用于确定复合片材重量的设备的制作方法

1.本发明所公开的实施方案涉及用于复合片材的重量测量，该复合片材包括片材材料，该片材材料具有在其上的涂层或嵌入该片材材料中的材料。


背景技术：

2.陶瓷涂覆的聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)分隔物膜是用于实现锂离子电池的重要部件，该锂离子电池通常包括作为分隔物膜的聚合物片材材料。分隔物膜提供在锂离子电池的阴极与阳极之间的离子可渗透屏障。这些分隔物膜是多孔的，并且如果未涂覆的话，则通常在约120℃的温度下开始降解，从而导致锂离子电池短路并因此失效。已知施加到分隔物膜的陶瓷涂层(例如，al2o3)有助于将分隔物的温度稳定性提高到高达约200℃，但导致分隔物膜渗透性降低和重量增加。
3.为了测量分隔物膜涂层的涂层重量，基于红外(ir)的重量传感器(ir传感器)是已知的。ir传感器分析对分隔物膜和/或涂层敏感的近红外和中红外中的特定光谱区。陶瓷在ir中以相对长的波长吸收，这需要灵敏且冷却的检测器。当需要具有高信噪比(snr)的在线测量时，这构成挑战。核量计(例如β量计)也已知用于确定涂层重量以及分隔物膜的重量，但该测量系统基于需要至少两个扫描器头的减数法。此外，由于辐射安全考虑，核量计通常是不需要的。


技术实现要素：

4.提供本发明内容以介绍简化形式的公开概念的简要选择，其在下文包括所提供附图的具体实施方式中被进一步描述。该发明内容不旨在限制所要求保护的主题的范围。
5.本发明所公开的实施方案认识到工业诸如锂离子电池工业需要高性价比的非核解决方案以用于确定复合片材的多个重量，该复合片材具有在一般聚合物片材材料上作为涂层材料和/或在一般聚合物片材材料中作为嵌入粒子的第二材料，该多个重量包括片材材料的重量、第二材料的重量和复合片材的总重量。此外，认识到期望避免使用核量计的单扫描器头解决方案来避免已知的安全问题。
6.本发明所公开的方面包括用于测量复合片材的重量的测量设备，该复合片材包括其上具有第二材料的片材材料，该第二材料作为涂层和/或其中具有嵌入粒子。该设备包括用于通过照射复合片材提供x射线信号的x射线传感器和用于通过照射复合片材提供ir信号的ir传感器。计算装置被联接以接收x射线信号和ir信号，该计算装置包括具有相关联存储器以用于实施算法的处理器，其中该算法使用x射线信号和ir信号来计算选自片材材料的重量、第二材料的重量和复合片材的总重量的多个重量。该测量设备通常包括用于扫描相应传感器的可移动扫描器头，诸如下文所述的图1所示。
附图说明
7.图1为根据示例性实施方案的示例性测量设备的描绘，该示例性测量设备包括x射
线传感器和ir传感器，该x射线传感器和该ir传感器被配置作为透射传感器以用于确定复合片材的至少两个重量，该至少两个重量选自片材材料的重量、第二材料的重量和复合片材的总重量。
8.图2为根据另一个示例性实施方案的包括x射线传感器和ir传感器的示例性测量设备的描绘，该x射线传感器和该ir传感器被配置作为反射传感器以用于确定复合片材的重量，该重量包括复合片材的至少两个重量，该至少两个重量选自片材材料的重量、第二材料的重量和复合片材的总重量。
9.图3为x射线敏感度曲线图，其示出了本发明所公开的方面的工作原理，该工作原理描绘了当测量不同复合片材样品时x射线传感器的预期响应。
10.图4示出了一个特定复合片材样品的示例性ir吸收光谱相对于波长λ(以任意的单位(任意单位)，例如以微米(μm)为单位)的曲线图。
具体实施方式
11.参考附图描述了所公开的实施方案，其中在所有附图中使用相同的附图标号来表示类似或等同的元件。附图未按比例绘制，并且其仅提供用于说明某些公开的方面。下面参考用于说明的示例性应用来描述若干公开的方面。应当理解，阐述了许多具体细节、关系和方法以提供对所公开实施方案的完全理解。
12.本发明所公开的测量设备包括两个不同的传感器，这些传感器包括x射线传感器和ir传感器，这些传感器一起用于在将第二材料施加到片材材料之后测量复合片材(诸如用于锂离子电池的分隔物片材)的性质。图1是根据示例性实施方案的用于复合片材180的重量测量的示例性测量设备100的描绘。复合片材180包括片材材料180a，该片材材料具有在其上作为涂层180b和/或其中具有嵌入粒子180c的第二材料。
13.测量设备100包括x射线传感器110和ir传感器120以用于确定片材材料180a的重量、第二材料的重量和复合片材180的总重量中的两者或更多者。x射线传感器110和ir传感器120两者在图1中均被示出为透射传感器，并且因此两者均具有上半部和下半部，其中在上半部中，x射线源110a被示出为t
x
并且ir发射器120a被示出为t
x
，并且在下半部中，x射线检测器110b被示出为r
x
并且ir检测器120b被示出为r
x
。ir传感器120可以另选地为如图2所示的基于反射的传感器，但x射线传感器110通常为透射传感器。
14.ir传感器120可利用可商购获得的ir传感器用于至多约12μm波长的测量，以通过将示出为图1所示的带通滤波器114的光谱滤波器应用于ir信号来检查可包括陶瓷涂覆的塑料分隔物膜的复合片材的特定光谱区特性。一个光谱区(对于pe为～3.4μm)覆盖通常非常明显的吸收峰。一个或多个光谱滤波器可覆盖吸收峰附近的参考区(参见下面描述的图4)。
15.可使用参考测量值从ir光谱计算无背景吸收信号。一个实施方案不使用参考测量值，而是依赖于无背景校正ir信号。由ir传感器120产生的信号通常主要对片材材料180a敏感，而来自x射线传感器110的信号通常主要对第二材料的重量敏感。当选择片材材料吸收峰时(如图4所示，即3.4μm pe吸收峰)，ir主要对片材材料180a敏感。与片材材料180a(诸如pe或pp聚合物基板)相比，x射线主要对第二材料敏感，因为第二材料包含高z材料(例如，含al、si或zr的材料，诸如al2o3、sio2或zro2)。
16.测量设备100包括扫描器头160，该扫描器头包括用于安装x射线传感器110和ir传感器120的部件的顶部扫描器头160a和底部扫描器头160b。扫描器头160的位置控制是众所周知的。扫描器头160可以在复合片材180的部分宽度或整个宽度上方扫描，包括在该复合片材的生产期间。
17.在扫描器头160a、扫描器头160b内部，x射线传感器110和ir传感器120沿着可以平行于纵向(md)或在横向(cd)上的线安装。扫描器头160a、扫描器头160b可以跨复合片材180扫描，以显示在扫描器头160a、扫描器头160b之间移动的有时称为“幅材”的复合片材180的表示。来自相应检测器110b、相应检测器120b的信号通常由包括滤波器、模数转换器(adc)和放大器的电子设备(未示出)处理，然后将其传送到包括处理器151的计算装置150，该处理器具有相关联存储器152。同样未示出的是在处理器151与x射线源110a和ir源120a之间的电子设备，其通常至少包括数模转换器(dac)。
18.处理器151获取从ir传感器120中的x射线传感器110接收的传感器测量值，并且使用算法或数字逻辑计算第二材料重量(在该示例中为涂层重量)。应当注意，这种处理中的一些处理可以在相应传感器110、相应传感器120本身内进行。可以存在处理器151的其他输入，诸如扫描器头160a、扫描器头160b的头位置或纵向位置。来自处理器151的输出可以仅仅是作为位置的函数的呈涂层180b和/或片材材料180a中的嵌入粒子180c的形式的第二材料重量，或者是用于控制在片材材料180a(诸如分隔物片材)上施加第二材料涂层的涂布机的某种控制信号。处理器151还可以输出信号以控制施加到片材材料180a的第二材料重量。
19.x射线传感器110(例如，被配置为在3kev至6kev，诸如4kev至5kev下操作)提供对复合片材180的总重量的测量。然而，由于与片材材料180a相比第二材料的密度更高且原子序数更高，因此当片材材料180a包括塑料膜时，x射线测量对第二材料重量的敏感度通常比对片材材料180a重量的敏感度高约10倍。
20.通过测量来自x射线传感器110的检测器110b和ir传感器120的检测器120b的相应输入，可确定以下三个可能输出中的两个可能输出：片材材料180a的重量、第二材料的重量和复合片材180的总重量。第三重量可从前两个重量计算。可通过对一组具有已知片材材料重量和涂层重量谱参数的复合片材样品执行双预测器(x射线和ir)部分最小二乘回归(或类似的统计方法，诸如主成分分析(pca))来校准总体测量。
21.图2为根据示例性实施方案的包括x射线传感器110和ir传感器120’的示例性测量设备200的描绘，该x射线传感器和该ir传感器被配置作为反射传感器以用于确定复合片材180的重量，该重量包括复合片材180的至少两个重量，该至少两个重量选自片材材料180a的重量、第二材料的重量和复合片材180的总重量。
22.因此，所公开的实施方案包括透射或反射配置中的ir传感器部分，两者均在使用至少一个ir光谱区的同时，在直视线测量中或在观察散射光的偏移设置中执行。ir传感器120(图1中)或ir传感器120’(图2中)可覆盖光谱区直至长波ir(lwir)，诸如覆盖至14μm。可使用ir标记来确定复合片材180样品的不同等级，诸如分组为两个不同等级。这些组在可用于选择适当校准的某些ir光谱特征方面不同。在pe作为片材材料180a的情况下，光谱区可为例如～2.4μm、～3.4μm、～6.8μm、在～13.8μm，或它们的一般任何组合。
23.本发明所公开的方面提供有益效果，包括提供复合片材180诸如涂覆的分隔物膜的总重量测量的x射线测量，如上所述，该x射线测量对涂层重量的敏感度通常是其对片材
材料180a(例如，膜)重量变化的敏感度的约10倍。在一个实施方案中，其中约10％的涂层重量测量精度是足够的，并且先验(例如，通过卡尺测量)已知片材材料(例如，分隔物膜)厚度，仅x射线测量通常可为足够的。
24.本发明所公开的x射线和ir传感器测量的组合使得能够在图1所示的一个测量设备100上或图2所示的设备200上，将片材材料180a的重量与作为涂层和/或嵌入在片材材料180a中的第二材料的重量一起确定。与已知的2扫描器和核(称为β量计)解决方案相比，本发明所公开的解决方案在安装在扫描器头160上时具有高性价比。
25.通常可以应用本发明所公开的实施方案以确定任何片材材料180a的任何涂层或嵌入材料的重量，例如聚合物片材中或其上的陶瓷涂层。第二材料(作为涂层和/或作为嵌入材料)和片材材料180a两者均可为多孔的。片材材料180a可包括多层的不同聚合物，例如包括pe/pp/pe、pp/pe/pp、pe/pp/pe/pp/pe的聚合物层叠堆。
26.实施例
27.通过以下具体实施例来进一步说明所公开的实施方案，这些实施例不应被解释为以任何方式限制本公开的范围或内容。
28.图3示出了x射线敏感度曲线图，其示出了本发明所公开的方面的工作原理。图3描绘了当测量不同复合片材180样品时x射线传感器110的预期响应。这些复合片材样品由pe或pp片材材料180a层组成，该层通常在其上具有包含氧化铝的涂层180b。片材材料180a的具有恒定重量的数据组由所示的虚线在视觉上支持。沿着虚线，仅涂层180b的重量改变，而片材材料180a的重量保持不变。所示的实线连接没有涂层的复合片材180样品的数据，使得仅片材材料重量变化。
29.这些线的两个不同斜率指示x射线传感器测量对涂层180b重量变化比对片材材料180a重量变化更敏感。这是由于涂层180b与片材材料180a的聚合物中的碳相比具有较高的z(原子序数；诸如包含原子序数为13的铝，例如在氧化铝的情况下)组分，从而引起与片材材料180a相比更强的x射线吸收。图3还示出了x射线测量主要对涂层180b重量变化敏感。另一方面，通过选择适当的ir滤波器(参见上述图1和图2所示的带通滤波器114)来针对片材材料180a的特定吸收特征定制ir测量，该ir滤波器因此将主要对片材材料180a重量变化敏感。这样，可使用两个相当独立的测量(来自x射线传感器和来自ir传感器)来确定复合片材180(包括片材材料180a上的涂层180b)的两个未知重量，诸如片材材料180a的重量和涂层180b的重量。
30.图4示出了一个复合片材样品的示例性ir吸收光谱相对于波长λ(以任意单位，例如以μm为单位)的曲线图。添加到ir传感器的光学ir滤波器提取由片材材料180a产生的信号。应用到片材材料180a特征的左侧(较低波长)和右侧(较高波长)的光学滤波器可用于提供可改善信号质量的参考基线水平。提供参考
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基线水平是任选的。使用一个或多个参考信号作为从由于电子部件漂移、灯功率和片材散射功率变化引起的变化来校正测量信号的方式在本领域中是众所周知的。片材材料中的孔尺寸通常具有与来自ir传感器的ir光的波长相同的数量级，因此除了被片材材料180a吸收之外，ir光通常被显著散射。孔尺寸分布的变化可影响光散射能力。
31.虽然上面已经描述了各种所公开的实施方案，但是应当理解，它们仅以示例而非限制的方式呈现。在不脱离本公开的实质或范围的情况下，可根据本公开对本文公开的主
题进行许多改变。此外，虽然可使用仅关于若干实现方式中的一者来公开特定特征，但是此类特征可与其他实现方式的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定应用可能期望或有利的那样。