智能生产 检测锂离子电池中的微粒

原因小，影响大：这句话正好适用于锂离子电池的颗粒污染。除其他外，微观粒子是造成电动汽车电池自行点火的原因--到目前为止，这种情况极为罕见。这种情况是如何发生的呢？

为了解释，让我们看一下电池单元的结构。它由许多薄如蝉翼、堆叠或缠绕的电极片组成：每个电极片有一个阳极和一个阴极，由一个分离层分开。中间的空间充满了电解质液。当电池放电时，电子通过触点从阳极流向阴极；当它们被充电时，这个过程被逆转。

在堆放之前，用激光将铝箔片切割成矩形；这将产生微米级的颗粒--碎片或碎屑。更多的颗粒可以通过运输设备或生产线上的其他机械部件的磨损产生。杂质可以通过各种解决方案去除，如真空或萃取。然而，颗粒偶尔也会留在箔片上。

如果这种导电颗粒约为10微米或更大，它们可以穿透10-40微米厚的分离剂。锂离子就会走 "捷径 "通过分离器。发生短路。短路可以点燃电池，超过1000摄氏度的火焰几乎无法扑灭。

在这方面，如今电动汽车电池的质量控制措施有哪些？组装后，电池单元会被多次充放电，并检查其电子特性。然而，颗粒污染很少以这种方式被发现。只要颗粒没有穿透隔膜，它们就不是一个尖锐的问题，几乎不影响电流的流动。

在充电、加速和制动过程中，强大的电流对电池单元施加物理力。这导致颗粒随着时间的推移而移动。在最坏的情况下，它们最终会撞到分离器上--而电池会凭空点燃。

几微米大小的颗粒可以用工业显微镜检测出来；相应的解决方案已经有很多年了。然而，这种检查需要太长时间。它只适用于检测单个物体，但不适合于高速的大规模生产。

这就是为什么制造商还没有对他们的电池单元进行颗粒污染检测--因为他们知道最坏的情况是极其罕见的。不可否认的是。由于电动汽车的数量相对较少，这个问题至今可以忽略不计。2021年，全球估计有1700万辆电动汽车在路上行驶。

但如果很快就是数亿辆，小数点后的第二或第三位也将开始发挥作用。届时，电动汽车电池中的粒子污染可能成为一个真正的安全风险，包括汽车和电池制造商的不良新闻和重大召回。

这个问题至今被接受，还有一个原因。检测电池中的残留物很困难。一方面，如前所述，这些颗粒很微小。另一方面，它们与周围环境的对比度很小：它们是由与电池单元本身相同的材料制成的。根据不同的光线情况，这些颗粒实际上是看不见的。

同时，电动汽车的电池生产仍然相当年轻。几乎没有任何既定的质量保证标准，制造商正在进行实验并积累经验。那么，如何才能可靠地检测出粒子污染--以足够便宜和快速的方式进行大规模生产？

为此，工业图像处理专家VITRONIC开发了一种基于人类行为的方法。例如，当一根针掉到地上时，我们从不同角度 "扫描 "地板。使用一盏灯，我们试图在针上形成一个我们可以发现的反射。

粒子检测系统的摄像传感器就是基于这个原理工作的。在激光切割后和堆叠前，摄像传感器检查所有的电极和分离器薄膜。它同时从不同的角度拍摄数张图像，每张图像都有不同的照明。传感器的分辨率：三到十微米。

检测到的颗粒会被自动测量。此外，材料和高度信息可以从各种图像中得出。人工智能对检测到的颗粒进行分类。其他缺陷也可以被检测出来，如位置偏差、边缘和切割缺陷，或运输造成的电极表面缺陷。

该检测系统可以直接安装在生产线上。传感器在铝箔的线性运动过程中拍摄图像；因此运输不必停止。因此，该过程适合在大规模生产中对电池片的颗粒污染进行连续检查。目前，该系统正在一个试点客户处进行测试和优化--其他客户也将跟进。