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一、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。A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

2、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。二、不同正极材料具体工艺流程介绍2.1.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。口磷酸铁锂粉体的制备在一定程度上会影响其作为正极材

3、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。2.2、 口目前，磷酸铁锂生产线设备投资额（不含前驱体）大致为1亿元/万吨（不同厂家投资额有所差异）。2.3、 三元正极材料具体工艺流程介绍口正极材料采用了包含银、钻、镒（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NCAe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。口NCM三元发展趋势是高银化。三元正极材料主要通过提高银含量、充电电压上限和压实密度使能量密度不断提升高银

4、正极通常指银相对含量在o.a含）以上的材料型号。因此，就能量密度而言,NCANCM811NCM622NCM523NCM333o口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）。艮0正总材4分类对比=TcM1IStFXIMMUHNI1NCM3！CM523MeM5KMmHCA*fi119IMWMqi0WMXVWgXXXWMgVMHHWWtt*tt*ia4.eWS4WHBM.*T*ttT%HR4MIMMI.CMIe*iva.e*nj,bbw

5、toIB1SWrXSBI33IT5ttiWMIAw*aacarMBWB7ZZiH3fiTMfta*JmfiKSrftW7*w0AAfKMM*tta.Mf*H*BBHMSMWff9iU*mM%iBNIPCTt*HimmUT.Maaa11ft“网G*. I1eMW；KtnBMMimMNN1.时F2mrart.EMmaavieevBtMx*rRmMMutr4Bwa*a.9M11锻C用PMaMM9M*2itiBMIeMHM01(VN7BU*OTW 高银NCM在生产上比常规NCM材料有更高的要求：A高镇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

6、产厂商的技术工艺及生产设备。原材料：对于常规三元正极材料，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。A生产设备：高银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i屯氧环境中生产,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。A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。(力.WWWRM NCA(锂源通常采用氢氧化锂，

7、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AI(OH)3,最后与1i盐混合烧结制备NCA正极材料；2)直接采用Ni、C。、A1盐共沉淀制备Ni1-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-XCOX(OH)2与A1(OH)3、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

8、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800)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+0B：国内外常见的NcA生产工艺流程及优献点NiNyoa(OH)IA1UOHha*o,0,*8A1*BA2：屋Abt1t/均匀广丛性更优A生产It1I单或拿优他体的本厦大A1E/分布平均为，我发AI含餐，广修，低杯角(MTMiEttmiVS.SM2FXS.SOWMRff2.4、 钻酸锂正极材料具体工艺流程介绍口钻酸锂也称氧化钻锂或锂钻氧，钻酸锂因

9、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。口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。口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。口目前，钻酸锂生产线设备投资额（不含前驱体）大致为17亿元历吨（不同厂家投资额有所差异）。K*舞产品KH0(VN74JZmanMSFIS)9IMMR*三、正极材料生产关键设备解析3.1、

10、计量与配料系统口正极材料在原料输送、储存、酉辞斗、混料、破碎粉磨、除尘以及包装等方面采用了称重计量作为工艺过程中的检测与控制手段。称重计量的主要设备是电子衡器。口应用场景：各种储存料仓的称重计量、配料过程中的定量称重、成品物料包装计量。口目前工艺上采用的料仓称重、混合机称重系统、配料秤以及自动定量秤都是重力式装料衡器,它们的共同结构都是包含供料装置、称重计量、显示装置、控制装置以及具有产能统计和通信等功能。最后由中央控制将各部分连成一体，构成闭环自动控制系统。口料仓称重系统：能够显示出整个料仓空仓重量，又显示料仓内物料的净重。3.2、 口配料秤：电池正极材料生产中关键设备，既要求每一种料有独立

11、的定量值，又要求投入其中的料比例必须正确。3.3、 混合设备口为了提高高温固相反应的速率与材料结构的均匀性,物料的均匀混合是必要条件。物料的混合分湿法混合与干法混合，湿法混合主要有搅拌球磨机和砂磨机，干法混合主要有高速混合机、高效循环混合机和机械融合机等。艺所用的溶剂目前主要有两种：非水溶剂即有机溶剂如乙醇、丙酮等；水溶剂。锂离子电池正极材料湿法混料的干燥设备主要有：真空回转干燥机、真空耙式干燥机、喷雾干燥机、真空带式干燥机。s*作m方便沪烧场.器严翩学器肾格器怨SK黜铲E翳黑涉雅瑞牌歌跺蕊I以收好啦!决生产过我中的站IHjUrImiK千丽可以遵行完全的称&濡滉，使,更蝮产MBE1.酶了产Ia

12、用于IfiIUK司港的.IW1rnWWM.SSBW（于mE4mB.twwiivaswexM3.4、烧结窑炉口锂离子电池正极材料工业化生产通常采用高温固相烧结合成工艺，其核心关键设备是烧结窑炉。锂离子电池正极材料生产原料经均匀混合、干燥后装入窑炉进行烧结，然后从窑炉卸料后进入粉碎分级工序。口对正极材料生产而言,窑炉的控温温度、温度均匀性、气氛控制与均匀性、连续性、产能、能榴口自动化程度等技术经济指标至关重要。目前用于正极材料生产的主要烧结设备有推板窑、混道窑、钟罩炉。口烧结窑炉价值量较高，并以国外和合资品牌为主。以应用最广的馄道窑（负极材料生产也用此设备）为例，其价值量占产线比约30%-40%o德国萨克米、日本NGKs日本则武、日本高砂、广州中鹏、广州高砂、苏州汇科、湖南金炉、博涛机电、湖南新天力（天通股份）等厂家拥有窑炉生产制造能力。：主MB将疝及应用TTMS.产大（逢续性生产）.莅用于电也正总呐生产过卷中，斡创在单胡的胡纳ifi中呈值与气氟分布均与住盘,阻力大设长MHfe窑占图3的主审St1度不宜太快.B不占主Wswtee,iSfrf8ww0u-anw因此裨中小运而生.目!少eewW*.至科dt次产砧的的.W1M1WM.辘道窑采用滚动摩擦工进，因此在窑炉长度上不会受到推进力的影响，理论上可以做到无限长度，