Online Thickness Gauge for Battery Electrode Sheets WEBFREX3ES

지속 가능한 에너지에 대한 폭넓은 관심과 탄소 배출을 줄이기 위한 시도와 함께, 전기 자동차(EVs) 및 에너지 저장 시스템(ESS) 등의 자동차 전기화가 현재 주목받고 있습니다. 이러한 시도들을 위한 주요 기술 중 하나는 재충전 가능한 배터리로, 특히 리튬 이온 배터리가 그 중요성을 갖고 있습니다. 전극 코팅은 리튬 이온 배터리의 품질을 결정하는 중요한 제조 과정으로, 적절하지 않은 마무리는 배터리 사용 시 화재와 같은 심각한 사고로 이어질 수 있습니다. 따라서 음극과 양극 물질의 고르고 효율적인 코팅이 중요하며, 정밀한 코팅 품질 측정과 모니터링이 필요합니다.

코팅 공정에 대한 Yokogawa의 솔루션과 배터리 전극 시트의 온라인 두께 측정기인 WEBFREX3ES를 소개합니다.

 

Overview

50년 이상 축적된 Film 공정 경험, 배터리 제조업체에 10년 이상 납품한 경험

Experience in delivery to leading manufacturers of batteries

리튬이온 전지는 현재 전 세계에서 생산되고 있지만, 실제로는 일본에서 개발되어 2000년대 이후 전 세계로 빠르게 확대되었습니다. WEBFREX3ES가 2010년에 출시되기 전부터, YOKOGAWA는 종이 및 필름 제조 공정에서 시트의 품질을 제어하고 측정하기 위한 기술을 50년 이상 개발해 왔습니다. 이후로 YOKOGAWA는 생산 현장을 지원하고 WEBFREX3ES를 세계 상위 10개 기업의 절반 이상에 공급해 왔습니다. WEBFREX3ES는 재충전 가능한 전지 외에도 다층 세라믹 커패시터(MLCC) 생산 현장에서도 널리 사용되며, 품질과 생산 비용 개선에 기여하고 있습니다. 수십년 동안 축적된 현장 운영 모니터링 및 개선 노하우는 YOKOGAWA의 두께 측정기의 강점이며, 이를 현재 2차전지용 WEBFREX3ES에 효과적으로 활용하고 있습니다.

 

 

Coating weight의 정확한 모니터링, 품질/비용 개선 및 코팅 중량 데이터를 사용한 집단 제조 관리

We will provide you not only accurate "monitoring" systems, but also further values.

WEBFREX3ES는  고성능 프레임과 센서로 정확한 고속 및 고해상도 측정이 가능합니다. 또한 사용자 친화적이고 가시성이 높으며 유연한 인터페이스를 갖춘 풍부한 모니터링 환경을 제공합니다.
이는 코트 중량을 모니터링할 뿐만 아니라 Yokogawa의 자동 코팅 제어 소프트웨어(option*)를 사용하여 온라인으로 품질과 비용을 개선하는 데 기여합니다. 
*이 옵션을 추가하려면 별도 상담이 필요합니다.
또한 외부 커뮤니케이션에 대응할 수 있으며, MES와 연계하여 집단 제조 관리 및 외부 설비와의 커뮤니케이션을 지원합니다.

Details

Frame

WEBFREX3ES는 최대 5개의 각각의 위치(#1 - #5)에서 측정할 수 있습니다. 코팅 전의 Foil의 두께, WET 상태(#2 & #4) 및 DRY 상태(#3 & #5)의 각 코팅 중량은 각 프레임의 측정값을 사용하여 차이를 연산하여 결정됩니다.

WEBFREX3ES는 프레임 본체와 로컬 박스의 두 부분으로 구성됩니다.


프레임 본체에는 전용 센서가 장착되어 있으며 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 시트를 스캔하여 두께를 측정할 수 있습니다.

반면, 로컬 박스에는 프레임 프로세서, 모터 드라이버 및 다중 프레임 동기 프로세서가 있으며 프레임 본체에서 약간 떨어진 위치에 설치할 수 있습니다.

Frame Configuraton (Side View)

 

 

Frame Configuraton (Top View)

 

 

리니어 모터를 사용한 고속 및 고분해능 측정

WEBFREX3ES에는 리니어 모터가 장착되어 있어 단방향 3초의 최단 시간으로 고속 스캔을 실현하여 고해상도를 측정할 수 있습니다. 
이를 통해 고속 생산 능력이 있는 생산 라인에서도 충분한 측정을 수행할 수 있으며 적층 시 중요하게 고려되는 전극의 가장자리 부분을 정밀하게 모니터링할 수 있습니다.

High-speed and High-resolution Measurements

 

 

동기운전 시스템을 통한 정확한 코팅 중량 측정

동기운전 시스템을 이용한 정확한 코팅 중량 데이터는 코팅되지 않은 상태와 코팅된 상태의 평량 차이를 계산하여 결정할 수 있습니다. 각 프레임에서 측정된 평량에는 호일의 고르지 않은 두께와 코팅 중량의 변동이 포함되기 때문에 코팅 전후의 측정 지점을 일치시키는 "동기 운전"은 정확한 코팅 중량을 계산하는 데 매우 중요한 프로세스가 될 것입니다.
포일 변동에 영향을 받지 않고 정확한 코팅 중량을 측정할 수 있으며, 포지셔닝 분해능이 높은 리니어 모터를 사용하여 코팅 전후에 설치된 프레임 간의 통신 속도를 향상시킬 수 있습니다.

 

Dust 방지 조치

전극 시트의 먼지 오염은 단락을 일으켜 배터리를 사용하는 동안 더 이상 발화할 수 있습니다. 이러한 일이 발생하지 않도록 시트 위의 리니어 모터 부품에 먼지가 흩어지는 것을 방지하는 덮개가 설치되었습니다. 또한 리니어 모터는 기존 벨트 모터에 비해 마찰에 의한 먼지 발생이 적도록 설계되었습니다.

Sensor

B-ray 또는 X-ray를 이용한 투과 센서입니다. 
둘 다 비접촉식 센서이며 물체를 손상시키지 않고 높은 정확도로 지속적으로 측정합니다.
방사선원 또는 X선관에서 방출된 방사선이 측정하고자 하는 전극시트를 투과할 때, 단위 면적당 중량(평량)은 시트의 중량에 따른 감쇠의 원리를 적용하여 측정합니다.
평량 측정은 두께(um)만 측정하는 레이저 타입과 달리 두께뿐만 아니라 밀도의 변화도 감지할 수 있습니다.

Measurement Range

Beta-ray sensor (Radiation source: 85Kr)

Measurement range: 0 to 1200 g/m2

X-ray sensor (Reflection type X-ray tube and tungsten target)

Measurement range: 0 to 600 g/m2

Interface

사소한 변화도 놓치지 않는 Operation Screen

실시간 모니터링에 적합한 프로파일, 전체 추세의 모니터링 및 분석에 적합한 2D/3D Map Screen, 엣지 모니터링에 적합한 Extend Profile, Stripe Coating모니터링에 적합한 Zone Trend Profile 등 목적에 적합한 다양한 Operation Screen이 준비되어 있습니다. 
이러한 Operation Screen에서 사용자는 자신의 취향에 따라 화면을 구성할 수 있습니다.
우리는 그들이 필요한 정보를 적시에 표시하고 전달하고 빠른 판단을 내릴 수 있도록 지원할 것입니다.

또한 알람 기능은 상/하한 값을 초과할 경우 알람 시스템 및 MES와 같은 사용자 시스템과 협력하여 WEBFREX3ES의 외부 부품에 대한 알람을 출력하여 품질 부적합에 대한 감독을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다

Smooth profile, overlay profile, and control panel

상단: Profile, 중단: Overlay Profile, 하단: Frame Control Panel(작업 명령용)

→ 일반 모니터링 등에 대한 최적의 접근 방식

 

3D profile

2D/3D Profile

→ 일반적인 Trend의 모니터링 및 분석에 대한 최적의 접근 방식

 

zone trend profile

상단: 좌우측 코팅 부에 대한 각 영역 Trend
하단: 좌우 코팅 부에 대한 Profile 및 각 영역 Trend

→ 스트라이프 코팅 Trend 모니터링에 적합


Simple Measurement Tuning

일반적으로 복잡한 계산을 적용하여 튜닝을 실시하지만, WEBFREX3ES는 각 프레임의 측정값을 입력하는 것만으로 자동 튜닝을 실시합니다. 매번 두께 측정기를 담당하는 엔지니어에게 문의할 필요는 없습니다. 
또한 각 레시피(등급)에 따라 설정값을 저장할 수 있으며, 제조 과정에서 등급을 바꿔도 원활하게 호출할 수 있습니다.

Automatic Coating Control

자동 코팅 제어 소프트웨어(*옵션)는 작업 공수를 줄이고 수동으로 달성할 수 없는 수준까지 품질 향상을 추구하며 수율 개선 및 생산 라인 설정 시간 단축 프로세스를 통해 생산 손실을 방지할 것으로 기대됩니다.

Shortening the convergence time when starting up the line

Lower the quality variations

 

 

Coordination With MES and External Equipment

WEBFREX3ES는 외부 시스템 및 장비와 통신할 수 있으며 개방형 네트워크를 생성할 수 있습니다. 측정 데이터, 두께 측정기의 작동 상태 및 이상 품질 경보를 외부로 출력할 수 있을 뿐만 아니라 외부에서 스캔 등의 명령 조작을 보낼 수도 있습니다.
MES 등과 통신하여 다른 라인 장비와 협력하여 중앙 집중식 생산 관리에 기여할 수 있습니다.
코팅 기계와 같은 장비와도 통신 할 수 있습니다.

Click here for the solutions for batteries other than WEBFREX3ES.

Quality Improvement and Troubleshooting Using Past Data

측정 데이터는 실시간으로 자동 저장될 수 있습니다. 
따라서 제품 로트 번호에 해당하는 프로파일 관리가 가능하며 문제 발생 시 원인을 분석할 때 신뢰할 수 있는 추적성을 제공할 수 있습니다.
"Profile Stack Server" 및 "3D Profile Window"는 옵션 소프트웨어로 품질 및 생산 관리 기능에 사용할 수 있습니다.

Profile Stack Server Function

전극 재료로 코팅된 전극 시트의 프로파일 데이터는 실시간으로 자동 저장될 수 있습니다. 
각 프로파일은 시트 길이에 따라 저장되기 때문에 제품 로트 번호에 해당하는 프로파일을 관리할 수 있습니다.
장기 프로필 데이터를 저장하고 쉽게 다시 확인할 수도 있습니다.
개방형 연결성 및 데이터베이스 구조로 사용자 시스템의 데이터를 쉽게 참조하고 효율적인 품질 관리를 수행할 수 있습니다.
또한 범용 컴퓨터를 사용하기 때문에 데이터 저장 용량을 쉽게 확장할 수 있습니다.


3D Profile Display Function

Profile Stack Server가 수집한 프로필 데이터를 3차원 그래프로 표시하고 분석할 수 있습니다. 
프로파일과 기계 방향의 추세는 간헐적 코팅 및 스트라이프 코팅과 같은 코팅 패턴에 따라 표시될 수 있습니다. 또한 분석하고자하는 지점을 확대하여 표시 할 수 있으므로 품질 개선 활동 및 과거 고장 분석에 유용합니다.  

  3D Profile Display Function

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Applicable Standards

Compact O Frame과 B-ray Sensor는 납품 국가에 따라 다음 규격을 준수할 수 있습니다. 
X-ray Sensor를 설치할 때 자세한 내용은 영업 담당자에게 문의하십시오.

Destination

Category

Standard No.

China

Safety Standard

China National Standards
GB30439.1

EU

EMC Standard

[CE Marking] EMC Directive
EN 55011
EN 61000-6-2
EN 61000-3-2
EN 61000-3-3

Safety Standard
(Machinery & Electric)

[CE Marking] Machinery Directive
EN ISO 12100
EN 60204-1
EN ISO 13849-1

RoHS

EN IEC 63000

US

Safety Standard

NFPA79

 

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