锂电池不同正极材料生产工艺及关键生产设备解析.docx

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1、锂电池不同正极材料生产工艺及关键生产设备解析目录?正极材料常用工艺：高温固相反应I?不同正极材料具体工艺流程介绍2?磷酸铁锂正极材料具体工艺流程介绍2?三元正极材料具体工艺流程介绍2?钻酸锂正极材料具体工艺流程介绍4?钵酸锂正极材料具体工艺流程介绍5?锂电池正极材料及其工艺设备的介绍5?正极材料生产关键设备解析6?计量与配料系统6?混合设备7?干燥设备8?烧结窑炉9?粉碎与分级设备11?合批设备11?除磁设备12?包装计量设备12正极材料常用工艺：高温固相反应在锂离子电池无机电极材料的制备中，最常使用的是高温固相反应。高温固相反应：指包括固相物质的反应物在一定的温度下经过一段时间的反应，通过各

2、种元素之间的相互扩散，发生化学反应，生成一定温度下结构最稳定的化合物的过程，包括固一固相反应、固一气相反应和固一液相反应等。即使是采用溶胶凝胶法、共沉淀法、水热法和溶剂热法等，通常仍需要在较高的温度下进行固相反应或固相烧结。这是因为锂离子电池的工作原理要求其电极材料能够反复地嵌入和脱出1i+,因此其晶格结构必须有足够的稳定性，这就要求活性材料的结晶度要高，晶体结构要规整。这是低温条件下很难达到的，因此目前实际所用的锂离子电池的电极材料基本上都是经过高温固相反应获得的。正极材料加工生产线主要包括配混系统、烧结系统、粉碎系统、水洗系统（仅高银）、包装系统、粉体输送系统和智能化控制系统等。蝴站酰4秤

3、装钵机窑炉粉碎机除铁器包装机不同正极材料具体工艺流程介绍磷酸铁锂正极材料具体工艺流程介绍磷酸铁锂价格相对低廉、对环境友好、安全性能较高、高温性能较好，使其已形成了较广泛的市场应用。但其能量密度较低、低温性能较差，目前主要使用在商用车（客车）领域，在下游乘用车动力电池领域的应用不及能量密度更高的三元正极材料。随着比亚迪刀片电池推广，磷酸铁锂应用市场或打开。磷酸铁锂粉体的制备在一定程度上会影响其作为正极材料的性能。目前制备磷酸铁锂的方法较多，如高温固相反应法、碳热还原法以及尚末规模化（或实验室研究阶段）的水热法、喷雾热解法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等。目前，磷酸铁锂生产线设备投资额（不含前驱体）大致

4、为1亿元/万吨（不同厂家投资额有所差异）。图：高温固相法制备硝酸铁锂SI:碳热还原法制备磷酸铁锂（与高温固相法结合）Fe3+,使合成过程更加合理,但是反应时间相对较匕里修”野券笄帮需资料来源：（的离子电池正极材码aa.也与生产工艺，华西证的MeFa资日来源：馁离子电池正极材料原理.性加与生产工艺，华西证殍研究所Ua三元正极材料具体工艺流程介绍正极材料采用了包含银、钻、锌（或铝）三种金属元素的三元聚合物，其中银钻镒三元体NCM,银钻铝三元体为NCA。三元材料优点就在于能量密度高、成本相对较、低循环性能优异，是目前量产的正极材料中潜力最大的一种。NCM三元发展趋势是高银化。三元正极材料主要通过提高

5、银含量、充电电压上限和压实密度使能量密度不断提升，高银正极通常指模相对含量在06（含）以上的材料型号。因此，就能量密度而言，NCANCM811NCM622NCM523NCM333o三元材料生产以氢氧化银钻镒、碳酸锂及其他掺杂元素为原料，进行配料、混合、烧结、粉碎、合批、筛分、除铁、包装等工序。目前，三元材料生产线设备投资额（不含前驱体）大致为1.5-2亿元/万吨（高银三元投资额较大）。表：高镇正极材料分类对比INCM333INCM523INCM622NCM811NCATJ9电池模组能空度ISOWh/kg165Whkg180Wwkg200Whkg2Whkg计号装混合:ttRW蜘达惊达标瓦时成本高

6、低中低低e*su*：优点倍率性Ig好安全t&f综合性Ie好工容量相对较高容量高、鳍环性容量高，倍率性郎粉碎分吸！序缺点能密度低成本*能密度低成本较高工艺矍杂.JQI逛厦大xft,加工JMr大关M安全性较好，但容较低且成本较高,目前用蚓Banw定度较高好WK,广泛但成本较高，用于数吗和车应用于?选车用电池具有最直的畿.8?度、较低的综合成本,对电池企业的生产技术和设备要求较高,用于高透车用电池合的工序emu?.资料来源：自百科技招股说8书，华西证券研究所,华西证券研究所表：三元材料生产工序所使用设备计量配料:D1次用自动计与此料国督.混合工序采用干法31合设冬，目前有网4工艺，一触是采用高JKB

7、合机.一陶月采用干法球机.目前生产皆造采用MR三元mwMra&ee癖用t81目前采制*电代邪式破碎和双式帆,9锵磔凌一般可以在Imm以下，然后可以直接进行超SwH碎;超霸粉碎一般采用气3H9幽Dg8薛札目前合枇工序使用的设籥主要丽镇曲却凝合机和黔式If带混合机.目前采用岛磁场强度的电U1M酎次需采用普通的U空包装机，仁丁锂3测|些号肄包资料来遁：子电池正极材料A1工性帏与生产工艺,华西证券研究所高银NCM在生产上比常规NCM材料有更高的要求:高银三元正极材料由于氧化性较强，需要掺杂包覆做产品改性才能使用，掺杂包覆元素的选择以及分布的均匀性，依赖生产厂商的技术工艺及生产设备。原材料：对于常规三元

8、正极材料，一般采用碳酸锂作为锂源材料。高银三元材料需要更高的能量密度、更好的充放电性能，普遍采用氢氧化锂作为锂源材料。生产设备：高锲三元材料尤其容易产生金属离子混排问题（不同金属离子混合占位，对于材料的首次效率、可逆容量、循环性能等电化学性能造成不利影响），需要尽量消除，因而需要在纯氧环境中生产，所以高银产品的烧结需要氧气炉，而常规三元只需使用空气炉。生产环境：高银三元材料对于湿度要求更高，一般需要专用除湿、通风设备。在磁性物控制方面,高银三元材料也有更高要求，往往需要对厂房设施进行特定改造。图：高镇三元与常规三元工艺流程对比氢氧化镶钻镭空气包覆剂常规正极苴高镶正投料混料,装钵粗碎、细碎一一粗

9、碎、细碎去离子水批混包装资料来源：动力电池月刊.高工雷电，华西证券研究所NCA(锂源通常采用氢氧化锂，非碳酸锂)工艺与高银NCM生产工艺相似，经过计量配料、混合、烧结、粉碎分级、合批、除铁、包装等工序。目前国内外主要NCA生产企业通常采用的技术路线有如下3种：1)先制备Ni1-xCox(OH)2,然后在Ni1-xCox(OH)2表面包覆A1(OH)3,最后与1i盐混合烧结制备NCA正极材料；2)直接采用Ni、Co、A1盐共沉淀制备NiI-X-yCoxA1y(OH)2,然后与1i盐混合烧结制备NCA正极材料；3)先制备Ni1-XCOX(OH)2,然后将Ni1-XeoX(OH)2与A1(OH)3、

10、1i盐混合烧结制备NCA正极材料。NCA通常采用氧气气氛密封连续式辑道窑生产，产品出窑后要迅速转移至相对湿度在10%以下的干燥环境下进行破碎、粉碎、分级、合批、包装处理。NCA的低温烧结(一般不超过800C)更有利，但由于氢氧化锂挥发性较强，刺激气味较大，所以要求通风良好的生产环境。同时，NCA的烧结气氛需要在纯氧气气氛下，才能保证Ni2+氧化成Ni3+。图：国内外常见的NCA生产工艺流程及优缺点“表层A1含高，形成惰性层,产品容量低，工艺复杂.生产成本高AI元素分布均匀“产品性能更优异,生产流程初单、成本低前岖体的制备技术难度大Ni。资料来源：锂离子电池正极材料原理、性能与生产工艺，华西证券

11、研究所,A1元素分布极不均匀“表JWA1含高“形成惰性层，产品容最低、循环差钻酸锂正极材料具体工艺流程介绍钻酸锂也称氧化钻锂或锂钻氧，钻酸锂因其合成方法简单、循环寿命长、工作电压高、倍率性能好等优点成为最早用于商品化的锂离子电池的正极材料，在小型充电电池中应用广泛。钻酸锂正极材料成本高(金属钻价格昂贵)、循环性能差、安全性能差，近年来逐步被三元正极材料替代。在超薄电子产品领域，因钻酸锂正极材料体积能量密度及倍率性能好等优势还无法实现替代。钻酸锂生产以四氧化三钻、碳酸锂及其他掺杂元素为原料，进行计量、配料、混合、烧结、粉碎分级、除铁、包装等工序。目前，钻酸锂生产线设备投资额(不含前驱体)大致为1

12、.7亿元/万吨(不同厂家投资额有所差异)。表：钻酸锂生产工序所使用设备计量配料与计配料工序采用自动计量与配料设备；混合3混合工序采用干法混合设备.-目前钻酸锂生产普遍采用爬道窑.院给JJyZDIk上生产钻酸锂采用空气气尿.经过赛式破碎将粒度破碎至13mm;粉碎分级工经过辄式破碎将粒度破碎至50IOO目；序3H0施硒达至IJD50为1020m;D1O为15m;D90为2030m.a*h,-目前合批工序使用的设备主防双缘旋锥形混合机和卧式镖带混合机.除铁工序目前采用高磁场强度的电磁除铁矗除铁.ea-r早期采用普通的I1空包装机,目前规模企业均采用自rtB锂电那些零更料来源：镇离子电池正极材曰BM.性籍与生产工艺），华西证殍研究所表：钻酸锂生产工序主要设备计舞及选型图：高温固相法合成锂链氧尖晶石材料的工艺流程图?.锂电池正极材料及其工艺设备的介绍