摘要

曼恩斯特發(fā)布空氣耦合超聲波面密度測量儀，通過自研多層彈性介質中傳播投射衰減算法技術，實現(xiàn)以空氣為傳播介質的新型無損檢測，填補了國內的技術空白。

2023年，中國新能源汽車市場出現(xiàn)兩大市場變化。

一方面，中國新能源汽車市場滲透率已連續(xù)4個月超過30%，1-8月新能源汽車市占率達到29.5%，斷層式引領全球汽車電動化轉型。

另一方面，由于前兩年爆發(fā)式快速增長，2023年中國新能源汽車市場增速開始放緩，動力電池及產業(yè)鏈整體呈現(xiàn)結構性過剩狀態(tài)，儲能市場開始接棒成為鋰電池需求高增速應用場景。與此同時，中國鋰電產業(yè)鏈加速走向海外，開拓更廣闊的市場。

在此背景下，鋰電企業(yè)展開的新一輪競爭，也更聚焦在產品性能（安全性、能量密度、快充等）的提升以及降低成本（提升制造效率、供應鏈管控）的思路上。

作為鋰電池性能提升、增益降本的支撐后盾，鋰電智能裝備企業(yè)在技術、工藝創(chuàng)新的道路上也在持續(xù)進化。

電池制造的每個工序步驟都涉及許多工藝和性能變量，其中，電芯性能好壞60%-80%取決于涂布后極片性能好壞，而在鋰電池極片的生產過程中，通常會因為極片涂覆面密度不均勻、厚度一致性差、極片邊緣輪廓異常等嚴重影響鋰電池的整體性能。

因此在生產過程中必須對極片質量進行嚴格檢測，這意味著鋰電池極片測量設備在鋰電池生產過程中尤為重要。

高工鋰電注意到，國產涂布模頭龍頭企業(yè)曼恩斯特近期重磅推出了“超聲波面密度測量儀”產品，作為國內首套采用空氣耦合技術的超聲波面密度測量儀產品，具備高安全、高精度、干濕膜檢測、多種物質檢測、與制膜或涂布面密度的全自動閉環(huán)系統(tǒng)深度融合等五大優(yōu)勢。

極片面密度測量技術“新風暴”

極片涂布是影響電池安全、性能、制造成本的核心工藝之一，在生產過程中，涂層面密度作為電池設計的關鍵參數(shù)，因此，正負極片面密度檢測成為極片涂布質量的重要衡量。

目前在涂布領域中市面上存在的在線非接觸式厚度面密度測量產品有：紅外測厚、射線測厚、激光測厚、渦流測厚、超聲波測厚等。

從應用痛點來看，紅外測厚很難對不透明的材料實施測量；射線測厚有輻射，需要到環(huán)保部門備案；激光測厚主要測的是厚度，不檢測面密度；渦流測厚不穩(wěn)定，容易受到外部環(huán)境的干擾等。

為解決鋰電極片面密度所存在的問題，曼恩斯特自主研發(fā)出空氣耦合超聲波面密度測量儀，成為國內首家成功研發(fā)此類產品的公司。

對比設備參數(shù)指標來看，傳統(tǒng)x/β射線測厚產品測量范圍約在10-1000 g/㎡，掃描速度約在0到24m/min，重復測量精度在±0.05%，測量響應時間<1ms，相關性R2>99%，并且存在輻射損害。

曼恩斯特超聲波測厚產品測量范圍達到0-4000 g/㎡，掃描速度可達0-25m/min，重復測量精度達0.039%，測量響應時間約600-700hz，相關性R2≥99.5%，且無輻射損害。

超聲波一般指高于20000Hz以上頻段的彈性振動，超聲波檢測是指利用超聲波與檢測件的相互作用，對反射、透射和散射的回波進行分析，從而對工件進行宏觀缺陷、幾何特性、組織結構和力學性能等方面的檢測和表征的無損檢測技術。

超聲波面密度測量的原理是，當聲波穿透介質時，一部分聲波會被介質吸收，導致穿透后的聲波比入射聲波在強度上有衰減，衰減的比例與介質面密度呈負指數(shù)關系。也就是說，通過檢測穿透的聲波強度的衰減，可以推算介質的面密度。

超聲波極片檢測的優(yōu)勢在于：

一是，由于測量原理不同，超聲波測厚可以直接測得鋰電極片的凈涂量。而傳統(tǒng)的射線透射法測量，需要使用總重扣減的方式獲得凈涂量。

二是，缺陷定位準確，超聲波的聲束在介質中沿直線傳播，具有良好的指向性，更容易確定缺陷的位置，檢測靈敏度高。

三是，由于波長較短，超聲波具有較強穿透力，適用的材料范圍廣，尤其是當前鋰電新材料涌現(xiàn)，超聲波面密度測量儀對檢測物基本無局限性。

四是，在連續(xù)涂布、間歇涂布、多幅涂布以及極片基材區(qū)、涂敷區(qū)、左右削薄區(qū)計算面密度，均可使用超聲波面密度測量儀。

五是，高安全、無輻射，無需進行環(huán)評審核。

需要指出的是，作為全球領先的無損檢測技術之一，超聲波檢測技術在極片檢測應用中也存在較高的技術門檻，如：

1、超聲波在空氣中傳播衰減嚴重，通常需要在超聲探頭與被測物之間添加液體、固體耦合介質形成更好的傳播，而添加耦合劑有可能會對涂層造成污染或損害。

2、超聲波的本質是介質粒子的機械振動以波的形式進行傳播，容易受到外界干擾，采集的信號不穩(wěn)定。

3、超聲波信號在采集和傳輸過程中，衰減大、信噪比降低，從而影響目標信號的檢測與識別性能。

4、由于介質粒子本身的熱運動的宏觀表現(xiàn)就是溫度，熱運動會影響介質粒子之間的相互作用力，因此，環(huán)境溫濕度也會對測量結果存在影響等等。

正是因為困難重重，此前國內鋰電領域尚未出現(xiàn)超聲波面密度測量儀商業(yè)化產品。

曼恩斯特發(fā)布的國內首套自主研發(fā)的空氣耦合超聲波面密度測量儀，通過自研多層彈性介質中傳播投射衰減算法技術，實現(xiàn)以空氣為傳播介質的新型無損檢測，填補了國內的技術空白。

空氣耦合超聲檢測技術是一種以空氣作為耦合介質的新型非接觸的超聲無損檢測方法。發(fā)布鋰電行業(yè)第一款空氣耦合超聲波面密度測量儀，也意味著曼恩斯特將開啟鋰電極片面密度測厚領域新的技術風暴引領。

曼恩斯特超聲波面密度測量儀優(yōu)勢

目前，曼恩斯特已研發(fā)出走線式C型架超聲波面密度測量儀，O型架超聲波面密度測量儀等兩款產品。

具體來看，曼恩斯特超聲波面密度測量儀擁有五大優(yōu)勢，并解決了目前超聲波檢測技術在極片檢測應用中存在的瓶頸難題。

◆ 高安全性：超聲換能器體積小，功耗低，無污染，超聲波無輻射，無需耦合劑，無需做環(huán)評。

針對超聲波在空氣中傳播衰減難題，曼恩斯特主要采用高精度探測器接收傳感器電壓，精度達到萬分位甚至十萬分位，并且對接收到的非常小的電壓信號進行兩級增益放大，同時保證信號的全頻率段全量程的線性化不失真。由此也完全解決了需要添加耦合劑進行傳播的傳統(tǒng)難題。

針對超聲波信號在采集和傳輸過程中信噪比降低痛點，曼恩斯特采用非局部均值濾波(Non-Local Means,NLM)算法，達到良好的濾波效果，實現(xiàn)全波段內去噪并且能夠保持超聲波的特征。

◆?高精度：走線精度千分之2，定點精度達千分之0.8；

針對超聲波接收信號問題，曼恩斯特從硬件和軟件兩方面著手，在硬件上，對聲波發(fā)射模塊進行設計開發(fā)，保證發(fā)射超聲波信號的穩(wěn)定性；對檢測系統(tǒng)進行精密設計，采用精密型的機架結構和高精度伺服電機等減少系統(tǒng)本身的干擾。在軟件上，優(yōu)化濾波算法，自主研發(fā)數(shù)據(jù)采集模塊，對不穩(wěn)定的聲波接收信號進行處理，確保測量的精度。

◆?干濕膜檢測：超聲對物質含水不敏感，且測量精度沒變化，既可用于干膜檢測、也可用于濕膜檢測；

針對溫濕度影響，曼恩斯特在設計過程中，采用特定的算法進行溫濕度補償，消除環(huán)境溫濕度的變化導致的回波強弱變化。同時，曼恩斯特還解決了干膜測厚長達70米的不可控區(qū)域，大幅提升了涂布面密度的均勻性。

◆?多種物質檢測：超聲波面密度測量儀對檢測物無選擇性；

目前，電池正極材料在主流三元（含常規(guī)、中高鎳等）、磷酸鐵鋰的基礎上，新增了納米級LFP、超高鎳三元、三元+LFMP、錳酸鋰+LFMP、富鋰錳基、鈉離子等新型正極材料，負極也出現(xiàn)硅基負極、硬碳等新型材料。由于超聲波面密度測量儀對介質無選擇性，可滿足多種物質檢測需求。

◆?與制膜或涂布面密度的全自動閉環(huán)系統(tǒng)深度融合：引入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)功能與全自動閉環(huán)系統(tǒng)深度融合，提升面密度的一致性；

曼恩斯特致力于打造智慧涂布解決方案，助力電池企業(yè)降本增效，通過與全自動閉環(huán)系統(tǒng)的融合，涂布面密度可達0.1%。

◆?超聲波面密度測量儀軟件系統(tǒng)：可顯示實時測量值，掃描起止位置可選擇，數(shù)據(jù)自動保存，橫向、縱向閉環(huán)對接，增益可自動調整。

據(jù)悉，在C型架超聲波面密度測量儀、O型架超聲波面密度測量儀基礎上，曼恩斯特對于雙頭、多頭等超聲波面密度測量儀正在研發(fā)中，通過深入推進檢測技術的發(fā)展，打破國外技術壟斷，實現(xiàn)下一個進口替代。

開辟新賽道 持續(xù)增強價值壁壘

當前，超聲波無損檢測技術作為五大常規(guī)檢測技術之一，被全球賦予高度重視。

隨著鋰電池大規(guī)模生產對于產品良率提高、生產效率提升、生產成本降低等方面愈發(fā)看重，進而對在線檢測設備的要求不斷提高，超聲波面密度測量技術在鋰電池檢測設備行業(yè)的市場潛力有望持續(xù)釋放。

作為國內首套空氣耦合超聲波面密度測量儀的制造商，曼恩斯特在鋰電池檢測設備領域的價值也將更加凸顯。

目前，曼恩斯特在主力產品涂布模頭的創(chuàng)新基礎上，先是延伸至鋰電前段制漿工序，再到此次超聲波面密度測量儀的推出，使其在鋰電制造前段構建起一種體系化且難以被超越的競爭壁壘，這也將讓曼恩斯特在鋰電制造裝備領域形成了更強的市場競爭力。

同時，通過底層技術遷移，曼恩斯特也在持續(xù)開辟新的競爭賽道。

如超聲波檢測技術，基于對超聲波檢測底層技術的掌控，除了鋰電領域之外，曼恩斯特超聲波檢測設備還可應用于薄膜、造紙、鋼鐵、食品檢測等多個領域。

新品矩陣形成的體系化競爭壁壘，讓行業(yè)看到了曼恩斯特的技術創(chuàng)新實力。不難發(fā)現(xiàn)，曼恩斯特持續(xù)夯實技術之墻，通過率先實現(xiàn)鋰電裝備領域的技術進化與產品進化，進而技術遷移開辟新的市場領域，以此在智能裝備領域不斷衍生構建新的成長價值。

審核編輯：劉清