横河電機株式会社
横河ソリューションサービス株式会社

電池電極専用オンライン厚さ計 WEBFREX3ES

再生可能エネルギーへの関心や脱炭素社会に向けた取り組みが広がる中、EVなどの車の電動化や、電力貯蔵システム(ESS)が注目されています。これらの要となるのは、リチウムイオン電池をはじめとする二次電池技術です。リチウムイオン電池の品質を左右する電極塗工工程は、電池の使用中に発火するなどの重大な事故につながりかねない重要な製造工程です。電極の正極材・負極材が均一に塗工できているかが品質や歩留まり率に大きく影響するため、塗工品質の測定監視が重要になります。

ここでは塗工工程におけるYOKOGAWAのソリューション、電池電極向けオンライン厚さ計 WEBFREX3ESについてご紹介します。

 

概要

50年以上のフィルム測定実績、10年以上の電池主要メーカーへの納入実績

電池主要メーカーへの納入実績

リチウムイオン電池は今でこそ世界中で生産されていますが、日本で実用化され、2000年代以降急速に世界へ広がっていきました。
WEBFREX3ESは、紙やフィルムの製造工程で50年以上培ったオンラインでのシートの品質管理と計測技術をベースに開発され、2010年に販売を開始しました。
以来、リチウムイオン電池の生産が日本から世界に広がるまで生産現場を支え、現在は世界のトップ10社の半数以上に納入しております。また、二次電池以外にも、積層セラミックコンデンサ(MLCC)の製造現場でも広く採用され、品質・コストの改善に貢献しています。
長い年月の中で積み重ねてきた現場の操業監視・改善ノウハウこそが、YOKOGAWAの厚さ計の強みであり、今日のWEBFREX3ESにも活かされています。

 

 

確実な塗工量監視と、塗工量データを活用した品質・コスト改善および製造一括管理

“監視”だけでないさらなる価値を提供します

WEBFREX3ESは、高性能なフレーム・センサにより正確・高速・高密度な測定が可能です。また、使いやすく、可視性・自由度の高いインタフェースにより充実した監視環境を提供します。

塗工量を監視するだけでなく、自動塗工制御ソフトウェア(オプション・要相談)によりオンラインでの品質・コスト改善にも貢献します。

そのほか、外部通信対応も充実しており、MESとの連携による製造一括管理や外部設備との通信もサポートします。

詳細

フレーム

WEBFREX3ESでは、最大5か所(#1~#5)で測定が可能です。各フレームで測定した測定値を差分演算を用いて、塗工前の箔単体、塗工直後の表/裏、および乾燥後の表/裏の各塗工量を導きます。

乾燥炉(Dryer)は一般的に数十メートルと長いため、WEBFREX3ESを導入することで乾燥終了まで待たずに塗工直後(#2および#4)の工程で測定でき、歩留まり向上に貢献します。

WEBFREX3ESはフレーム本体とローカルボックスの2つの筐体に分かれています。

フレーム本体には専用のセンサが搭載され、そのセンサがシートの上を端から端まで走査(スキャン)し、厚さを測定します。ローカルボックスは、フレームプロセッサ、モータドライバ、および同期制御ユニットを格納し、フレーム本体から離れた場所に設置することができます。

フレーム構成図 (Side View)

 

 

フレーム構成図 (Top View)

 

 

リニアモータ採用による高速・高密度測定

WEBFREX3ESでは、リニアモータを採用し、片道最短3秒の高速スキャンを実現し、高密度測定が可能となりました。
これにより生産スピードが速い生産ラインでも十分な測定が可能であるとともに、電極の積層の際に重要となる電極のエッジ部についても詳細に監視が可能です。

高速スキャンで高速ラインでもモレなく測定

 

 

同期測定システムによる正確な塗工量測定

塗工量データを求めるには、塗工前の坪量を塗工後の坪量から差し引いて(差分方式)算出します。その各フレームで測定した坪量には箔単体の厚みむらや塗工量の変動を含むため、正確な塗工量を算出するために、塗工前後の測定ポイントを一致させる「同期測定」が極めて重要となります。
高精度な位置分解能を持つリニアモータの採用と塗工前後に設置したフレーム間の通信速度向上により、箔単体の変動に影響されずに正確な塗工量を測定します。

 

粉じん混入対策

電極シートへの粉じんの混入は、短絡の原因となり、電池使用中の発火事故にもつながりかねません。これを防ぐため、シートの上のリニアモータ部には粉じん飛散防止のカバーを設置しました。また、リニアモータ採用により従来のベルトモータよりも摩擦粉が生じにくい設計となっています。

センサ

β線またはX線を用いた透過式のセンサです。
いずれも非接触センサで測定対象を傷つけることなく高精度に連続測定が可能です。
放射線源またはX線管から照射された放射線が測定対象である電極シートを透過するとき、シートの重量に応じて減衰するという原理を応用し、単位面積当たりの重量(坪量)を測定します。
坪量を測定するので、厚さ(μm)を測定するレーザー式などと異なり、厚さだけでなく密度がばらついている場合も検出できます。

測定範囲

β線式センサ(放射線源:85Kr)

測定レンジ:0~1200 g/m2

X線式センサ(反射型X線管、タングステンターゲット)

測定レンジ:0~600 g/m2

インタフェース

些細な変化を見逃さないオペレータ画面

リアルタイムの監視に適したプロファイルはもちろん、全体の傾向監視・分析に適した2D/3Dプロファイル、エッジ部分の監視に適した拡大プロファイル、ストライプ塗工の傾向監視に適したゾーントレンドプロファイルなど、目的に応じた多数のオペレータ画面を用意しています。
これらの複数のオペレータ画面から、お客様の好みに合わせて自由に画面を構成できます。
必要な情報をタイムリーに表示伝達し、迅速な判断を支援します。

またアラーム機能により、目標値の範囲を超えるとWEBFREX3ES外部にもアラーム出力し、ブザー音による注意喚起やMESなどの上位システムとも連携し、品質不適合の見落としを防ぎます。

平滑プロファイル、重ね書きプロファイル、操作パネル

上段:プロファイル、中段:重ね書きプロファイル、下段:フレーム管理(動作指示用途)

→ 通常の監視などに最適

 

3Dプロファイル

2D/3Dプロファイル

→ 全体の傾向監視・分析に最適

 

ゾーントレンドプロファイル

上段:左右の塗工部分それぞれのゾーントレンド、下段:プロファイルと左右の塗工部分それぞれのゾーントレンド

→ ストライプ塗工部分の傾向監視に最適


簡易な測定チューニング

通常では複雑な計算によりチューニングを行いますが、WEBFREX3ESでは各フレームの測定値を入力するだけで自動チューニングされます。毎回厚さ計のエンジニアに問い合わせる必要はありません。
また、各レシピ(銘柄)に合わせて設定値も保存可能で、製造途中に銘柄が切り替わる場合でもスムーズに設定値を呼び出せます。

自動塗工制御

自動塗工制御ソフトウェア(オプション・要相談)により、オペレーションの工数削減はもちろん、人の手では不可能な品質の追い込み、歩留まり向上やラインの立上げ速度向上によるロス削減が期待できます。

ライン立上げ時の収束時間短縮

手動よりもばらつきを抑制

 

 

MESや外部設備との連携

WEBFREX3ESは、外部システム・設備との通信ができ、オープンなネットワークを構築できます。測定データや厚さ計の動作ステータス、品質異常アラームの外部出力はもちろん、外部からスキャンなどの動作指示を送ることもできます。
MESなどと通信することにより、他のライン設備と併せた生産集中管理に貢献できます。
また塗工機など設備との通信も可能です。

WEBFREX3ES以外の電池向けソリューションはこちら

 

製造実行システム(MES)や外部設備との連携

データ蓄積による品質改善活動や過去のトラブル解析

測定データはリアルタイムで自動保存が可能です。
このため製品ロットに対応したプロファイル管理が可能で、トラブル発生時の原因分析時などに、確実なトレーサビリティを提供します。

品質・生産管理機能として「プロファイルスタックサーバ」「3次元プロファイル表示」をオプションで用意しています。

プロファイルスタックサーバ機能

電極材料を塗工した電極シートのプロファイルデータをリアルタイムで自動保存できます。
シート巻長を基準に各プロファイルを保存するので、製品ロットに対応したプロファイル管理が可能です。
長期間のプロファイルデータを保存することができ、過去にさかのぼって容易に確認できます。
オープンな接続性・データベース構造のため、上位システムでのデータ参照が容易で効率的に品質の管理が可能となります。
また、汎用PC上で動作しますのでデータ保存容量の拡張が容易です。


3次元プロファイル表示機能

プロファイルスタックサーバが収集したプロファイルデータを3次元で表示・解析できます。
間欠塗工、ストライプ塗工など塗工パターンに応じたプロファイルや流れ方向のトレンドを表示することができます。また、特に解析したい場所を拡大して表示することもでき、品質改善活動や過去のトラブル分析に威力を発揮します。

3次元プロファイル表示機能

対応規格

コンパクトO形フレームおよびβ線式センサは仕向地に応じて、次の規格に適合させることができます。
X線式センサ搭載時の適合内容は、当社営業にご相談ください。

仕向地

カテゴリ

規格

中国

安全規格

中国国家標準
GB30439.1

欧州

EMC規格

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

安全規格
(Safety Standard)

[CE Marking] 機械指令
EN ISO 12100
EN 60204-1
EN ISO 13849-1

RoHS

EN IEC 63000

 

ドキュメント&ダウンロード

動画

本件に関する詳細などは下記よりお問い合わせください

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