一种电解铜箔纵向尺度均匀性测量方法、系统、生箔机与流程

1.本发明涉及新能源汽车动力电池用电解铜箔领域，更具体地说，尤其涉及一种电解铜箔纵向尺度均匀性测量方法、系统、生箔机。


背景技术：

2.电解铜箔的均匀性指标是其产品品质控制指标之一。对于铜箔均匀性的研究，一直是各个厂家关注的要点。
3.申请人在himmpat以及cnki针对“铜箔、厚度、均匀性”进行了检索，主要研究成果如下：
4.文献一：cn111763963b公开了一种铜箔厚度均匀性处理方法、铜箔表面处理方法，该文是将铜箔横向分为n个部分，通过测厚仪对其进行测量，在厚度较薄的区域镀铜。
5.文献二：cn111304699b公开一种防断箔装置、9μm～20μm铜箔后处理防断箔方法、后处理机，该文献也是利用测厚仪组件来分析铜箔的厚度。
6.然而，对于测厚仪(宋华雄,张云,宋岚,等.激光在线测厚振动分析与精度优化[j].半导体光电,2021,42(1):6)而言，不同测厚仪的精度差别也较大；精度较高的测厚仪往往价格较高。每个生箔机均配置高精度的测厚仪在经济上负担较重。
[0007]
基于上述原因，能否有其他方式来替代测厚仪来实现铜箔厚度均匀性的在线生产监测，就成为铜箔行业厂家一个值得研究的技术问题。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种电解铜箔纵向尺度均匀性测量方法。
[0009]
本发明的另一目的在于提供一种电解铜箔纵向尺度均匀性测量系统。
[0010]
本发明的再一目的在于提供一种生箔机。
[0011]
一种电解铜箔纵向尺度均匀性测量系统，其包括：其包括：进液铜离子浓度传感器、进液流量传感器、出液铜离子浓度传感器、出液流量传感器、控制器、显示屏；
[0012]
所述进液铜离子浓度传感器、所述进液流量传感器、所述出液铜离子浓度传感器、所述出液流量传感器、所述显示屏均与所述控制器连接；
[0013]
所述进液铜离子浓度传感器与进液流量传感器均设置在生箔机的电解系统的进液管路上，所述出液铜离子浓度传感器与出液流量传感器均设置在生箔机的电解系统的出液管路上；
[0014]
基于进液铜离子浓度传感器能够测量得到进入生箔机的电解系统的铜离子含量x
t-t曲线；
[0015]
基于进液流量传感器能够测量得到进入生箔机的电解系统的溶液流量q
t-t曲线；
[0016]
基于出液铜离子浓度传感器能够测量得到流出生箔机的电解系统的铜离子含量y
t-t曲线；
[0017]
基于出液流量传感器能够测量得到流出生箔机的电解系统的溶液流量u
t-t曲线；
[0018]
控制器基于所述进液铜离子浓度传感器、所述进液流量传感器、所述出液铜离子浓度传感器、所述出液流量传感器传递而来的数据，能够得出铜箔纵向尺度均匀性变化曲线；
[0019]
所述显示屏用于显示铜箔纵向尺度均匀性变化曲线。
[0020]
进一步，还包括：报警器，所述控制器与所述报警器连接。
[0021]
一种电解铜箔纵向尺度均匀性测量方法，在生箔机的电解系统的进液管路上设置有进液铜离子浓度传感器与进液流量传感器，在生箔机的电解系统的出液管路上设置有出液铜离子浓度传感器与出液流量传感器；
[0022]
进液铜离子浓度传感器测得的进入生箔机的电解系统的铜离子含量x
t-t曲线，出液铜离子浓度传感器能够测得的流出生箔机的电解系统的铜离子含量y
t-t曲线；
[0023]
其包括以下步骤:
[0024]
s100，选择tp～tp m
△
t、tb～tb m
△
t、
△
t，利用x
t-t曲线上计算不同时间段内的铜离子供给量：
[0025][0026]
其中，tp～tp m
△
t时为进液流量稳定段，在tb～tb m
△
t时为出液流量稳定段，且tp～tp m
△
t时为进液流量与tb～tb m
△
t时为出液流量相同；
[0027]
△
t表示选择的时间段；
[0028]
s200，利用y
t-t曲线上计算不同时间段内的铜离子剩余量：
[0029][0030]
s300，均匀性比较：
[0031]
计算：
[0032]
进一步，还包括：
[0033]
s400，计算:
[0034][0035][0036]
当预设差异值≤g/h-1时，报警；
[0037]
当预设差异值》g/h-1时，不报警。
[0038]
进一步，s400中的预设差异值小于等于2％。
[0039]
进一步，参数tb确定方法为：
[0040]
s100-1，确定
△
t
b-p
：
[0041]
△
t
b-p
为恒定流状态下电解液自进液铜离子浓度传感器的位置流动至出液铜离子浓度传感器的位置之间的时间差；
[0042]
所述
△
t
b-p
的确定方法为：
[0043]
首先，初步估算
△
t
b-p
在t
b-p-1
～t
b-p-2
之间；
[0044]
然后，采用下述方法进行精确确定：
[0045]
a.选取进液曲线在恒定流中的一段t5～t6曲线，对应的，在t5 t
b-p-1
～t6 t
b-p-2
之间的出液曲线也为恒定流，且t5～t6时刻内记录的进液的流量＝t5 t
b-p-1
～t6 t
b-p-2
时刻记录的出液的流量；
[0046]
b.确定标定步距
△
t
标定步距
与标定次数n，
△
t
标定步距
＝(t
b-p-2-t
b-p-1
)/n
[0047]
b-1，计算参数e1:
[0048][0049]
b-2，计算参数e2:
[0050][0051]
……
[0052]
b-k，计算参数e2:
[0053][0054]
……
[0055]
b-n 1，计算参数e2:
[0056][0057]
比较e1，e2，
……en 1
的大小，确定ej：
[0058]ej
＝min(e1，e2，
……en 1
)
[0059]
由此确定：
[0060]
△
t
b-p
＝t
b-p-1
(j-1)
△
t
标定步距
[0061]
s100-2，通过下式确定tb：
[0062]
tb＝t
p

△
t
b-p
。
[0063]
一种电解铜箔生箔机，在生箔机上安装有电解铜箔纵向尺度均匀性测量系统，通过电解铜箔纵向尺度均匀性测量系统来分析电解铜箔的均匀性。
[0064]
本技术的有益效果在于：
[0065]
第一，本技术的第一个发明点在于：溶铜系统在工作时，溶铜的速率必然会发生波动，也即，进入电解系统的电解液中的铜离子含量必然会发生波动。而现有的生箔机在生产时，基本上没有其他溶液进入到电解系统中，也即，流出电解系统的电解液中的铜离子含量不会受其他影响，而只是“电解系统 浓度差(渗透压)”的影响。而在电解的生产过程中，进入电解系统、流出电解系统的电解液的流速较快，因此，不用考虑渗透压的影响。基于上述基础性的认识，“通过监测进液、出液的铜离子浓度，来判断电解铜箔的厚度均匀性”提供了可能。
[0066]
第二，本技术的第二个发明点在于：本技术的方法“当预设差异值≤g/h-1时，报
警；当预设差异值》g/h-1时，不报警”必须是在满足
“△
t
b-p”不变的时候才能适用。但是，在生箔机的实际运行过程中，往往会发生电解液系统中的溶液增加或减少(同一时刻下进液流量》出液流量或者进液流量《出液流量)的问题，此时，再重新达到：进液恒定流、出液恒定流(即步骤s100的条件时)，且两者流量相同时，就需要重新标定
△
t
b-p
。
[0067]
重新标定
△
t
b-p
的方法为：
[0068]
首先，初步估算
△
t
b-p
在t
b-p-1
～t
b-p-2
之间(t
b-p-1
～t
b-p-2
均为参数)；
[0069]
然后，采用下述方法进行精确确定：
[0070]
a.选取进液曲线在恒定流中的一段t5～t6曲线，对应的，在t5 t
b-p-1
～t6 t
b-p-2
之间的出液曲线也为恒定流，且进液的流量＝出液的流量；
[0071]
b.确定标定步距
△
t
标定步距
与标定次数n，
△
t
标定步距
＝(t
b-p-2-t
b-p-1
)/n
[0072]
b-1，计算参数e1:
[0073][0074]
b-2，计算参数e2:
[0075][0076]
……
[0077]
b-k，计算参数e2:
[0078][0079]
……
[0080]
b-n 1，计算参数e2:
[0081][0082]
比较e1，e2，
……en 1
的大小，确定ej：
[0083]ej
＝min(e1，e2，
……en 1
)
[0084]
由此确定：
[0085]
△
t
b-p
＝t
b-p-1
(j-1)
△
t
标定步距
。
[0086]
第三，本技术的分析结果实质上对应的是电解铜箔的面密度差异；也即，本技术的传感器配置可以一定程度上代替测厚仪。基于本技术的方案，能够反应任意尺度下(纵向)铜箔的面密度差异，方便铜箔生产企业对面密度差异这一指标的品质测量与控制。
附图说明
[0087]
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
[0088]
图1是实施例1的一种电解铜箔纵向尺度均匀性测量系统(电解系统为：阴极辊 阳
极槽)。
[0089]
附图标记说明如下：
[0090]
进液铜离子浓度传感器1、进液流量传感器2、出液铜离子浓度传感器3、出液流量传感器4。
具体实施方式
[0091]
实施例1：
[0092]
一、基础构思之硬件设计
[0093]
如图1所示，一种电解铜箔纵向尺度均匀性测量系统，其包括：进液铜离子浓度传感器1、进液流量传感器2、出液铜离子浓度传感器3、出液流量传感器4、控制器；所述进液铜离子浓度传感器、所述进液流量传感器、所述出液铜离子浓度传感器、所述出液流量传感器均与所述控制器连接；
[0094]
所述进液铜离子浓度传感器与进液流量传感器均设置在生箔机的电解系统的进液管路上，所述出液铜离子浓度传感器与出液流量传感器均设置在生箔机的电解系统的出液管路上。
[0095]
还包括：显示屏，所述显示屏与控制器连接，控制器将分析得到的数据发送到显示屏上实现。
[0096]
四个传感器的测量目的：
[0097]
基于进液铜离子浓度传感器能够测量得到进入生箔机的电解系统的铜离子含量x
t
(g/l)-t曲线；
[0098]
基于进液流量传感器能够测量得到进入生箔机的电解系统的溶液流量q
t
(l/s)-t曲线；
[0099]
基于出液铜离子浓度传感器能够测量得到流出生箔机的电解系统的铜离子含量y
t
(g/l)-t曲线；
[0100]
基于出液流量传感器能够测量得到流出生箔机的电解系统的溶液流量u
t
(l/s)-t曲线。
[0101]
二、基础构思之数据处理
[0102]
从t1到t2内进入到电解系统的铜离子质量为t1到t2流入的电解液，在t3到t4时刻流出电解系统；从t3到t4内流出电解系统的铜离子质量为
[0103]
则可知：即为电解系统电解的铜箔的质量。
[0104]
当某段时间内的qt恒定、ut恒定(电解系统没有其他溶液进入(现有的生箔机进入的溶液除了电解液就是水洗，水洗基本上可以避免进入到阳极槽中)，同时，阴极辊的转速生产时会保持恒定的转速)：
[0105]
那么，从xt-t曲线、yt-t曲线能够分析从电解铜箔在纵向大尺度方向上的厚度均匀性区别，其另外的说法是：
[0106]
xt-t曲线上，选择任意时刻作为起点，该时刻记录为tp，步长选择为
△
t，即判断：tp～tp
△
t，tp
△
t～tp 2
△
t，tp 2
△
t～tp 3
△
t
……
tp (m-1)
△
t～tp m
△
t的进液(m表
示任意自然数)，其析出的铜离子的质量的差别有多大(析出的铜离子的质量与铜箔的厚度成正比)。
[0107]
即从xt-t曲线上取得：对应的在yt-t曲线上取得：
[0108]
然后，对比：
[0109][0110]
上述结果通过显示屏来显示。
[0111]
难点分析：
[0112]
上述给出了基本的构思，但是其存在一个难题：t
p
确定后，tb如何确定(实质是t
b-t
p
如何确定)。
[0113]
t
b-t
p
＝进液铜离子浓度传感器1的位置至出液铜离子浓度传感器3的位置之间的电解液的体积/流量(进液流量＝出液流量)。
[0114]
对于进液铜离子浓度传感器1的位置至出液铜离子浓度传感器3的位置之间的电解液的体积，可以通过物理手段初步估算，进而可以估算t
b-t
p
(用
△
t
b-p
表示)在t
b-p-1
～t
b-p-2
之间；
[0115]
然后，采用下述方法进行精确确定：
[0116]
a.选取q
t
中一段t5～t6曲线，该曲线内q
t
基本不变；对应的，在t5 t
b-p-1
～t6 t
b-p-2
之间的u
t
曲线内的u
t
基本不变，且两者基本相同；
[0117]
b.确定标定步距
△
t
标定步距
与标定次数n，
△
t
标定步距
＝(t
b-p-2-t
b-p-1
)/n
[0118]
b-1，假定
△
t
b-p
＝t
b-p-1
，计算参数e1:
[0119][0120]
b-2，假定
△
t
b-p
＝t
b-p-1

△
t
标定步距
，计算参数e2:
[0121][0122]
……
[0123]
b-k，假定
△
t
b-p
＝t
b-p-1
(k-1)
△
t
标定步距
，计算参数e2:
[0124][0125]
……
[0126]
b-n 1，假定
△
t
b-p
＝t
b-p-1
n
△
t
标定步距
(即假定
△
t
b-p
＝t
b-p-2
)，计算参数e2:
[0127]
[0128]
比较e1，e2，
……en 1
的大小，确定:ej＝min(e1，e2，
……en 1
)。
[0129]
由此确定：
[0130]
△
t
b-p
＝t
b-p-1
(j-1)
△
t
标定步距
[0131]
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。