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1. 引言
在锂离子电池电极制造过程中，粘结剂（Binder）在极片厚度方向上的均匀分布至关重要。然而，Binder上浮——即干燥过程中粘结剂向涂层表面迁移富集的现象——是导致极片分层、影响电池性能的主要工艺缺陷之一，行业估计其相关缺陷率可达15%-20%，显著影响涂布良品率和电池性能调控。而传统的Binder分布检测方法（如粘取剥离刮取法）依赖人工操作，效率低、误差大，难以精确量化不同厚度层的粘结剂含量。
2. Binder上浮的危害与检测挑战
Binder上浮问题主要由浆料配方、涂布均匀性及干燥工艺等因素引发。其带来的危害是多方面的：首先，粘结剂分布不均会导致涂层内聚力下降以及与集流体的结合力减弱，引发极片分层；其次，富集在表面的绝缘性粘结剂会破坏导电网络，显著增加界面阻抗和电池内阻；第三，致密的表层结构阻碍电解液的均匀浸润；这些问题综合导致离子传输受阻、电池反应动力学恶化，表现为电池容量衰减、循环寿命缩短、倍率性能下降，并可能增加热失控风险。由于缺乏快速、精确的检测手段，工艺优化往往滞后，相关问题通常在批量生产后才暴露，造成损失。
图1. 极片Binder上浮示意图
图2. 极片Binder上浮对电池性能的影响
3. 实验设备与测试方法
3.1 实验设备
针对上述行业痛点，川源科技开发了专用的极片Binder上浮测试仪（型号UP-B1R，川源科技HiCY），其核心在于“高精度机械分层采样 + 热重分析（TGA） + X射线光电子能谱（XPS）”的综合检测体系，设备外观如图3所示。
图3. UP-B1R极片binder上浮测试仪
3.2 测试方案
3.2.1 微米级分层采样与定量分析
设备利用接触式传感器精确定位刀头，以2000g的张力稳定固定极片，并由电机驱动刀头沿极片厚度方向（Z轴）进行逐层刮取。其剥离精度达到±1.5μm，整体误差小于3μm。例如，对于80μm厚的典型极片，设备可精确剥离出表层、中层和底层（如每层约20μm）。设备剥离厚度的重复性良好，精度测试数据（见表1）显示其变异系数（COV%）低，例如样品1的COV仅为0.16%。
表1. 川源binder上浮机械刮取精度测试
图4. 极片涂层高精度机械采样基本原理
图5. 高精度机械刮取极片不同厚度涂层示意图
3.2.2 双重分析验证
获得分层粉末样品后，采用TGA和XPS进行双重分析验证。热重分析（TGA）通过测量样品在程序升温过程中的质量损失，定量计算出各层中粘结剂的质量分数。实际测试案例（图5）清晰显示：某款存在问题的极片，其表层Binder含量高达2.976%，中层为1.651%，底层仅为1.03%，表层含量接近底层的三倍，直观定量地证实了严重的Binder上浮现象。
图6. 极片不同涂层采集的粉体TG测试
X射线光电子能谱（XPS）则用于分析各层粉末样品的表面元素组成和化学态（特别是官能团信息），可间接反映Binder分布及其化学状态的均匀性。如图6所示，通过对工艺优化（表面处理）前后的极片进行XPS对比分析，可得到不同官能团含量占比，优化后样品的表层与底层粉末在关键官能团（如C-C, C-O, C=O）的比例上趋于一致，用数据有力验证了工艺优化对改善Binder分布均匀性的有效性。
图7. 表面处理后的极片不同涂层采集的粉体XPS测试
4. HiCY极片binder上浮测试方案的核心价值
• 精准度：剥离稳定性
设备剥离三次后的厚度波动＜±1.5μm，精度误差＜3μm，远超传统方法的人工操作极限，其高精度和可靠性为工艺研究提供了稳定数据基础。
• 精确度：Binder厚度与化学状态精准量化
该方案提供了厚度方向上Binder含量（通过TGA）和化学状态（通过XPS）的精确量化数据，为研发和生产工艺优化提供了坚实的、数据驱动的决策依据。应用此方案，企业有望提前锁定Binder分布异常区域，预计可提升涂布良品率10%-15%，并通过减少盲目试错节省相关研发成本30%以上。
同时，全流程可追溯的检测数据也有助于满足IATF16949等严格的质量管理体系认证要求。
• 效率：从 “耗时 days” 到 “数据小时级输出”
自动化采样大幅提升效率，单次测试时间缩短至数十分钟，结合TGA/XPS分析，可在当天输出完整的Binder分布报告，极大加速了烘干工艺参数以及粘结剂/分散剂配方的优化调整进程。
