原(yuan)理的表(biao)面形貌測量系統實物例圖見圖2。

圖2 基于干涉顯微(wei)原理的(de)表(biao)面形(xing)貌測量系統實物例圖

2，CCD測試系統

在(zai)鋰電(dian)池應用中(zhong)，經(jing)常依據CCD的結構將系(xi)(xi)統(tong)(tong)分為線陣(zhen)CCD測(ce)試(shi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)和面陣(zhen)CCD測(ce)試(shi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)。本節(jie)介紹涂布工藝(yi)中(zhong)用于表(biao)面缺陷檢測(ce)的線陣(zhen)CCD測(ce)試(shi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)。可查(cha)閱相關資(zi)料了解(jie)面陣(zhen)CCD測(ce)試(shi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)，在(zai)此不再贅述(shu)。

與(yu)其他(ta)表面形貌(mao)測(ce)(ce)試技術相比，該測(ce)(ce)試系統具有(you)快速、非接觸、可(ke)在(zai)線測(ce)(ce)量等(deng)的優點，因而獲得了廣泛應用。

(1)設備用途

為了(le)控制(zhi)產品質量(liang)和分析研(yan)究，如涂布表(biao)面(mian)(mian)缺陷的(de)在(zai)線(xian)測量(liang)、卷繞工藝的(de)overhang和對齊度(du)的(de)在(zai)線(xian)測量(liang)、疊片工藝的(de)overhang和對齊度(du)的(de)在(zai)線(xian)測量(liang)、鋁殼表(biao)面(mian)(mian)缺陷的(de)在(zai)線(xian)測量(liang)等。

(2)工作原理

CCD測試系統(tong)框圖見(jian)圖3。

圖3 CCD測試系統(tong)框圖

數據采(cai)(cai)集部(bu)分(fen)采(cai)(cai)用CCD攝像機配合鏡頭，在適當的(de)距離(li)下(xia)被置(zhi)于被測物正上(shang)方進行圖像采(cai)(cai)集。

因為(wei)涂布后極(ji)片表面(mian)會(hui)對直射(she)光(guang)(guang)源有較強的(de)反光(guang)(guang)，所(suo)以光(guang)(guang)源應放在攝像機的(de)側面(mian)。采(cai)(cai)用(yong)兩個(ge)光(guang)(guang)源從(cong)兩側照(zhao)射(she)，是為(wei)了使光(guang)(guang)源在傾斜的(de)角度照(zhao)射(she)極(ji)片表面(mian)的(de)情況下依舊可(ke)以得到(dao)均勻(yun)的(de)光(guang)(guang)照(zhao)，有利于采(cai)(cai)集(ji)(ji)到(dao)清晰的(de)圖像。采(cai)(cai)集(ji)(ji)到(dao)的(de)圖像上傳處理單元，借(jie)助圖像處理相關(guan)技術，可(ke)以得到(dao)表面(mian)缺陷的(de)相關(guan)參數。

CCD測試(shi)系統硬(ying)件(jian)設計圖見圖4。

圖(tu)(tu)4 CCD測(ce)試系(xi)統硬件設計圖(tu)(tu)

CCD測(ce)試系統檢測(ce)到的表面缺陷例(li)圖見圖5。

圖5 CCD測(ce)試系統(tong)檢(jian)測(ce)到的表面缺陷例圖

電芯內部檢測與設備

下面介紹(shao)電芯內(nei)部檢測(ce)與控制設備及(ji)系統(tong)，主要包含以下幾部分：

①X-CT技術(shu)及測試系統；

②超聲檢測系統；

③紅外熱成像檢測(ce)系(xi)統；

④植入式感知系統。

1，X-CT技術(shu)及(ji)測試系統

X射線(xian)斷層成(cheng)像技(ji)術(shu)(shu)（X-ray compute tomography，簡稱X-CT技(ji)術(shu)(shu)），是基于(yu)X光源和射線(xian)聚焦技(ji)術(shu)(shu)的(de)顯微技(ji)術(shu)(shu)、斷層掃(sao)描技(ji)術(shu)(shu)和圖像處理技(ji)術(shu)(shu)的(de)集成(cheng)技(ji)術(shu)(shu)。

該技術借助穿透(tou)性強的(de)X射線，可以(yi)獲得較高(gao)的(de)空間分(fen)辨率，可以(yi)對(dui)電(dian)(dian)芯(xin)和電(dian)(dian)池電(dian)(dian)極層、內部缺(que)陷(xian)、焊接質量等進(jin)行無損傷三(san)維成像，進(jin)而實現原位(wei)檢測。

在(zai)電池制造(zao)工(gong)藝中，X-CT技術既作為離線分析技術用(yong)，也作為在(zai)線質量管控手段用(yong)。

X-CT在(zai)線測試(shi)系統(tong)見圖6。

圖6 X-CT在(zai)線測試系統(tong)

(1)設備用途

對(dui)電芯和電池電極層、內部缺陷、焊(han)接質量等(deng)進(jin)行無損傷三維成像，進(jin)而實現原位(wei)檢測(ce)。

(2)工作原理

X-CT裝置及掃(sao)描結(jie)果見圖7。

圖(tu)7 X-CT裝(zhuang)置及掃描結果(guo)示意圖(tu)

設有(you)n個厚(hou)度為(wei)l的小(xiao)立(li)方(fang)(fang)體(ti)體(ti)素，如圖8所示，每個小(xiao)立(li)方(fang)(fang)體(ti)近似地認為(wei)是均勻的介質，X射(she)線透過時，衰減(jian)系數分(fen)別為(wei)μ1，μ2，…，μn，入射(she)X射(she)線的強度為(wei)I0。

圖(tu)(tu)8 X射線在(zai)n個體素中的衰減(jian)示意圖(tu)(tu)

則X射線穿(chuan)過(guo)第n個體(ti)素后的強度以式(1)計算：

(1)

經過適當變換，可(ke)得式(shi)(2)，該式(shi)為(wei)X-CT建(jian)立斷層圖(tu)像的主要依據。

(2)

(3)

式中 μw——參(can)考衰減系數，通常取水在X射線光子能量為73keV時的線性衰減系數。

只要求(qiu)出體素(su)矩陣(zhen)中每個體素(su)的(de)(de)(de)衰減系數，由衰減系數計算CT值(zhi)的(de)(de)(de)公式(shi)(shi)見式(shi)(shi)(3)，根據CT值(zhi)大小建立斷層(ceng)圖像(xiang)，圖像(xiang)中每個像(xiang)素(su)灰度的(de)(de)(de)強(qiang)弱是根據CT值(zhi)的(de)(de)(de)大小確定的(de)(de)(de)。

基(ji)于(yu)X-CT技術獲得的圖像，借(jie)助圖像分析技術，可(ke)以(yi)獲取電芯和電池(chi)電極層、內(nei)部缺(que)陷、焊接質量(liang)的相關參數。

2，超聲檢測系統

在鋰電行業中使用的(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)檢(jian)測系統多數(shu)采用空氣(qi)耦(ou)合超(chao)聲(sheng)(sheng)波。該技術具有(you)非接觸、無(wu)污染和無(wu)損等優點。

(1)設備用途

對(dui)鋰電(dian)池內部缺(que)陷進行檢測，如(ru)電(dian)解液分布是(shi)否(fou)(fou)均勻、焊接質量、是(shi)否(fou)(fou)存(cun)在空氣層、是(shi)否(fou)(fou)內部打折、是(shi)否(fou)(fou)有異物等(deng)。

(2)工作原理

超聲波在被檢測材料中(zhong)傳播時，會(hui)(hui)與材料發生作用，例如會(hui)(hui)發生反射、折射和(he)透射等(deng)現象，從聲波的(de)這些特(te)性(xing)中(zhong)可以(yi)分辨出(chu)被測工(gong)件(jian)的(de)相關內部特(te)征(zheng)。

空氣耦合超聲波(bo)技術，就是把空氣當作耦合劑(ji)的技術，借助(zhu)高功率(lv)超聲波(bo)發(fa)射接收器、高靈敏度空氣耦合聲波(bo)探(tan)頭(tou)以及高信(xin)噪比的信(xin)號增幅器，完(wan)成電(dian)芯電(dian)池內部特征的檢測。

空氣(qi)耦合(he)超聲檢測(ce)鋰(li)電池的(de)系統框圖見圖9。

圖(tu)9 空(kong)氣(qi)耦合超(chao)聲檢測鋰電池(chi)的系統(tong)框圖(tu)

首先通過高功率信(xin)(xin)號(hao)發生器(qi)(qi)激勵發射探頭發出超聲波(bo)，超聲波(bo)經(jing)過鋰電池后被(bei)接收(shou)(shou)探頭獲(huo)取(qu)，再經(jing)放大器(qi)(qi)對信(xin)(xin)號(hao)進行濾波(bo)放大，被(bei)信(xin)(xin)號(hao)接收(shou)(shou)器(qi)(qi)接收(shou)(shou)，經(jing)數據采集卡輸入(ru)到計(ji)算(suan)機(ji)。計(ji)算(suan)機(ji)通過控制電機(ji)運動控制器(qi)(qi)和掃(sao)描(miao)(miao)架來實現特(te)定參數的掃(sao)描(miao)(miao)任務，最后形成相關的掃(sao)描(miao)(miao)圖像(xiang)，實現對鋰電池的檢測。

3，紅外熱成像檢(jian)測系統

紅外熱成(cheng)像(xiang)檢(jian)測系(xi)統(tong)是(shi)基于紅外熱像(xiang)儀測量鋰電(dian)池的(de)(de)涂布、電(dian)芯(xin)和成(cheng)品電(dian)池的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)情況。把(ba)被測表(biao)面的(de)(de)溫(wen)(wen)升以(yi)圖像(xiang)形式展現出來，測得的(de)(de)不是(shi)單一點的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)變化，而是(shi)測表(biao)面各(ge)個點的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)，有異常溫(wen)(wen)度(du)(du)變化的(de)(de)部位在熱像(xiang)圖中(zhong)很(hen)容易看(kan)出，綜合電(dian)性能測試，可以(yi)對(dui)被測對(dui)象做直觀的(de)(de)檢(jian)測和判斷。

(1)設備用途

測量鋰電池的涂布(bu)、電芯和成品(pin)電池的溫(wen)度情況(kuang)。

(2)工作原理

利用紅外(wai)(wai)探(tan)測器(qi)和光(guang)學成像(xiang)物鏡接受被(bei)測目標(biao)的(de)紅外(wai)(wai)輻射能量，并以(yi)分(fen)(fen)布圖(tu)(tu)形的(de)形式反映到(dao)紅外(wai)(wai)探(tan)測器(qi)的(de)光(guang)敏(min)元件上，從而獲(huo)得(de)紅外(wai)(wai)熱(re)像(xiang)圖(tu)(tu)，這種熱(re)像(xiang)圖(tu)(tu)與物體表面(mian)的(de)熱(re)分(fen)(fen)布場相(xiang)對應。通(tong)俗地講，紅外(wai)(wai)熱(re)像(xiang)儀就(jiu)是(shi)將物體發出的(de)不(bu)可見(jian)紅外(wai)(wai)能量轉變為可見(jian)的(de)熱(re)像(xiang)圖(tu)(tu)。熱(re)像(xiang)圖(tu)(tu)的(de)不(bu)同顏色代表被(bei)測物體的(de)不(bu)同溫度(du)。

熱像儀的工(gong)作原理(li)圖如10所示。

圖10 熱(re)像儀工作原理圖

在工程(cheng)應用中，可以(yi)利用紅外成(cheng)像技術(shu)同時檢(jian)測電極的涂布量（面(mian)密度(du)）和電極的孔隙率。

其原(yuan)理示(shi)意圖如圖11所(suo)示(shi)。

圖(tu)11 紅外熱成像(xiang)技術測量(liang)涂布質(zhi)量(liang)原理示意圖(tu)

其(qi)原理是，將電(dian)極(ji)經(jing)過短暫加熱，然后利用紅外(wai)相機(ji)對(dui)電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)進(jin)行檢測。分析認為，電(dian)極(ji)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)升高受(shou)到電(dian)極(ji)孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)和涂布量(liang)（厚度(du)）的(de)(de)(de)雙(shuang)重影(ying)響，通過對(dui)電(dian)極(ji)溫(wen)度(du)升高的(de)(de)(de)參數(shu)進(jin)行逆(ni)推(tui)導(dao)，配合實時(shi)的(de)(de)(de)電(dian)極(ji)厚度(du)測量(liang)，進(jin)而(er)獲得電(dian)極(ji)孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)等參數(shu)。實物圖如(ru)圖12所示。

圖12 紅外熱成像技術測量(liang)涂布質(zhi)量(liang)實(shi)物圖

4，植入式感知系統

植(zhi)入式感(gan)知系統(tong)，又(you)稱儲(chu)能鋰(li)離子(zi)(zi)電(dian)(dian)池智能傳感(gan)技(ji)術，主要(yao)是通(tong)過在電(dian)(dian)池內(nei)(nei)部嵌入傳感(gan)裝(zhuang)置，利(li)用引線封口或(huo)無(wu)線傳輸(shu)等(deng)手段，實現對鋰(li)離子(zi)(zi)電(dian)(dian)池內(nei)(nei)部信息，如(ru)溫(wen)(wen)度(du)、壓力等(deng)的實時檢測。電(dian)(dian)池在發(fa)生熱(re)失控或(huo)大電(dian)(dian)流(liu)充放電(dian)(dian)等(deng)工(gong)況下，進行植(zhi)入式感(gan)知，有(you)利(li)于更有(you)效地評價電(dian)(dian)池內(nei)(nei)部狀況。目前，主要(yao)以溫(wen)(wen)度(du)傳感(gan)器(qi)(qi)為主。植(zhi)入式溫(wen)(wen)度(du)傳感(gan)器(qi)(qi)主要(yao)有(you)三種：熱(re)電(dian)(dian)偶、熱(re)電(dian)(dian)阻和光纖傳感(gan)器(qi)(qi)。

(1)系統用途

基于單體(ti)電(dian)池內部和外部的在線(xian)數據(ju)實時監(jian)測，建立從(cong)單體(ti)鋰離子電(dian)池到儲能系統(tong)的智能管理系統(tong)。

(2)系統介紹

植(zhi)入(ru)式熱(re)電偶傳感(gan)器(qi)在鋰電池中的應(ying)用是，將(jiang)熱(re)電偶植(zhi)入(ru)電池內部(bu)，研究電池在不同工況(kuang)下的溫度情況(kuang)。

薄膜式熱電(dian)偶植入(ru)感知技術(shu)示(shi)意(yi)圖如圖13所示(shi)。

圖13 薄(bo)膜式熱電偶植入(ru)感(gan)知技術(shu)示意圖

該內置感(gan)(gan)知系統，基于(yu)內部電(dian)(dian)化學環(huan)境(jing)及磁(ci)控濺射手段完成了(le)多點式柔(rou)性(xing)薄膜(mo)傳感(gan)(gan)器(qi)的制造，并實現植入式傳感(gan)(gan)器(qi)與電(dian)(dian)池的一體(ti)化集(ji)成，通過循(xun)環(huan)性(xing)能(neng)和(he)交流阻抗的測(ce)試，實現了(le)對單(dan)體(ti)電(dian)(dian)芯內部溫度的檢(jian)測(ce)，可(ke)用(yong)于(yu)建(jian)立從單(dan)體(ti)鋰(li)離子電(dian)(dian)池到儲(chu)能(neng)系統的智能(neng)管理系統。