利用感应传感器和光学位移传感器的厚度测量

摘要

本发明公开了一种传感器系统(100)，该传感器系统包括涡电流传感器(120)，该涡电流传感器包括至少一个线圈(120a)，该至少一个线圈具有耦合在该线圈两端的激励电子器件(121)。光学位移传感器(140)被固定到该涡电流传感器，使得这些传感器之间的垂直距离是固定的。该光学位移传感器位于该线圈的顶部并与该线圈同心，使得该光学位移传感器的测量轴线与该线圈的对称轴线共线。包括处理器(151)和存储器(152)的计算装置(150)被耦合以接收来自该涡电流传感器和该光学位移传感器的传感器数据，该计算装置适于分析从测量在金属基底(185)的至少一侧上包括涂层(187)的涂覆基底(180)中获得的该传感器数据，以至少确定该涂层的厚度。

说明书

技术领域

所公开的实施方案涉及测量金属箔上的涂层的厚度。

背景技术

涡电流(也称为傅科电流)是由时变磁场在电导体中感应的电流回路。在导体中流动的电流(诸如在线圈的导线中流动的电流)产生磁场，而时变电流产生时变磁场(称为用于涡电流感测的初始磁场)，该时变磁场感应在导电片(导体)内流动的涡电流，其中在导体中产生的涡电流与初始磁场的电流相反。脉冲涡电流用于测量导电层的厚度，以及包括导电基底上的导电涂层的涂覆基底的厚度。

锂离子电池利用涂覆基底作为阳极电极和阴极电极。制造锂离子电池的过程通常通过混合电化学浆料开始，电化学浆料包括用于阳极的石墨化合物和用于阴极的锂-金属-氧化物化合物，锂-金属-氧化物化合物在电池单元内的离子流动期间充当电子收集器。然后，通常通过通常称为槽模涂覆(slot die coating)的过程将该浆料均匀地铺展在金属箔上以形成电极。用于锂离子电池中的电极的基底通常包括铜箔(用于阳极)和铝箔(用于阴极)。在金属基底已经被浆料均匀地涂覆之后，将涂覆基底放入烘箱中以干燥浆料。一旦阳极和阴极已被干燥形成电极，则在压延辊之间将每个电极压缩至期望的厚度。为了形成电池，将分隔体放置在金属容器内的阳极和阴极之间，添加电解质，并且将电极电连接到引线。

发明内容

提供本发明内容以介绍简化形式的公开概念的简要选择，其在下文包括所提供附图的具体实施方式中被进一步描述。该发明内容不旨在限制所要求保护的主题的范围。

所公开的实施方案认识到用于测量包括导电基底上的导电涂层(例如，在用于锂离子电池应用的电极的金属箔的至少一侧上的电极涂层)的涂覆基底的厚度的已知脉冲涡电流方法具有包括复杂校准、缺乏所需精度以及由于涉及复杂计算而导致的测量缓慢的问题。此外，已知的脉冲涡电流方法通常要求电极与线圈物理接触。为了测量涂层厚度，涂层侧通常定位成向上抵靠线圈，从而保持与测量线圈物理接触，或者作为物理接触的替代，电极可以与线圈保持固定的距离。

一个公开的实施方案包括传感器系统，该传感器系统包括涡电流传感器(在本领域中也称为感应z传感器)，该涡电流传感器包括至少一个线圈，该至少一个线圈具有耦合在该线圈两端的激励电子器件。光学位移传感器在涡电流传感器的顶部(上方)并且与涡电流传感器同心，使得涡电流传感器和光学位移传感器之间的垂直距离是固定距离。传感器之间的垂直距离可以是已知的，或者可以在传感器系统校准期间确定。包括具有相关联的存储器的处理器的计算装置被耦合以从涡电流传感器和从光学位移传感器接收传感器数据。该计算装置用于通过分析传感器数据以至少确定涂层的厚度来测量在金属基底的至少一侧上包括涂层的涂覆基底。

附图说明

图1示出了用于测量包括导电基底(例如，金属箔)上的导电涂层(例如，电极涂层)的涂覆基底的厚度的所公开的传感器系统的增强透视顶视图，其中该传感器系统包括光学位移传感器和涡电流传感器。

图2A示出了用于测量涂覆基底的厚度的示例性传感器系统的顶部透视图，该传感器系统还包括示出为C形框架的扫描器，该扫描器包括平移机构，其中涡电流传感器和光学位移传感器包含在扫描器内。

图2B示出了扫描器的更详细的视图，示出了顶部头和底部头，以及平移机构，该平移机构示出为被配置用于扫描C形框架的平移台。在这种布置中，顶部头和底部头两者包括光学位移传感器和涡电流传感器。

图3描绘了包括在金属箔的两侧上具有涂层的涂覆基底，其中示出了到涂覆基底的上方和下方的传感器的距离。

图4A示出了对于不同涂层厚度，阻抗相对于z范围的曲线图。

图4B示出了Pa相对于涂层厚度的曲线图，其中Pa是表示多项式的第一项的数。

图5示出了在100kHz下的阻抗的相对相位角(单位：度)相对于使用图1所示的传感器系统测量的到金属箔基底上的电极涂层的范围(距离)(单位：mm)的关系曲线。

图6示出了对于图1所示的测量系统，在100kHz时阻抗的量值(单位：欧姆)作为距离电极涂层顶部的范围(距离)的函数。

图7示出了使用图1所示测量系统在100kHz下测量的具有不同量的阴极涂层材料的单个箔的阻抗。

图8示出了阳极涂层材料的校准的示例，其绘制了阻抗相对于到电极的范围(单位：mm)的曲线图。

具体实施方式

参考附图描述了公开的实施方案，其中在所有附图中使用相同的附图标号来表示类似或等同元件。附图未按比例绘制，并且其仅提供用于说明某些公开的方面。下面参考用于说明的示例性应用来描述若干公开的方面。应当理解，阐述了许多具体细节、关系和方法以提供对所公开实施方案的完全理解。

图1示出了用于测量导电基底上的导电涂层(例如，电极涂层)的厚度的所公开的传感器系统100的增强透视顶视图，其中该传感器系统100包括至少一个光学位移传感器140和包括至少一个线圈120a的至少一个涡电流传感器120。光学位移传感器140位于线圈120a的顶部并与线圈同心，使得光学位移传感器140的测量轴线与线圈120a的对称轴线共线。涂覆基底180被示出为包括金属基底，该金属基底通常包括金属箔185，该金属箔在至少一侧上具有涂层，如顶部涂层187和背侧涂层186所示。

光学位移传感器140在线圈120a的顶部并与线圈同心。同心意味着光学位移传感器140的测量轴线与线圈120a的对称轴线共线。在一些情况下，线圈可以不是如图1所示的圆形形状，诸如为椭圆形或一些其他形状。如果线圈120a是椭圆形的，涡电流测量将在较短的轴维度上具有更好的空间分辨率。涡电流传感器120可以被配置为具有如图1所示的单个线圈120a，或者涡电流传感器可以被实现为具有两个线圈，这两个线圈包括接收激励信号的单独的激励线圈和接收由涡电流产生的磁场的所谓的拾波线圈(pickup coil)，该涡电流被感应以在涂覆基底180中流动。

存在用于固定(保持恒定)光学位移传感器140的参考平面与涡电流传感器120的线圈120a的参考平面之间的垂直(z轴)距离的附接结构161。线圈120a物理地附接到附接结构，通常如本领域中已知的，缠绕在提供线圈120a机械稳定性的线圈管(coil form)周围。线圈管通常包括具有中空中心的介电材料(通常是陶瓷)管。实际上，线圈管垂直地延伸超过线圈(包括在线圈120a上方)，并且可以具有带螺纹的螺钉孔，使得光学位移传感器140可以被拧入线圈管中，以便定位在线圈120a的顶部上方的固定距离处。线圈管通常用于将线圈的指定匝数保持在指定直径的线圈架上。线圈管可以与线圈管“调谐芯块”结合使用或不与其结合使用。线圈管中的调谐芯块导致线圈120a的匝数更少的情况下电感更大。

传感器系统100包括激励电子器件121，该激励电子器件被示出为耦合在线圈120a两端。激励电子器件121通常包括脉冲电流源而不是脉冲电压源。人们通常希望由线圈120a产生的磁场相同，并且可以通过保持通过线圈120a的电流相同来控制。由于互感，在线圈120a中维持相同电流所需的电压将随着线圈120a附近的导体的布置而改变。

如上所述，线圈120a通常将缠绕在通常包括介电材料的线圈管周围。该线圈管特征在图1中一般地示出为附接结构161。线圈管将为传感器系统布置提供机械稳定性。为了增强线圈120a的尺寸稳定性和电特性的稳定性，线圈120a可以是热稳定的。

可能期望由诸如烧结Al

然而，人们通常对平均和代表性测量结果感兴趣。因此，通过电极移动并通过使用诸如图2A和图2B所示的扫描器来在空间上进行平均，该扫描器如下所述用于在包括电极片的涂覆基底上扫描光学位移传感器140和涡电流传感器120。

光学位移传感器140可以包括激光三角测量传感器，或者其他类型的位移传感器，诸如彩色共焦位移传感器。激励电子器件121(诸如电流源)可以不止是电流源，以使其能够测量复数阻抗(阻抗的量值和相位两者)。另选地，这些功能可以是分开的，因此激励电子器件121可以激励用作电流源的初级线圈，并且具有计算装置和次级线圈的分开的盒可以在与阻抗和相位测量、电压或电流的测量以及相位的测量等效的测量中测量来自涂覆基底(例如，电极)电极的响应。

传感器系统100可以准确地测量金属基底185的至少一侧上的电极涂层的厚度，这是由涡电流传感器120实现的，该涡电流传感器被操作用于准确地测量金属基底(典型地为9μm至20μm厚的箔)的z位置，其中涂覆基底可以用于在金属基底185上具有阳极涂层或阴极涂层的锂离子电池。电极涂层通常为约75μm厚，但最多可以为250μm厚。涡电流传感器120可以任选地通过被配置为提供合适脉冲信号的激励电子器件121作为脉冲传感器来操作。

在锂离子电池的生产中，首先制造复合电极。如在以上背景技术中所述，这些电极通常通过用涂层涂覆金属箔基底(通常为铝或铜)来制造。例如，阳极可主要包括石墨，并且阴极可包括锂金属氧化物(例如，LiCoO

一种测量金属基底上涂层的厚度的方法是使用如图1所示的光学位移传感器140，该光学位移传感器与包括至少一个线圈120a的涡电流传感器120搭配。然而，涡电流传感器通常在其中测量趋肤深度(skin depth)大于50μm的情况下在等于或小于1MHz的频率下操作，但是当包括用于锂电池的金属箔时，金属基底的厚度如上所述通常小于20μm厚。当趋肤深度大于金属箔的厚度时，厚度测量可受到金属箔厚度的较小变化的极大影响。在用具有40mm直径线圈的涡电流传感器在13mm的测量范围内测量的17μm厚的铜箔的测试计算中，发现即使铜箔厚度的1％变化也导致测量范围的>10μm变化，从而导致计算的电极涂层厚度的>10μm变化。这种电极涂层厚度测量误差大到电池电极生产商可能无法接受。所公开的方面通过不假设涂层是非导电的，而是通过在计算到金属基底(箔)和到涂层表面(电极表面)的距离时还考虑涂层的导电性来解决该问题。

除了测量金属基底上的电极涂层的厚度(caliper)或厚度(thickness)之外，电池生产商还可能对确定其他产品质量(诸如电极涂层的电导率)感兴趣。传感器系统100提供的集成电导率和厚度测量被认为目前不可用。最常用的已知测量技术不能单独测量金属箔的每一侧上的涂层。

如上所述，传感器系统100基于定位在外部的涡电流传感器120的线圈120a上方的光学位移传感器140，这些传感器彼此附接(通常使用线圈管)以便它们之间沿z轴的距离(垂直偏移)是固定的。可以由光学位移传感器140测量到涂覆基底(电极)的顶表面的范围，即从光学位移传感器140的参考平面的范围。将利用这种布置进行校准，并且传感器装置不应当相对于彼此移动以使校准保持有效。涡电流传感器提供测量结果，该测量结果是电极涂层187和186以及金属基底185(如上所述可以是金属箔)的厚度、电导率以及到其的范围的函数。

光学位移传感器140可以包括二极管激光三角测量传感器。然而，也可以使用其他光学位移传感器类型。光学位移传感器140(诸如三角测量装置)能够准确地测量到图1所示的作为顶部涂层187的电极涂层的顶表面的距离(垂直距离)。可以获得商用光学位移传感器产品，其可以使该范围测量的精度小于1μm(典型地为0.5μm 2标准偏差(2σ))。

在一个实施方案中，使用常规涡电流传感器，其中来自激励电子器件121的单个频率用于激励可以包括多匝线圈的线圈120a，并且在用于激励的相同线圈120a上或在几乎重合的次级线圈上监视涂覆基底180的响应。可以测量响应相位和量值。所用的激励频率通常在50kHz至1,000kHz(1MHz)的范围内。

在另一个实施方案中，如果除了涂层厚度之外，还需要更多关于涂覆基底180的信息，诸如涂覆基底180的电导率，则可以采用脉冲涡电流技术。重复脉冲信号诸如方波脉冲电压可以由激励电子器件121施加到涡电流传感器的线圈120a(例如，5μs至15μs的脉冲持续时间)，然后由线圈120a或由另一个线圈(通常使用耦合到线圈120a或另一个线圈的模数转换器(ADC))测量涂覆基底180的响应，其中ADC的输出端耦合到图1所示的计算装置150的处理器151。

涡电流传感器的响应函数的接收可以在也向电极涂覆的金属箔提供磁场的初级线圈处，或者在也可以用于接收响应函数的次级(拾波)线圈处。另选地，代替施加方波脉冲，激励电子器件121还可以将扫频施加到初级线圈并且测量作为频率的函数的响应。为了获得涂层厚度，通常利用处理器151(诸如具有相关联的存储器152的微处理器)进行计算，如图1中的计算装置150所示。测量的响应是电极的范围和每层(例如，顶部涂层187和金属基底185)的厚度和电导率的函数。

可以从测量结果确定多个不同的参数。可以预期，由于如果试图从传感器数据中提取所有这些参数，则结果对于任何单独的参数都将具有低精度。因此，可以在预期值范围内执行拟合，并且可以使用光学位移传感器140诸如激光三角测量装置来提供到示出为图1中的顶部涂层187的涂层的顶表面的范围(距离)。还期望可包括金属箔材料的金属基底185的电导率将是公知的(例如，铜的体电导率是公知的)，或者可在所公开的厚度测量之前确定。还应当注意，由于用于金属基底185的通常相对薄的金属箔，在厚度计算中可能需要考虑背侧涂层186。还注意到，本公开方面的主要新颖性在于使用光学位移传感器140来确定到电极涂层的范围，这意味着已知技术通常采用固定间隙，而在所公开的系统中，通常为片材形式的涂覆基底被允许在z方向上移动，即从涡电流传感器到电极(涂层)的顶表面的范围不必保持恒定，并且测量其相对于光学位移传感器140的范围(间隙)。

一种计算期望参数(具体地涂层187和186的厚度)以及涂覆基底180的电导率的方法是使用最小二乘法将测量的波形拟合到预期结果。然而，代替与理论进行详细比较，大部分所需信息通常可通过简单的波形测量结果(例如，峰值、峰值定时和过零时间)来获得，这些测量结果可与基于理论计算的三维查找表进行比较。这可以显著地加速厚度计算时间。

对于对涂层进行准确的厚度测量，包括对金属基底185上的至少顶部涂层187进行准确的厚度测量，通常重要的是，通常包括箔的金属基底185和涂层(诸如顶部涂层187)之间的电导率存在显著差异。这不应该是困难的，因为金属箔基底通常具有非常高的相对电导率，并且电极涂层通常不具有比石墨大得多的电导率。因此，这些电导率通常可能存在至少500倍的差异。在低电极涂层电导率的限制下，涡电流测量因此将基本上是底层金属箔的涡电流测量，并且该测量将是光学位移传感器140对顶部涂层187的顶表面的测量和从涡电流传感器120到金属基底185的顶表表面的感应测量的组合，如上所述，该金属基底通常包括金属箔。

如上所述，涡电流传感器120通常通过附接结构161机械地联接到光学位移传感器140，并且从光学位移传感器140投射的激光束与涡电流传感器120的线圈120a同心。通常重要的是，涡电流传感器120的线圈120a和光学位移传感器140之间的高度(z轴)偏移是固定的。为了确保这一点，涡电流传感器120的线圈120a和光学位移传感器140通常通过附接结构161彼此机械附接，并且它们甚至可以各自被温度控制。涡电流传感器120的线圈120a和光学位移传感器140之间的z轴移动的μm通常将导致μm范围测量误差。

如上所述，光学位移传感器140测量到顶部涂层电极涂层的顶部的范围，并且感应传感器间接测量(理想地计算)到通常包括金属箔的金属基底185的顶部的范围。为了测量到金属基底185诸如金属箔的顶部，通常需要知道金属基底185的厚度。然而，由于电极涂层材料也是导电的，由此涡电流传感器测量通常应当考虑涂层的电导率，以使得能够产生电极涂层厚度的准确读数。传感器系统100和使用这种传感器系统的方法可以对包括薄金属箔的金属基底185上的导电涂层的厚度进行准确(通常约1μm)测量。

所公开的传感器系统通过提供改进的测量精度和速度而不是对于每次测量都需要复杂的多分量曲线拟合，克服了在测量导电基底(诸如锂离子电池的电极)上的导电涂层的厚度时的上述问题，所公开的方法替代地利用相对简单的计算，同时通常使得能够使用包括相应的涡电流传感器和光学位移传感器和电源的现成(off-the-shelf)硬件。

图2A示出了用于测量涂覆基底的厚度的示例性传感器系统200的顶部透视图，该传感器系统还包括示出为C形框架的扫描器190，该扫描器包括平移机构(参见下面描述的图2B中的平移机构195)，其中涡电流传感器的线圈120a和光学位移传感器140被包含在示出为扫描器190的顶部头191的头部内。

图2B示出了传感器系统200中的扫描器190的更详细的视图，示出了顶部头191和底部头192，以及平移机构195，该平移机构示出为被配置用于扫描C形框架198的平移台。除了通常所知的平移台之外，还存在已知的移动C形框架198的不同方式。在这种布置中，顶部头191和底部头192两者包括光学位移传感器和涡电流传感器，其被示出为顶部头191中的光学位移传感器140a和线圈120a以及底部头192中的光学位移传感器140b和线圈120b。在顶部头191中的涡电流传感器的线圈120a和在底部头192中的涡电流传感器的线圈120b通常以不同的频率操作以避免两个涡电流传感器之间的干扰。

现在描述如何使用具有扫描器(诸如图2A和图2B中所示的扫描器190)的所公开的系统。片材材料生产商(诸如锂电池生产商)通常总是想知道产品的总厚度(caliper)或厚度(thickness)。并且双面光学测量可以产生这种结果。可以使用扫描C形框架198，因为光学测量被良好地对准以避免误差是重要的。对于C形框架198，顶部头191和底部头192很好地对准，因为它们不独立地移动。整个C形框架扫描涂覆基底180，当涂覆基底安装在平移机构195诸如平移台上时，该涂覆基底通常为片材的形式。

人们通常需要知道顶部头191和底部头192之间的距离。这可以通过机械设计和针对已知厚度的参考瓦片(reference tile)的周期性标准化来实现，或者该距离可以利用磁性z传感器诸如霍尔效应传感器、巨磁阻(GMR)传感器或磁通门传感器来测量(如果具有刚度较小的框架)，也可以通过周期性标准化来测量。

图3描绘了在金属箔185’的两侧上具有涂层的涂覆基底180，该涂层被示出为顶部涂层187和底部涂层186，示出了到涂覆基底180上方和下方的传感器的距离以及用于计算涂层厚度的公式(涂覆基底180的总厚度(Z

例如，可以提供C形框架，如图2A和图2B中所示的198，当其扫描涂覆基底(片材)时，其尺寸变化不超过约0.1μm。然而，C形框架的尺寸可随温度而改变。因此，周期性地，例如每20分钟，可以使用传感器系统来测量已知的厚度t

图4A示出了对于不同涂层厚度，阻抗相对于z范围的曲线图。阻抗值由涡电流传感器提供，并且z范围由光学位移传感器140提供。曲线示出了如t

图4B示出了P

下面描述了一种单频方法，该方法使用所公开的传感器系统来测量导电涂层的厚度，该传感器系统包括涡电流传感器120和光学位移传感器140，该涡电流传感器包括至少一个线圈120a，该导电涂层在图1中被示出为金属基底185上的顶部涂层187，该金属基底可以包括导电箔基底。所执行的涡电流传感器120测量由于通常需要考虑阻抗的量值及其相位而变得有些复杂。虽然如果金属箔的厚度是恒定的，则可以仅使用该量值，但是通常需要使用相位信息来确定金属箔的厚度。

为了使用传感器系统100进行测量，通常首先校准相应的涡电流传感器120和光学位移传感器140。对于光学位移传感器140，可以使用制造商的校准，或者相对于已知范围的目标进行校准，诸如相对于在测量范围内平移的目标进行校准。参考测量可以由干涉仪或光学编码器提供。涡电流传感器校准稍微更加困难，因为阻抗的量值和相位的测量不仅取决于到测量目标(这里是涂覆基底180的顶部涂层187)的范围，而且取决于可以包括金属箔的相对高电导率金属基底185的厚度。

可以首先用金属箔执行校准，该金属箔对于锂电池应用可以用作电极集流器。也就是说，涂覆基底180样本可以平行于涡电流传感器120的线圈120a放置，并且在整个测量范围内向上和向下移动，同时记录线圈120a阻抗(量值和相位)和范围。该范围(到顶部涂层187的顶部)可以用光学位移传感器140测量，或者可以使用另一种传感器，诸如线性可变差动变压器(LVDT)，其也被称为与电极的后表面机械接触的线性可变位移变压器。如果使用光学位移传感器140，则将已知厚度的漫散射材料(诸如着色和压延的乙烯基树脂)放置在金属箔的另外的长期反射表面上以获得准确的范围测量结果可能是有帮助的。

然后通常用第二层金属箔和第三层金属箔重复测量。另选地，如果可以得到更精细等级的正确组成的金属箔，则通常应该使用它们。在这个阶段，最重要的信息在图5中示出，其示出了作为顶部涂层187的范围和金属箔厚度的函数的相位角(单位：度)。

可以看出，这种关系基本上完全取决于存在的金属箔基底的厚度，而不是电极涂层的厚度。在这种情况下，金属箔/集流器包括10μm厚的铜。测量是用HP4277 LCZ测量仪进行的，这是一种可通过商购获得的阻抗测量仪器，并且使用MTI仪器公司(MTIInstruments)的Microtrack 3激光三角测量装置作为光学位移传感器140。由于无法获得具有多种金属箔厚度的涂覆基底样本，模拟了通过使用电极样本并在其后放置相同厚度的箔层的效果。

根据相位相对范围数据，可以测量到电极(顶部涂层)的范围和相位角以确定箔厚度。这样做的一种简单方式是构造将相位表示为范围的函数的多项式。首先，将多项式拟合到每个相位相对于范围的关系曲线(例如，如果存在三个不同的箔厚度，则拟合到三条曲线，如果是二阶多项式，则每条曲线将有三个分量)。在这种情况下，厚度1将由多项式P

因此，P

以类似的方式，可通过将每个阻抗相对于范围的关系曲线拟合到多项式(二阶多项式通常是足够的)，然后在它们之间插值作为金属箔厚度的函数的曲线，可以为任意金属箔厚度生成阻抗相对于到裸箔范围的关系曲线。该校准可以在机器(on-machine)上执行，或者可以在工厂或其他地方执行，并且可以存储在诸如图1所示的计算机装置的存储器中，或者存储在板上(on-board)。

在机器是指在生产现场，其中箔的厚度可以随时间改变。如果在机器上执行，则通常构造用于将涂覆基底样本准确地平移通过测量范围的某种布置。如果涂覆基底诸如待测量的电极是双面的，则应当利用具有可比较的箔厚度的单面涂覆电极来执行校准。应当利用在测量的相对侧上的涂层来进行箔厚度的校准。类似地，可以在箔的顶部上添加附加箔层以校准任意箔厚度。这是因为电极背侧上的涂层对校准仅有很小的影响。背侧涂层厚度的较小变化不会显著改变校准结果。

接下来，通常应该执行测量以确定电极涂层的效果。在最简单的情况下，可以执行与用于金属箔的相同校准程序，但是替代地使用涂覆基底180样本。以下描述是针对用于锂离子电池的电极。然而，所公开的技术适用于其他类似的产品，诸如用于其他电池类型的电极，或者用于燃料电池的电极。

所公开的用于阳极和阴极的厚度测量的程序可以基本上相同。对于阴极，发现对箔表面的阻抗测量对阴极涂层的量不灵敏。这仅仅是因为与阳极涂层相比，阴极导电性通常较低。一些公开的值是阳极涂层可具有约10

对于锂离子电池的厚度测量，测量变得相对容易，其中使用光学位移传感器140来测量到顶部涂层187的范围。通常包括金属箔的金属基底185的厚度根据阻抗相位与到顶部涂层187的范围的关系来计算(如果认为需要)。然后可以从阻抗的量值确定到金属箔的范围。顶部电极涂层的厚度仅仅是这两个值的差。需注意，如果金属箔厚度变化，则将存在一族此类曲线，并且相位测量可以用于确定使用哪一个。

例如，可以使用二阶多项式来表示如上所述的金属箔的校准。每个金属箔厚度可具有其自己的校准曲线(为了清楚，存在用于相位的校准曲线和用于阻抗的校准曲线)。然后，构造关系以计算任何金属箔厚度的多项式(参见上述图4A和图4B中所示的多项式)是相对简单的。在简单的情况下，可以仅假设这种关系是线性的，或者可以将曲线拟合到厚度数据，以更准确地预测任何金属箔厚度的曲线。

如果金属箔厚度正在变化，则可以首先使用阻抗相位信息来测量金属箔的厚度。正如箔的各种厚度在相位相对于范围曲线图上产生一族曲线一样，它们也将在阻抗相对于范围图上产生一族曲线。阻抗相对于距离图上的校准可以表示为多项式，该多项式是具有已知量的涂层的测量结果与仅对箔的测量结果之间的差。这可以被添加到表示任意箔厚度的多项式中，以得到任意箔厚度上的阳极涂层的任意厚度的校准曲线。然后，根据来自涡电流传感器的阻抗量值的一族校准曲线(相对于诸如来自光学位移传感器140的激光电压/位移)，可以计算表示金属箔的测量响应的多项式。需注意，该技术通常仅对低电导率的阴极涂层起作用。对于具有较高电导率的阴极层，可以使用下面描述的阳极涂层的程序。

对于阳极涂层，由于阻抗曲线随涂层厚度而移位，因此测量稍微更复杂。为了处理这一点，可以将多项式拟合到金属箔曲线和箔加电极涂层曲线。需注意，由于在压延过程中箔的厚度会减小，因此可能需要进行小的校正。因此，在压缩电极结构的过程中，箔以及涂层可变薄。这通常不是重要的问题，因为公开了一种处理如上所述的箔厚度变化的程序。此类配合在图6中示出，其中用基于激光的光学位移传感器140测量到电极涂层顶部的范围。再次用HP4277 LCZ测量仪测量阻抗。

图7示出了使用图1所示的传感器系统100在100kHz下对其上具有不同量的阴极涂层材料的单个箔测量的阻抗。通过光学位移传感器140执行到电极的顶表面(到顶部涂层187的顶表面)的距离测量。然而，由于不知道来自光学位移传感器140的电极涂层有多厚，因此使用涡电流传感器获得电极涂层的厚度，该涡电流传感器能够获得到金属箔的距离。

使用一个金属箔样本，并且去除电极涂层以进行连续测量。减少的样本是从电极涂层去除约10μm的涂覆基底样本。测量电极的表面(涂层的顶部)，但是通常对到箔的距离感兴趣。涂层的厚度是已知的。为了校准的目的，可以用测微计测量厚度，并且减去通常也知道的箔厚度，使得厚度被添加到从光学位移传感器140获得的测量结果。通常根据到箔的距离或到电极表面的距离来工作。涂层厚度是两者(电极表面和金属箔)之间的差。

可以针对箔或针对涂层构造阻抗相对于范围的校准曲线。具有的样本越多，校准曲线将越好，尤其是当样本跨越的范围覆盖生产线上生产的预期范围时。因此，对于阳极涂层测量，通常需要分别从涡电流传感器120的线圈120a和光学位移传感器140定位阻抗相对于到电极涂层的范围的曲线图(参见下面描述的图8)上的点，然后基于与测量的校准曲线的距离计算厚度。

图8示出了阳极涂层材料的校准的示例，其绘制了阻抗相对于到电极的范围(mm)的曲线图。需注意，图8看起来与上述图7不同，因为图8是用于阳极，并且图7是用于阴极。在图8中，提供了虚线，其示出了作为箔示出的箔的响应，并且具有76μm厚的电极涂层的箔作为样本示出，两者都被加粗示出。电极涂层中箔的响应的加粗虚线是上述图6中所示的相应多项式的曲线图。示出了描绘70μm和80μm厚的电极校准涂层看起来如何的其他虚线，示出为70μm CAL和80μm CAL。校准线是基于作为电极涂层厚度的函数的多项式系数的内插/外推而计算的曲线。

如上所述，如果金属箔厚度显著变化，则这通常也将被校正。一种示例性技术是假设由电极涂层引起的差异基于电极涂层厚度而固定。然后可以使用基线金属箔厚度校准来导出任意金属箔厚度的关系，然后将电极涂层差加到该关系上。涂层厚度P涂层＝总电极厚度(P电极)-金属箔厚度(P箔)。P箔将根据相位图上发现的厚度而变化，但是可以通过对任何箔厚度创建多项式来予以考虑。然后，可以使用该关系式来创建表示该箔厚度与涂层的多项式。参见图4B，其示出了在给定一些校准多项式的情况下如何计算任意多项式。

需注意，在阳极涂层测量中，可能存在对电导率的显著灵敏度。然而，在电导率和厚度(caliper)或厚度(thickness)之间存在交叉灵敏度。压延的电极涂层越多，导电性也将越高。如果需要校正电导率，则可以选择使用如上所述的这种技术，并且基于在两个不同频率下的测量结果来估计电导率。该方法也可以通过使用脉冲涡电流方法来扩展，以更准确地确定电极涂层的厚度和电导率。

还应注意，上述频率100kHz和1MHz是实验上发现的对进行该测量有用的频率。如果产品具有与测试的那些不同的电导率或厚度，则其他频率可能更有用。也有可能为了获得最大灵敏度，可能想要测量一个频率(例如，100kHz)处的相位，以及另一个频率(例如，1MHz)处的阻抗的量值。

通过考虑在扫描器中有效地采用以确定电极涂层厚度中的CD(横向)和MD(纵向)变化的所公开的测量结果，可以进一步扩展所公开的方面。然后，这些变化可用于厚度(caliper)控制。

虽然上面已经描述了各种所公开的实施方案，但是应当理解，它们仅以示例而非限制的方式呈现。在不脱离本公开的实质或范围的情况下，可根据本公开对本文公开的主题进行许多改变。此外，虽然可使用仅关于若干实现方式中的一者来公开特定特征，但是此类特征可与其他实现方式的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定应用可能期望或有利的那样。