多孔膜的测量制造技术

提供了一种测量移动多孔膜的性质(诸如真实厚度、孔隙度和密度)的原位方法。该方法使用多孔膜在多个IR波长处的透射率的测量，该膜在这些IR波长处基本上没有呈现出吸收。该方法因此提供了与散射相关的测量。从该测量，可直接或间接地确定多孔膜的参数。

Measurement of porous membrane

An in-situ method for measuring the properties of a mobile porous membrane, such as the true thickness, porosity, and density, is provided. This method uses a porous membrane to measure the transmittance of the multiple IR wave lengths, which basically does not exhibit absorption at the length of these IR waves. This method therefore provides the measurement related to the scattering. From this measurement, the parameters of the porous membrane can be directly or indirectly determined.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔膜的测量领域本公开涉及一种表征膜的方法。具体而言，本公开涉及一种计算材料的第一样本的第一参数的方法。更具体而言，本公开涉及一种测量多孔膜的厚度、孔隙度和/或密度的方法。背景微多孔锂离子电池隔膜“BSF”通常是在大约8-40μm厚度、5-25g/m2每单位面积质量、0.5-0.65g/cm3密度之间的聚丙烯膜或聚乙烯膜。膜中的微孔允许带电离子在电池的阴极与阳极之间传播。这些微孔可能不是均匀分布在膜中。因此，取决于微孔在膜中的分布，具有均匀的每单位面积质量的膜在其密度(以及因此厚度)上可能仍然具有显著的变化。出于质量保证和生产控制目的，BSF的生产者希望知道他们制造的膜的厚度、每单位面积质量、密度和/或孔隙度跨其生产幅材的变化。用于通过红外线、X射线、伽马(γ)射线或贝塔(β)粒子来测量移动幅材上聚合物膜的每单位面积质量的标准方法是要测量透射通过该膜的辐射并将该辐射与在没有膜的情况下取得的标准读数进行比较。膜越重，透射的辐射就越少。通过假设膜具有恒定、均匀的密度，随后从每单位面积质量解读膜的厚度。对于跨整体不具有均匀密度的任何膜，这导致不可接受的误差。BSF由于微孔而不具有均匀密度。因此，使用该方法仅可以获得厚度的近似，而非真实厚度。膜的密度越不均匀，近似就将越差。使用该方法来测量膜的密度也是不可能的。当红外辐射与微多孔聚合物膜相互作用时，一些波长被该膜分子地吸收。被吸收的波长取决于聚合物。例如，聚乙烯在大约2315、2350nm以及在3300-3600nm之间呈现出吸收中心。存在的聚合物越多，在这些波长处被吸收的辐射就越多。因此，通过测量在吸收波长处透射通过膜的辐射量，可以确定关于膜的质量(每单位面积质量)的信息。红外辐射还被膜中的微孔弹性地散射；波长越短，来自微孔的散射程度就越大。短波长(1500-2500nm)被散射得比较长的波长(2500-5000nm)更多。散射的量还取决于每单位体积微孔的数量(以及因此膜的密度)以及它们的形态(大小和形状)。孔隙度是微孔数量、大小和形状的函数。在红外(“IR”)辐射直接通过BSF的透射随着更短的波长而减小的情况下，散射影响因此作为近红外/中红外(“NIR-MIR”)光谱中基线的连续移位是明显的。低密度BSF膜具有每单位体积更多的微孔，并且因此在更大的程度上对IR进行散射。因此，密度越低，随着更短波长的基线变化就更明显。所得到的直接透射的光谱因此是连续基线变化(其是膜中微孔的波长、膜密度和形态的函数)和吸收特征(取决于膜的聚合物类型和每单位面积质量)的组合。图1示出了具有不同的散射特性但具有相同的每单位面积质量的聚合物膜的示例透射光谱。图1示出了三个NIR-MIR透射光谱：第一光谱101、第二光谱103和第三光谱105。第一光谱101是从没有微孔的透明聚合物膜获得的NIR-MIR透射光谱。第二光谱103是从具有微孔并且因此具有比透明聚合物膜更低密度的第二聚合物膜获得的NIR-MIR透射光谱。第三光谱105是从具有比第二聚合物膜更大数量的微孔和更低密度的第三膜获得的NIR-MIR透射光谱。三个聚合物膜的化学成分相同，并且因此可以在相同波长处在第一光谱101、第二光谱103和第三光谱105中看到吸收峰值。第一箭头150指示增加的弹性散射的第一趋势。如图1中所示，被散射的NIR-MIR辐射的比例随着减小的膜密度而增加。还如图1中所示，由第二箭头160所指示的第二趋势也指示散射随着增加的波长而减小。第二趋势归因于以下事实：来自微孔的散射在该光谱区域中的较短波长处更明显。取决于波长，这导致由于弹性散射引起光谱中的基线移位；其斜率取决于膜中微孔的数量和形态。用于以NIR或MIR来测量弹性地散射材料的当前方法将由于散射影响引起的基线变化视为不期望的。因此，这些方法寻求移除基线变化，以使得可以更有效地测量吸收。这可通过组合同时测量的透射和漫反射光谱来完成。参见例如US4,602,160，其公开了一种用于测量移动纸幅材中的组分的技术。替换地，根据经验推导出的散射模型可以应用于数据，以便产生散射校正的光谱，例如乘法散射校正(MSC)和扩展乘法散射校正(EMSC)。参见例如JournalofAnal.Chem(分析化学期刊)2003，75，pp394-404和Anal.Lett.(分析信件)2011，44pp824-836以获得总体回顾。值得注意的是，先前的方法专注于从所获得的光谱中移除与散射相关的特征以改善测量性能。相比之下，本公开描述了用于从先前被丢弃的与散射相关的特征中推导出关于样本的有用信息的方法。概述本公开的各方面在所附的独立权利要求中被限定。提供了一种测量移动多孔膜的性质(诸如真实厚度、孔隙度和密度)的原位方法。该方法使用多孔膜在多个IR波长处(该膜在这些IR波长处基本上没有呈现出吸收)的透射率的测量。该方法因此提供了与散射相关的测量。从该测量，可直接或间接地确定多孔膜的参数。进一步提供了一种将该测量与在吸收波长处的至少一个进一步测量进行组合以进一步表征多孔膜的方法。还提供了另一种通过替换地使用来自散射校正模型的参数来确定多孔膜的参数的方法。根据本公开的各方法在对移动聚合物幅材的测量期间有意地使用由于弹性散射影响引起的IR光谱基线变化，以获得关于膜的密度和/或孔隙度的信息。通常该信息在对光谱的预处理期间被丢弃以便移除散射影响，因为散射被视为将误差引入吸收测量中。专利技术人认识到，基线可用于获得关于来自BSF微孔的散射的信息以及因此关于BSF的密度的信息。可任选地，通过将该信息与在吸收波长处测得的IR透射信息进行组合，有可能构建真实的厚度、每单位面积质量和密度测量。通常，在整个光谱上应用诸如偏最小二乘之类的回归方法。对在特定散射波长处的透射光的多元回归不是已知规程。值得注意的是，根据本公开的改善的方法允许BSF制造商准确地测量移动BSF聚合物幅材原位的跨幅材厚度、密度和孔隙度分布。这使得制造商能够在生产运作期间基于原位厚度、密度或孔隙度分布来动态地控制他们的生产过程。该生产控制协助制造商生产具有均匀厚度、密度和孔隙度(这些对于良好BSF而言是关键的质量参数)的膜。当前建立的用于测量BSF的技术(诸如X射线或核子仪)仅能够测量跨幅材分布的原位每单位面积质量。因此，基于这些分布的动态控制仅可协助生产均匀的每单位面积质量的膜，其仍然可能具有不均匀的厚度、密度和孔隙度。有利地，可使用测量仪原位采用该方法，该测量仪被布置成仅在相对小数量的离散波长处探测样本。事实上，根据本公开，可仅使用三个波长测量原位完全表征多孔样本。值得注意的是，全谱仪不是必需的，尽管可以使用全谱仪。核子和X射线测量仪通常用于测量BSF的参数。一般而言，红外测量仪出于至少以下原因比核子仪和X射线有利：●更安全(与β和x射线不同，红外辐射是非离子化辐射)；●不需要对于离子化辐射将是必要的额外预防措施/法律义务，例如，在仪表附近设置受限制区域、操作者的专业训练、β仪表源存储、运输和处理；●核子(例如，β)源随时间失去其活动性—例如，Pm147具有2.6年的半衰期，这意味着这些仪表随时间变得更有噪声—红外仪性能不存在类似的下降；●红外测量仪对环境因素(诸如空气温度和压力或湿度)更不敏感—因此不需要执行周期性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算材料的第一样本的第一参数S的方法，所述方法包括：确定第一波长和第二波长，所述材料在所述第一波长和所述第二波长处基本上没有呈现出吸收；测量所述第一样本在所述第一波长处的透射率；测量所述第一样本在所述第二波长处的透射率；使用包括第一回归系数的第一多元回归模型来计算所述第一样本的第一参数，其中，所述第一参数是影响在所述第一波长和所述第二波长处被所述第一样本散射的辐射总量的参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 GB 1422964.51.一种计算材料的第一样本的第一参数S的方法，所述方法包括：确定第一波长和第二波长，所述材料在所述第一波长和所述第二波长处基本上没有呈现出吸收；测量所述第一样本在所述第一波长处的透射率；测量所述第一样本在所述第二波长处的透射率；使用包括第一回归系数的第一多元回归模型来计算所述第一样本的第一参数，其中，所述第一参数是影响在所述第一波长和所述第二波长处被所述第一样本散射的辐射总量的参数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量所述第一样本在所述第一波长处的透射率的步骤包括：用包括所述第一波长的入射辐射来照射所述第一样本并测量在所述第一波长处被所述第一样本透射的辐射强度。3.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，测量所述第一样本在所述第一波长处的透射率的步骤包括对所述第一波长处的辐射进行滤光和/或测量所述第一样本在所述第二波长处的透射率的步骤包括对所述第二波长处的辐射进行滤光。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述第一波长处的辐射进行滤光的步骤是对入射在所述第一样本上的辐射和/或在所述第一波长处被所述第一样本透射的辐射执行的。5.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，测量所述第一样本在所述第二波长处的透射率的步骤包括：用包括所述第二波长的入射辐射来照射所述第一样本并测量在所述第二波长处被所述第一样本透射的辐射强度。6.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，对所述第二波长处的辐射进行滤光的步骤是对入射在所述第一样本上的辐射和/或在所述第二波长处被所述第一样本透射的辐射执行的。7.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一波长和所述第二波长是可见波长和/或红外波长，可任选地，是近红外波长和/或中红外波长。8.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一波长和/或所述第二波长中的至少一者是受散射影响的波长。9.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一样本在所述第一波长处所呈现出的散射量与所述第一样本在所述第二波长处所呈现出的散射量不同。10.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一参数S是与所述第一样本的孔隙度、厚度和/或密度相关的参数。11.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一多元回归模型是第一线性多元回归模型。12.如任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，进一步包括通过以下操作来计算所述第一回归系数：测量所述材料的第二样本和第三样本在所述第一波长处的透射率；测量所述第二样本和所述第三样本在所述第二波长处的透射率；测量所述第二样本和所述第三样本的相应第一参数；以及计算所述第一多元回归模型的所述第一回归系数，其中，所述第二样本在所述第一波长和所述第二波长处的透射率测量是自变量，并且所述第二样本的对应第一参数测量是所述第一多元回归模型的第一方程的因变量，以及其中，所述第三样本在所述第一波长和所述第二波长处的透射率测量是自变量，并且所述第三样本的对应第一参数测量是所述第一多元回归模型的第二方程的因变量。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一参数S是孔隙度，并且测量所述第二样本和/或所述第三样本的第一参数S的步骤包括：使用以下方程来计算所述第二样本和/或所述第三样本的孔隙度，1–(样本密度/材料密度)，其中，“样本密度”是通过将样本的每单位面积质量除以样本厚度来测量的样本的密度，并且“材料密度”是没有孔的所述材料的已知密度。14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一参数S是厚度，并且测量所述第二样本和/或所述第三样本...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·P·汉弗莱，R·P·哈芒德，
申请(专利权)人：NDC技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB