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基于极片自动刮粉技术的SBR含量&纵向均匀性检测

2026-02-26

前言

在新能源电池技术快速迭代的背景下，极片作为锂离子电池的核心组件，其性能与质量直接决定电池能量密度、循环寿命及安全性。厚涂/分层涂布工艺已成为提升电池能量密度的主流趋势，同时可兼顾电芯性能和成本优化。另外，负极极片生产过程中粘结剂（SBR）上浮等异常问题，对电池一致性与可靠性构成潜在风险。

因此，采用刮粉的方式来获取极片不同深度、不同区域涂层的样品，作为极片组分分析的制样手段。但是当前刮粉多采用胶带粘黏、刮刀手工操作的方式（如图1），明显达不到精准刮粉的要求，不同操作人员刮粉制样的一致性差，安全与稳定性欠缺，已无法满足高精度质控与工艺研发的需求。

图1. 极片手工刮粉

一、元能科技锂电极片刮粉设备

针对传统手工刮粉的核心痛点，元能科技极片自动刮粉设备 LEPS1000 以 “精准化、自动化、闭环测厚” 为核心（如图 2），实现极片刮粉处理的全面升级。设备具备自动对刀功能，可完成刮刀自动校准；刮刀深度控制精度达 1μm，搭配高精度激光测厚模块，实现极片刮前、刮后双重厚度验证，显著提升刮粉深度的精准度与操作过程的安全性。

图2. 元能科技极片自动刮粉设备

二、极片刮粉技术的应用

小编认为，自动化刮粉技术突破了手工操作的局限，可能成为一项支持电池研发与生产全链条的强有力的分析制样工具。如图3所示，LEPS可在常规检测、工艺、质控中可能发挥多维的作用。

图3. 极片刮粉技术的核心应用价值

三、SBR上浮和检测原理

3.1 SBR上浮成因

在负极浆料体系中，水的比热容大、黏度低，分子运动速率快，易带动SBR粘结剂向极片表层迁移（如图4）。同时，SBR自身特殊的溶解特性——在水中溶解后会形成疏油端内缩的纳米级颗粒，该结构使其天然具备上浮倾向，最终导致极片表层SBR含量偏高、深层含量偏低的分布不均现象。

图4. 粘结剂在干燥过程中的上浮

3.2 TG测试反映SBR含量的原理

1）SBR的热失重特性：

实际应用中，极片内交联态SBR在氮气氛围下的特征热失重峰区间为380–450℃。一般需以同批次纯SBR标样为参照基准，确保检测准确性。

2）其他物质的热失重：

CMC（羧甲基纤维素钠）：作为负极常用增稠剂，其热失重峰区间为200–300℃（氮气氛围），与SBR特征峰无重叠，可通过TG曲线直接区分。

石墨/导电炭黑：在氮气氛围下，600℃以内基本无失重，不干扰SBR检测；若在空气氛围中，600℃以上会发生氧化失重，需避开该区间进行分析。

3）TG测试的要点：

优先选择氮气氛围：氮气可抑制SBR的热氧化反应，使热失重峰更尖锐、温度区间更稳定，有利于提升检测精度。

设置标样对照实验：不同厂家生产的SBR交联度存在差异，热失重峰温度可能出现±20℃偏差，需使用与极片同批次的纯SBR进行TG标定，作为SBR含量判定的依据。

四、实测案例

4.1 测试方案

选取负极石墨极片（长约200mm、宽20mm），通过LEPS设备在极片深度方向依次刮取0~10μm、10~20μm、20~30μm三个区间的样品（如图5），采用TG测试分析各层中CMC与SBR的含量。

图5. 测试样品示意图

4.2 测试结果与分析

TG测试曲线和DTG曲线如图6所示，各区间均呈现明显的双失重峰：280℃左右为CMC分解特征峰，410℃左右为SBR分解特征峰，与理论热失重特性一致。

图6. 不同深度区间负极TG和DTG曲线

对比三个样品的数据并计算含量（图7）可以分析出，CMC在各深度区间分布相对均匀，失重占比波动较小，表层（0~10μm）和深层（20~30μm）含量差异只有0.06%；而SBR含量随极片深度增加呈显著上升趋势，深层含量比表层含高了0.42%。该结果可以与SBR原始设计含量作对比，来反映SBR的迁移情况。

图7.不同深度区间 CMC 与 SBR 含量对比图

五、小结

刮粉技术作为电池极片质控的关键手段，其自动化与精准化水平直接影响极片组分分析、SBR上浮检测等项目的有效性。元能科技LEPS1000刮粉设备通过1μm级刮刀控制精度、闭环测厚验证及自动化运行，有效解决了传统手工刮粉在深度控制、一致性、效率等方面的不足；结合TG测试，可实现极片不同深度层SBR、CMC含量的精确检测，为电池生产工艺优化与质量管控提供可靠数据支撑，助力新能源电池行业向更高品质发展。