本發(fā)明涉及用于在用于電池單體的電極制造中對電極幅材進(jìn)行高光譜成像的裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子蓄電池，下面也被稱為鋰離子電池，由于其高的功率密度和能量密度而作為蓄能器用在可移動的和固定的應(yīng)用中。

2、鋰離子電池典型地包括多個電池單體。電池單體、尤其是鋰離子電池單體包括許多層。這些層典型地包括陽極、陰極、分離器和其它元件。這些層能夠被構(gòu)造為堆或者被構(gòu)造為繞組。

3、電極典型地包括金屬箔，所述金屬箔尤其包括銅和/或鋁，所述金屬箔涂有活性材料。作為活性材料，在此典型地涂抹含鋰的膏(也被稱為漿體)。箔和涂層分別具有幾微米的厚度。由此，涂層的厚度的幾微米的偏差或者在材料特性、尤其是材料成分方面的偏差就已經(jīng)對電極的質(zhì)量具有負(fù)面的影響。由此，在涂層不規(guī)則的情況下會不利地制造質(zhì)量較低的電池單體。此外，不利的是，沒有確保電池單體的可靠的運行。

4、目前，在現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常在結(jié)束電池單體的整個生產(chǎn)過程之后才能在所謂的最終離線測試的范圍內(nèi)確定有缺陷的涂層。部分地也在電池單體運行多年之后才確定有缺陷的涂層。

5、用于電池單體制造的電池材料在制造中作為黏稠的介質(zhì)(涂覆膏，英語：slurry)被沉積或者被涂抹到電極幅材上。

6、沿著(連續(xù)長的)制造路線/產(chǎn)品幅材(比如電池-電極、紙幅材、鋼、…)或者批量制造設(shè)備(比如曲奇、餅干、制動襯片、…)來連續(xù)確定材料參數(shù)(比如成分、配料的分布的均勻性、濕度、…)，這對結(jié)果來說具有關(guān)鍵意義。

7、尤其電池單體制造(這里關(guān)于鋰離子電池)在現(xiàn)今十分頻繁地以探究性的處理方式為特征(也就是倒不如說是由手藝和技巧構(gòu)成的混合形式，而不是科學(xué)或者完全通曉的工業(yè)過程)。膏狀的活性材料在此在兩側(cè)面上(典型地連續(xù)地)被施加到長的電極幅材上、被干燥并且被處理。在此，首先過程參數(shù)經(jīng)常作為烹飪食譜(比如在y度情況下干燥x小時)被保存并且?guī)缀鯖]有借助于傳感器來監(jiān)控。

8、因為對于由nmc或者石墨(作為主要組成部分)與溶劑以及必要時其它組分(比如被施加到電極幅材上的導(dǎo)電碳黑)構(gòu)成的膏狀的混合物、所謂的漿體來說配料在混合器中被混合并且在此混合物的均勻性以及粘度對后來的電池單體的性能以及由此整個后來的電池的性能來說是決定性的，所以在制造過程中必須無條件地監(jiān)控涂層的這種均勻性。

9、對于次最優(yōu)地均勻化的混合物來說，在此會出現(xiàn)在用更多或更少的溶劑(水、nmp)涂覆時產(chǎn)生的區(qū)域。另一方面，由此也產(chǎn)生具有不同的化學(xué)成分的區(qū)域。此外，如果混合過程經(jīng)歷波動，則可能出現(xiàn)固體顆粒的不均勻的解聚，也就是說可能出現(xiàn)顆粒尺寸或者顆粒尺寸分布與目標(biāo)值的偏差。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)在對于不均勻性的識別與漿體混合器之間的閉環(huán)反饋。

10、在進(jìn)一步的加工中，這些區(qū)域而后可能會導(dǎo)致所制造的電極的不均勻的特性并且/或者引起電池單體中的短路及低效率。

11、迄今為止，作為抽樣以提取的方式從所生產(chǎn)的幅材中沖裁出一些部位或者從生產(chǎn)中提取完全的區(qū)段。此后，在最佳情況中在顯微鏡下對如此提取的材料進(jìn)行分析。能夠離線地(在實驗室檢驗中)通過x射線方法對層的化學(xué)成分的偏差或者顆粒尺寸分布的偏差進(jìn)行證實。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務(wù)是，說明一種解決方案，該解決方案改進(jìn)用于電池單體的電極制造。

2、本發(fā)明從獨立權(quán)利要求的特征中產(chǎn)生。有利的改進(jìn)方案和設(shè)計方案是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明的其它特征、應(yīng)用可行方案和優(yōu)點從以下說明中得出。

3、本發(fā)明的一個方面所涉及的是，在用于電池制造的被涂覆的電極的制造中確定電極幅材中的不均勻性的局部位置。

4、本發(fā)明要求一種用于在用于電池單體的電極制造中對電極幅材進(jìn)行高光譜成像的裝置的權(quán)利。所述裝置具有：

5、至少一個高光譜的光譜單元，其具有用于進(jìn)行成像的行掃描照相機，其中所述光譜單元被布置并且設(shè)立用于：

6、-在向前運動的電極幅材的電極制造的預(yù)先給定的位置處拍攝高光譜圖像；

7、-從所述圖像中獲取電極幅材的不均勻性，其中不均勻性是層的化學(xué)成分的偏差或者是顆粒尺寸分布與預(yù)先給定的目標(biāo)尺寸的偏差；并且

8、-獲取并且保護(hù)所述不均勻性的、沿著電極幅材的縱向方向的局部位置(也就是位置編碼)。

9、電極幅材是涂有漿體的載體箔。行掃描照相機在英語中被稱為“push-broom-scanner”。“保護(hù)”要廣義地來理解、也在“存儲”或“標(biāo)記”的意義上來理解。

10、本領(lǐng)域的技術(shù)人員依賴于有待探測的不均勻性和用來形成漿體、也就是也用來形成電極幅材的涂層的材料來選擇高光譜成像的波長。

11、比如，能夠通過與以前所獲取的參考圖像(＝目標(biāo)尺寸)的比較來確定不均勻性。參考圖像比如能夠從以前產(chǎn)生的、具有經(jīng)證實的均勻構(gòu)造的電極幅材中或者從源自第一米的剛剛制造的電極幅材的圖像的平均值形成中獲取。

12、裝置具有轉(zhuǎn)向滾筒，通過該轉(zhuǎn)向滾筒來導(dǎo)引電極幅材，其中行掃描照相機在轉(zhuǎn)向滾筒與電極幅材之間的接觸面的位置處拍攝圖像。

13、在一種改進(jìn)方案中，裝置被構(gòu)造用于通過在電極幅材上進(jìn)行標(biāo)記來執(zhí)行對于不均勻性的局部位置的保護(hù)。標(biāo)記比如能夠在切割電極幅材時重又被找到并且用于分選。

14、在一種改進(jìn)方案中，裝置具有雕刻單元，該雕刻單元被設(shè)立用于通過優(yōu)選在電極幅材的縱向邊緣處的雕刻來執(zhí)行標(biāo)記。這比如能夠通過激光雕刻機來進(jìn)行。

15、在一種改進(jìn)方案中，裝置具有存儲單元，該存儲單元被設(shè)立用于作為沿著電極幅材的位置編碼來如此保護(hù)不均勻性的光譜特征，使得不均勻性的位置能夠借助于光譜特征來找到。不均勻性的所存儲的光譜比如能夠在切割電極幅材時重又被找到。

16、在一種改進(jìn)方案中，裝置具有制造管理系統(tǒng)，光譜單元與該制造管理系統(tǒng)連接并且該制造管理系統(tǒng)被設(shè)立用于觸發(fā)光譜單元以便進(jìn)行測量。這允許比如在對電極幅材進(jìn)行切割和分選時對測量進(jìn)行后來的局部分配。

17、在一種改進(jìn)方案中，裝置在光譜單元的位置處具有測評及計算單元，其中所述測評及計算單元被設(shè)立用于將高光譜成像的數(shù)據(jù)預(yù)壓縮成矢量并且分配給局部位置。由此獲取用于材料的沿著所觀察的測量線的橫向分布的尺度。也就是說編制不均勻性的矢量。

18、在一種改進(jìn)方案中，行掃描照相機是swir行掃描照相機。由此，一種成本低廉的解決方案是可能的。

19、在一種改進(jìn)方案中，裝置在光譜單元中具有ki引擎，該ki引擎被設(shè)立用于在計算機輔助的情況下獲取不均勻性。

20、在一種改進(jìn)方案中，借助于深度學(xué)習(xí)方法對ki引擎進(jìn)行訓(xùn)練，以便從光譜中獲取不均勻性。

21、本發(fā)明也要求一種用于在用于電池單體的電極制造中借助于對于電極幅材的高光譜成像來獲取不均勻性的方法的權(quán)利，所述方法具有以下步驟：

22、-在向前運動的電極幅材的電極制造的預(yù)先給定的位置處拍攝高光譜圖像；

23、-從所述圖像的光譜中獲取電極幅材的不均勻性，其中不均勻性是層的化學(xué)成分的偏差或者是顆粒尺寸分布與預(yù)先給定的目標(biāo)尺寸的偏差，并且

24、-獲取并且保護(hù)所述不均勻性的、沿著電極幅材的縱向方向的局部位置。

25、在轉(zhuǎn)向滾筒與電極幅材之間的接觸面的位置處，通過行掃描照相機來拍攝圖像，通過該轉(zhuǎn)向滾筒來導(dǎo)引電極幅材。

26、在所述方法的一種改進(jìn)方案中，通過在電極幅材上進(jìn)行標(biāo)記來保護(hù)不均勻性的局部位置。

27、在所述方法的一種改進(jìn)方案中，將不均勻性的光譜特征作為沿著電極幅材的位置編碼如此加以存儲，從而借助于光譜特征能夠找到不均勻性的位置。

28、在所述方法的一種改進(jìn)方案中，借助于ki引擎在計算機輔助的情況下獲取不均勻性。

29、本發(fā)明尤其提供以下優(yōu)點：

30、-在轉(zhuǎn)向滾筒處或者在支撐性的/穩(wěn)定性的幅材分段的上面進(jìn)行測量；

31、-直接的在線評估允許用比如布置在上游的干燥器進(jìn)行閉環(huán)反饋；

32、-對于數(shù)據(jù)的近場預(yù)壓縮降低了在it上的負(fù)載并且通過與此伴隨的語義標(biāo)注能夠?qū)崿F(xiàn)在物理上“正確的”評估(在真實的測量參量而不是“門牌號碼”的意義上)；

33、-提供語義標(biāo)注；

34、-集成到制造自動化中；

35、-分配給沿著“產(chǎn)品”的位置；

36、-可追溯性；

37、-連續(xù)的測量信息；

38、-在沒有取樣的情況下無干擾；以及

39、-在過程中的連續(xù)檢測，所述連續(xù)檢測提供表征的2d不均勻性指示，所述2d不均勻指示適合用于在接下來的過程步驟中對幅材分段進(jìn)行鑒別/再識別。

40、本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點從借助于示意圖對實施例所作的以下解釋中變得明顯。