在锂离子电池的生产流程里，极片烘烤堪称核心环节 —— 它直接关系到后续电池的性能稳定性。不过，极片在烘烤阶段却容易出现开裂现象：轻则导致电池能量密度下降、循环寿命缩短，重则可能引发内部短路等安全隐患。正因如此，精准排查极片开裂的底层诱因，并针对性地制定解决策略，不仅能显著提升电池的成品质量，更能优化生产良率，对整个电池制造链条的高效运转具有不可忽视的现实意义。

极片各组分构成

一、极片为什么会开裂

极片开裂主要是由于在干燥过程中，溶剂蒸发和涂层收缩导致涂层内部产生和积累拉应力。当局部积累的拉应力超过涂层材料的抗拉强度时，就会产生裂纹。所以从力学的角度来看，极片开裂的根本原因就是局部拉应力大于抗拉强度。

拉应力的来源

1. 毛细压力

在干燥过程中，溶剂蒸发导致孔隙中的液-气界面形成弯液面，由于表面张力的作用，弯液面会产生毛细压力。这种毛细压力会在颗粒间产生拉应力。

2. 不均匀收缩

例如，涂层表面干燥速率快于内部，导致表层收缩受到内部约束，产生拉应力。

3. 热应力

如果干燥过程中存在显著的温度梯度，不同组分或不同区域的热胀冷缩差异也会引起拉应力。

抗拉强度的决定因素

极片涂层的抗拉强度实质上是一个颗粒–粘结剂网络结构强度，由以下要素共同决定：

1. 浆料组分和配比

粘结剂（Binder）的种类和含量：

种类：不同的粘结剂（如PVDF、SBR/CMC、PAA等）具有不同的分子结构、分子量、玻璃化转变温度（Tg）和交联密度，这些都会影响其与活性物质、电极孔隙及集流体之间的粘附强度和涂层本身的柔韧性。一般来说，柔韧性好的粘结剂能提供更高的抗拉强度和断裂伸长率。

含量：粘结剂含量过低会导致涂层强度不足，容易开裂和掉粉；含量过高会粘结层强度高，但可能降低活性物质含量，影响能量密度，增加内阻。

活性物质的性质：活性物质的粒径、形貌、比表面积、结晶度等都会影响涂层的结构和力学性能。例如，球形颗粒较易堆积致密，抗拉强度更高；片状或尖锐形状易形成应力集中。宽粒径分布可提高填充度和颗粒间接触，增强机械强度。

导电剂的种类和含量：导电剂（如碳黑、碳纳米管、石墨烯等）能形成导电网络，同时也会影响涂层的致密性和孔隙结构。导电剂的种类和分散均匀性对涂层强度也有重要影响，例如电极中不加入粘结剂时，使用CNT导电剂也能提供一定粘结性。

仅含CNT的硅负极临界开裂厚度能达到300um

溶剂的种类和挥发速率

溶剂的性质（如极性、表面张力）和挥发速率会影响浆料的流变性和涂层的致密化过程，进而影响涂层内部应力分布和最终强度。

2. 微观结构缺陷

孔隙率和孔径分布：涂层内部的孔隙结构会影响其力学性能。过高的孔隙率或不均匀的孔径分布可能降低涂层强度。

裂纹和缺陷：涂层中存在的微小裂纹、气泡或颗粒团聚等缺陷会成为应力集中点，降低涂层强度。

3. 浆料制备工艺

混合分散的均匀性：浆料中各组分（活性物质、导电剂、粘结剂）的分散均匀性对涂层性能至关重要。如果分散不均匀，容易产生团聚或局部应力集中，降低涂层的整体强度。

固含量和粘度：固含量和粘度影响涂布的均匀性和涂层致密性。

4. 涂布工艺

涂布厚度：过厚的涂层在干燥过程中产生的应力更大，更容易开裂。

涂布均匀性：涂布速度和涂布间隙等参数会影响涂层的均匀性，不均匀的涂层易出现应力集中区域。

5. 干燥工艺

干燥温度和时间：温度过高或时间过短可能会导致溶剂快速蒸发，形成较大的内部应力。

干燥气氛和湿度：影响溶剂的挥发速率和涂层致密化过程。

6. 集流体材料

集流体的表面特性，如浸润性，亦影响裂纹形成。疏水表面可降低涂层与集流体间的相互作用，减少裂纹倾向，降低裂纹扩展速度。此外，集流体材料的刚度也对裂纹密度有显著影响，低弹性模量的集流体材料可减少裂纹密度。

二、如何防止极片开裂

核心就是降低拉应力或提高抗拉强度，具体可以采取以下措施：

1. 优化干燥工艺

降低干燥温度或延长干燥时间：减少溶剂蒸发速率，使涂层有更充足的时间均匀收缩，减少应力集中。

分段干燥：采用多阶段干燥策略，动态调整干燥参数，确保过程平稳，避免应力突增。

2. 改进浆料配方

调整固含量：适当提高固含量可以减少溶剂蒸发量，降低收缩应力。

选择合适的粘结剂：选择高柔韧性、高抗拉强度的粘结剂，可以提高涂层的整体机械性能。

添加增塑剂：提高涂层的延展性，使其在受到拉扯时不易开裂。

优化导电剂和活性物质的比例及分散性：改善涂层结构的均匀性，减少应力集中点。

使用添加剂：在浆料中添加适量的添加剂，如表面活性剂，可以降低表面张力，减少毛细管压力，从而降低开裂风险。

3. 优化涂布工艺

控制涂布厚度：过厚的涂层更容易产生大的应力。根据实际情况调整涂层厚度，确保涂层厚度在合适的范围内，既能保证电池性能，又能避免开裂。

提高涂布均匀性：避免局部过薄或过厚引发应力不均。

多层涂布：采用多层涂布技术，每层涂层厚度适中，可有效减少开裂现象。

涂布工艺中，涂层的干燥过程与后续烘烤阶段的应力分布密切相关，而加热均匀性是影响干燥效果的关键因素。若加热不均，会导致涂层不同区域溶剂蒸发速率差异大，进而引发不均匀收缩和热应力，成为极片裂纹的潜在诱因。上海联净的电磁加热辊凭借其精准的加热控制能力，从涂布后的初步干燥环节优化工艺，为减少极片裂纹提供重要支撑。

均匀加热控制

电磁加热辊采用电磁感应加热方式，热量由辊体内部产生，能实现辊面温度偏差控制在±1℃以内，避免传统加热方式（如热风加热）易出现的局部过热或温度不足问题。这种均匀加热可确保涂层各区域溶剂蒸发速率一致，减少表层与内部的干燥差异，从而降低因收缩不一致产生的拉应力。

电磁加热辊能实现加热速率的精准调控（如0.5-5℃/min的线性升温），避免温度骤升骤降。这种平稳的加热过程可减少涂层与基材间、涂层不同组分间的温度梯度，降低热胀冷缩差异带来的热应力，从源头减少裂纹产生的可能性。

可控加热速率

干燥过程中若存在显著温度梯度，会因热胀冷缩差异产生热应力，这也是极片开裂的诱因之一。电磁加热辊能实现加热速率的精准调控（如 0.5-5℃/min 的线性升温），避免温度骤升骤降。这种平稳的加热过程可减少涂层与基材间、涂层不同组分间的温度梯度，降低热胀冷缩差异带来的热应力，从源头减少裂纹产生的可能性。

针对宽幅极片，电磁加热辊可实现横向分区独立控温，确保宽幅方向各区域温度一致。这对于大尺寸极片尤为重要，能避免边缘与中心因温度差异产生的局部拉应力集中，减少边缘开裂现象。

这种从加热环节优化涂布工艺的思路，与极片裂纹“局部拉应力大于抗拉强度”的底层机理相契合，为提升极片质量和生产良率提供了设备层面的有力支持。

4. 改善集流体

选择合适的集流体（如铝箔、铜箔），确保其与涂层之间的结合力良好，减少界面应力。

以上海联净的“新型一步法”复合集流体为例，通过功能薄膜改性、优化热压复合工艺以及创新材料结构等方式改善极片裂纹。

新型一步法制备技术是融合“功能薄膜改性技术+高温热压复合技术+极薄铜箔生箔技术”的跨界迁移和集成创新。

功能膜改性技术：通过对功能膜进行三层结构设计和表层功能改性，在热压复合条件下实现改性层与铜箔表层化学力结合，解决薄膜与铜箔强附着力要求的技术挑战。解决了传统制备工艺中膜铜层间结合强度弱而引发的材料分层失效问题，从而减少因分层导致的极片裂纹。

高温热压复合技术：通过采用高加工精度、高温控水平热压辊，结合功能薄膜特征属性，精准设计和控制温度、压力、速度的匹配工艺，实现产品高品质、稳定连续生产。可有效避免因工艺参数控制不当导致极片产生裂纹，同时保证了集流体的性能稳定性，提高极片的整体质量。

1μm铜箔生箔技术：通过对硫酸铜浓度、反应温度、电流值及专用添加剂等要素调控，实现对铜箔表层形貌、晶粒结构的把控，确保生成的1微米铜箔层致密、均匀、表面粗糙度低且具备优异的导电性能。更薄的铜箔具有更好的柔韧性，能够更好地适应电池充放电过程中的体积变化，减少因应力集中产生的极片裂纹。

这种“三明治”复合铜箔结构从材料源头消除锂电池自燃隐患，使集流体具备更好的力学性能，在电池充放电过程中，能更有效地分散应力，减轻极片受到的应力作用，从而减少裂纹的产生，同时还可实现轻量化。

这些措施从机理认知到技术落地形成闭环，既回应了极片开裂的底层逻辑，也为电池制造提供了“材料优化+工艺改进+设备支撑”的系统性方案。随着这类技术的持续迭代，不仅能显著降低极片开裂风险，更能推动锂电池在能量密度、循环寿命与安全性上的协同提升，为动力电池、储能电池等领域的高质量发展筑牢生产根基。期待本文能为电池制造领域从业者，提供可借鉴的思路与实操参考。

文章参考资料：元能科技、锂电芯动、上海联净

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