锂电池制造过程测量及设备— 黏度计，纠偏仪详解！
黏度计
(1)设备用途
用于对合浆（包括正极浆料、胶黏剂、负极浆料等）黏度的离线或在线测量。
(2)工作原理
黏度计的工作原理有很多，主要有毛细管式、旋转式、振动式和柱塞式等。以有实际应用案例的振动式黏度计为例，举例说明在线黏度计的工作原理。
黏度计的传感器探头浸入液体后，液体和探头表面接触。传感器探头始终保持相同的微振幅共振剪切。在液体黏度的作用下，探头会产生振幅的相位变化。黏度不同，要维持微振幅共振剪切的电流不同。黏度越大，电流越大。通过测量电流变化获得液体的黏度值。
电阻测试仪
(1)设备用途
用于对热复合片、电芯、储能电池的电阻实现离线或在线测量。也用于极片表面电阻率的离线或在线测量。
(2)工作原理
电阻测试仪的种类多，包括接地电阻测试仪、绝缘电阻测试仪、直流电阻测试仪、表面电阻测试仪以及回路电阻测试仪等。用途不同，测量原理不同。这里以表面电阻测试仪举例说明，其他电阻测试仪可查阅相关手册，不再赘述。
表面电阻测试仪测量表面电阻率的方法有直接法或比较法两种。
直接法是测量加在试样上的直流电压和流过它的电流而求得的未知电阻。
比较法，又名电桥法，是确定电桥线路中试样未知电阻与电阻器已知电阻之间的比值，或是在固定电压下比较通过这两种电阻的电流。
在极片表面电阻率测试的应用中，试样以平板居多。测量示意图如图1所示。
图1 表面电阻率测量示意图
1—被保护电极；2—不保护电极；3—保护电极
表面电阻测试仪测量表面电阻时采用三电极装置。三电极装置示意如图2所示。
图2 三电极装置示意图
1—被保护电极；2—保护电极；3—试样；4—不保护电极；d1—被保护电极直径；d2—被保护电极内径；d3—被保护电极外径；d4—被保护电极内径；g—电极间隙；h—试样厚度
表面电阻率的计算公式见式1。
式1中 ρ—表面电阻率；R—表面电阻，指电极1和电极2之间的电阻；P—电极装置中被保护电极的有效周长；g—两电极之间的距离。
纠偏仪
纠偏仪又称纠偏装置、纠偏机构等。指在涂布工艺、激光切割工艺、卷绕工艺、叠片工艺等工艺中广泛使用的，用以控制带材跑偏量、保证运行平稳的设备或机构。
(1)设备用途
控制带材跑偏量，保证运行平稳。
(2)工作原理
纠偏仪的工作原理很多。这里介绍两种在锂电工艺中有应用的纠偏仪原理：自动对中纠偏和蛇形纠偏。其余的纠偏原理请查阅相关资料，此处不再赘述。
1）自动对中纠偏原理
自动对中纠偏原理借助辊的形状实现纠偏。常用辊的形状有四种，见图3。
图3 常用辊的形状示意图
这里以单锥度的辊为例介绍。带材在辊子上的运动示意图见图4。
图4 带材在辊子上的运动示意图
Va和Vb是带材两侧的线速度，Va＜Vb，在该速度差下，带材受到力矩M的作用，产生旋转，角度为β。结合纠偏过程分析，见图5。
图5 带材纠偏过程示意图
带材的移动量ΔX的计算公式如式(2)：
式2中 α—系数；R—辊子半径；B—带材幅宽；θ—辊子锥度。
锥度辊子基于中心线对称，因此两侧受力工况相等，故有使带材居中的功能。
2）蛇形纠偏原理
蛇形纠偏的运动模型见图6，其中A、D为堕辊，B、C为可绕着旋转中心偏摆的辊。因在纠偏过程中，B、C辊的运动轨迹如蛇的爬行运动而得名蛇形纠偏。
图6 蛇形纠偏运动模型
蛇形纠偏仪的动力学模型见式(3)～式(5)。
式中 Y1，YH，Y2，Y3—带材在相应辊的偏移量y1，yH，y2，y3的拉氏变换；Z—辊C中心在y方向上的位移量；H1，H，H2，H3—相应跨距。
建模过程中，认为带材在辊A上没有位移，在实际操作中，由于放料卷边部不齐整，或者是其他未知原因，带材在辊A上发生位移，并不等于设定值。
因此，实际工程应用中布置纠偏仪时，往往在辊A和B之间布置传感器，以增加反馈信号，控制辊B和C的运动规律，以满足纠偏的工艺需求。
称重系统
锂电池注液系统工艺过程见图7。
图7 锂电池注液系统工艺过程
为了对注液量和电池品质一致性进行管控，在注液前后会多次借助称重系统完成相应测量。
称重工艺是借助称重传感器来完成。工业上应用的称重传感器有电阻式、电容式、振动式、液压式、光电式、电磁式、陀螺仪式等。不同类型的称重传感器在测量精度和适用范围上存在一定的差异，但都是通过一定的压力转换为其他中间形式的介质参数的变化，再转换为标准电信号被感知的过程。在储能电池制造过程中，称重传感器使用最多的就是电阻式传感器，相较其他类型的传感器，该类型的传感器使用最广，价格也相对便宜。
(1)设备用途
对注液量和电池品质一致性进行管控。
(2)工作原理
电阻式传感器的结构原理图见图8。
图8 电阻式传感器的结构原理图
电阻式传感器是通过4个电阻应变片粘贴于弹性敏感元件上，再利用适当的形式组成惠斯通电桥。传感器无负载时，弹性元件不产生应变，应变片的电阻不变化，此时电桥平衡，输出电压为零。传感器负载时，弹性元件的形变会引起应变片电阻的变化。理想情况下，负载力与电阻应变片的应变量成正比。工程应用中，受到加工和安装以及材料的非线性影响，负载力与应变量呈现一定的非线性关系，因此，经常性地通过一定的技术手段提升传感器及称重系统的输入和输出之间的线性关系程度，以保证工作过程的准确性和可靠性，提高测量精度。
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