【顯微課堂】電池制造過程中的毛刺檢測(cè)

毛刺是電池電極片邊緣不需要的金屬突起，通常是由于電池制造過程中分離工序的分切或集流體的焊接造成的。毛刺可能有害，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)撕裂或劃破電極的隔膜層。這可能導(dǎo)致電池的正極（陰極）和負(fù)極（陽極）之間發(fā)生熱失控和短路等問題 ^[1,2]。因此，在電池生產(chǎn)過程中，進(jìn)行高效的在線檢測(cè)以發(fā)現(xiàn)和分析毛刺至關(guān)重要。

如上所述，毛刺可能導(dǎo)致電池性能下降甚至失效，因此必須在制造過程中仔細(xì)檢查其存在。由于工具的不對(duì)準(zhǔn)或磨損，在電池生產(chǎn)的分切和電極成型過程中很難避免毛刺的產(chǎn)生（參見圖1的電池電極制造和電池組裝）。因此，毛刺檢測(cè)和分析是檢查和質(zhì)量控制的關(guān)鍵部分 ^[1-3]。

電池生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制（QC）需要在電池組件生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟中進(jìn)行目視檢查，以確保符合規(guī)格。

在制造過程中檢測(cè)電池電極片邊緣的毛刺非常重要，因?yàn)榫哂刑囟ù笮〉拿炭赡軙?huì)損壞陽極和陰極電極之間的隔膜，并導(dǎo)致短路（參見圖2）。因此，必須分析它們的大小，以確定它們是否具有較低的或較高的對(duì)電池系統(tǒng)造成損害的可能性。IEEE 1625標(biāo)準(zhǔn)^[4]的第5.3.6.2節(jié)建議測(cè)量毛刺并將其與隔膜厚度公差限值進(jìn)行比較。毛刺檢查通常是通過使用光學(xué)顯微鏡觀察電極片的邊緣或側(cè)面來進(jìn)行的。

如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)具有關(guān)鍵長(zhǎng)度的毛刺，那么可能需要調(diào)整一些工藝，并需要檢查、調(diào)整或更換諸如滾刀等工具，然后才能進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)。

對(duì)電池電極片和其他組件上的毛刺進(jìn)行高效、可靠的檢測(cè)和分析至關(guān)重要。這可以通過在電池生產(chǎn)過程中使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行在線目視檢查來實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵毛刺的尺寸判斷很大程度上決定了所需光學(xué)顯微鏡的性能水平。

適當(dāng)?shù)娘@微鏡應(yīng)確?？焖?、高效、可靠和準(zhǔn)確的毛刺檢測(cè)。需要考慮的一些重要因素是照明和對(duì)比度方法、分辨率、放大倍數(shù)、圖像的快速捕獲和存儲(chǔ)、輕松訪問存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以及實(shí)用測(cè)量工具的可用性 ^[5,6,7]。

在電池生產(chǎn)過程中選擇適當(dāng)?shù)恼彰鱽頇z測(cè)毛刺可能很重要。根據(jù)毛刺的大小，可以使用不同的照明方法^[7]，如環(huán)形光、近垂直光、漫射光和偏振光，以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確和可靠的檢測(cè)。偏振光有助于在觀察電極邊緣時(shí)提高與背景的對(duì)比度。漫射照明可能減少金屬毛刺產(chǎn)生的眩光，簡(jiǎn)化檢測(cè)過程。檢測(cè)顯微鏡還應(yīng)提供對(duì)存儲(chǔ)的毛刺圖像和測(cè)量數(shù)據(jù)的輕松訪問。

為了使檢測(cè)顯微鏡在電極片檢測(cè)過程中能夠迅速可靠地檢測(cè)毛刺，它應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：

用戶可以在徠卡顯微鏡解決方案的幫助下加快生產(chǎn)過程并提高電池質(zhì)量 ^[5-7]。適當(dāng)?shù)娘@微鏡取決于需要檢測(cè)的關(guān)鍵毛刺尺寸和檢查類型，例如是在線檢查還是離線檢查。對(duì)于故障分析和研發(fā)，毛刺檢測(cè)也可能是必要的。

通常，對(duì)于可靠且高效的在線檢查，關(guān)于檢測(cè)大于15µm的毛刺，Emspira 3數(shù)碼顯微鏡會(huì)是一個(gè)很好的選擇。Emspira 3可用于高效的在線檢查。

對(duì)于快速且可靠的在線和離線檢查，以檢測(cè)大于2µm的毛刺，DVM6數(shù)碼顯微鏡更為合適，因?yàn)樗峁┝烁叩姆直媛屎头糯蟊稊?shù)。涉及故障分析和研發(fā)過程中毛刺檢測(cè)的應(yīng)用也可以用DVM6來解決。

在某些情況下，即使是小到0.6µm的毛刺，無論是在線檢查還是離線檢查、故障分析或研發(fā)，都可能需要檢測(cè)和分析。對(duì)于這種需求，DM8000 M或DM12000 M復(fù)合顯微鏡可以提供所需性能。

參考資料：