一种电解液颗粒物的原位测试方法

本发明涉及一种电解液不溶颗粒物的检测方法，具体涉及一种电解液颗粒物的原位测试方法，属于锂电池。

背景技术：

1、目前电解液中的颗粒物的数量和形貌是电解液生产及检测中十分关键的控制指标之一，直接关系电解液的杂质控制水平，也是影响其安全性能的重要因素。若能对颗粒物进行直接检测，那便能对电解液的滤芯选型提供可靠的依据，亦可监控滤芯的生命周期。

2、过去，我们通过清洁度仪或光阻法进行液体内颗粒的形貌观测及相对计数测定，即浓度的测试，清洁度测试仪采用的硬件为金相显微镜，视野小，看到的颗粒数极其有限，如附图1所示，清洁度测试仪可获得颗粒图像，但无法进行大量原位测试，操作繁杂，而且样品制备过程也会因遇到空气中的水汽而产生微量的氢氟酸，对检测设备和环境造成破环和污染。此外，清洁度仪测试的颗粒物需要通过滤膜对溶液中的大颗粒进行拦截，烘干后进行整体成像，该方法预处理太多繁复，电解液在过滤操作中产生大量挥发效应，对人体有一定的危害，且不同操作环节中会引入更多的杂质，从而导致计数不准确。而光阻法通过消光法对颗粒进行检测，只提供等效体积直径，无法获得颗粒物形貌信息，无法对颗粒物进行分类、溯源；光阻法则无法直接观测到实际样品颗粒，故无法识别是否是有害物质。

3、因此，电解液生产或注液过程中需要一种更快速的原位检测手段，以解决上述电解液颗粒物检测方法中存在的检测过程中造成电解液污染和损坏以及检测结果不精确的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是：克服现有技术中存在的问题，提供一种电解液颗粒物的原位测试方法，原位连接在电解液生产或使用装置上，避免电解液检测过程中单独提取和烘干等繁杂过程，实现快速精确检验，且通过检测后的电解液不会被设备污染和损坏，能够实现回收利用。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电解液颗粒物的原位测试方法，包括以下步骤：

3、s1、布置原位检测设备：

4、在电解液生产或使用装置上连接样本检测池flow cell，并设有固定的检测窗口，使用高精度微流泵控制电解液流入检测窗口，按照设定的采样率同步控制背景光的频闪频率、频散宽度以及相机的快门时间；

5、s2、采集颗粒物图像：

6、在待测电解液样品流经样本检测池flow cell的过程中，在检测窗口处由高频成像检测器动态连续检测待测电解液样品中的颗粒物捕捉光学像素，其中通过高精度镜头将微小颗粒物放大，并通过高灵敏度面阵相机将微小颗粒物拍摄成高清高分辨的显微图像；

7、s3、数字化分析颗粒物信息并计数：

8、1)对上述步骤s2中拍摄的显微图像信息进行预处理，预处理流程包括矩阵卷积处理、vl变换、高斯滤波、自动白平衡和自动对比度，去除背景噪音，获取高质量显微图像；

9、2)基于高灵敏度面阵相机对图像的离散化处理，得到成像面上只代表其附近颜色的每一个像素点，并采用亚像素级边沿算法对预处理后的显微图像进行图像的灰度识别提取、边界计算，将处于散射区域的灰度值设定为阈值，通过自动阈值分析去除散射像素点，提取出更加接近真实颗粒的图像轮廓；

10、3)通过高精度注射泵对单位体积流体内的颗粒物进行精准计数，针对多张显微图像进行前后对比动态分析，判断提取的图像轮廓中背景颗粒是否存在液池中的粘连，剔除重复拍摄的颗粒，对颗粒物的数量进行修正；

11、4)依据提取得到的颗粒物的灰度和轮廓进行粒度粒形分析，对颗粒物的粒度和粒形参数进行计算，并对数据进行归一化处理；

12、5)基于颗粒物的粒度及粒形指标组合参数的颗粒分类，使用包括模式识别及模型训练的方法对颗粒物进行识别及来源分析；

13、s4、对数字化后的数据进行分析处理形成粒度粒形报告：

14、粒度粒形报告包括统计层、特征层、身份层三个维度的信息，统计层包括全局颗粒总览以及单个颗粒的肖像图，并从统计角度提供体积和数量的粒度分布；特征层包括多种粒径和粒形指标，并提供曲线图、柱状图、箱型图、散点图的展示和分析；在以上特征参数的支撑下，身份层结合计算得到的物理参数对颗粒物进行分类和识别，形成电解液颗粒物的粒径分布和形貌照片。

15、所述步骤s1中，设定的频闪频率为10～50hz，频闪时间为1～500μs，相机快门时间为1～10ms。

16、所述步骤s1中，样本检测池flow cell中设置有利用蓝色平行光的光学面，其配套夹片为50～500μm，中间通道为0.1～10mm，测试颗粒物的尺寸范围为0.3～1000μm。

17、所述步骤s2中，通过高精度镜头将微小颗粒物放大0.75～9倍，拍摄的显微图像的分辨率为1200-1800万。

18、所述步骤s2中，电解液的粘度值范围为0-500cp；颗粒物包括电解液中的不溶锂盐聚集体、纤维、金属异物和晶体杂质。

19、所述步骤s3中，颗粒物的粒度粒形包括：1)形状信息包括圆球状、长条状、半透明状、不透明状、尖锐状；2)粒径参数包括面积、体积、凸包周长、面积等效直径、体积等效直径、周长等效直径、勒让德椭圆长轴、勒让德椭圆短轴、费雷特最大直径、费雷特最小直径、直径测地线长度和厚度；3)粒形参数包括椭圆率、长宽比、延伸度、平直度、不规则度、紧凑度、扩展度、填充率、沃德尔球形度、圆度、坚固性、凸度、平均凹度、颗粒稳健性、最大凹度指数、粗糙度。

20、所述颗粒物的粒度粒形计算包括以下参数：

21、粒径参数：由体积v计算归一化参数体积等效直径xv，由投影面积a计算归一化参数面积等效直径xa，由表面积s计算表面积等效直径xs，由周长p计算周长等效直径xp，勒让德椭圆长轴xlmax和勒让德椭圆短轴xlmin；费雷特最大直径xfmax和费雷特最小直径xfmin；直径测地线长度xlg和厚度xe；

22、粒形参数：dimax为最大内切圆直径，dimin为最小外接圆直径；abox＝xfmin.xlf，xlf为垂直于最小费雷特直径的费雷特直径；沃德尔球形度ψ，圆度c，坚固性＝a/ac，ac为颗粒边界凸包的面积；凸度＝pc/p，pc为颗粒边界凸形外壳的长度；平均凹度ψfp，其中为角度-平均费雷特直径，颗粒稳健性ω1，其中ω1为使轮廓完全消失所必需的侵蚀数量；最大凹度指数ω2，其中ω2为使与凸边形ac相关的轮廓残余完全消失所必需的侵蚀数量；凹度/稳健性比值ω3，粗糙度描述为分形维数df，在复对数坐标图中，边界周长p(λ)与步长λ是线性的，步长的上限为λ＝0.3xfmax，直线方程为log10p(λ)＝(1-df)log10λ+log10b，式中，b为分形维数图截距。

23、本发明的有益效果是：

24、1)本发明方法中电解液直接流经检测设备，不需要将电解液单独提取或烘干测试，实现快速精确检验，且通过检测后的电解液不会被设备污染和损坏，能够实现回收利用。

25、2)本发明方法中采用动态图像进行粒度分析，图像分析通过量化各种形状分布值而不是定性描述各种形状，提供了明确的粒形参数的数值分布，因此，能够准确地反映样品的真实颗粒大小及形貌，并且能对颗粒的浓度进行计数、分类溯源，从而在不同生产环节中进行精确的颗粒物控制，定位污染物入口；并可对电解液整个生产过程中的各个环节进行杂质、可见异物的监控。