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Li+,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口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。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）。 ： 02Bi2WW*M (写离法IS合)在RSAll入 ( SK 999 I 但-网.AWKAMli- , nHUMfUWFel a*F2 .“3 , WNCM811NCM622NCM523NCM333o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

4、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=TcMlIStFXIMMUHNI1NCM3！CM523MeM5KMmHCA*fill9IMWMqi0WMXVWgXXXWMgVMHHWWtt*tt*ia4.eWS4WHBM.*T*ttT%HR4MIMMI.CMIe*iva.e*nj,bbwtoIBlSWr三三XSBI33IT5tti三WMIAw*a三acarMBWB7ZZiH3fiTMfta*JmfiKSrftW7*w0AAfKMM*tta.Mf*H*BBHMSMWff9iU*mM%iBNIPCTt*HimmUT.Maaallft“网G*. IleMW；KtnBMMi

5、mMNNl.时F2mrart.EMmaavieevBtMx*rR三mMMutr4Bwa*a.9MLL锻C用PMaMM9M*2itiBMIeMHM01三(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

6、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.WW三WRMNCA(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Nil-xCox(OH)2,然后在Nil-xCox(OH)2表面包覆AI(OH)3,最后与Li盐混合烧结制

7、备NCA正极材料；2)直接采用Ni、C。、Al盐共沉淀制备Nil-x-yCoxAly(OH)2,然后与Li盐混合烧结制备NCA正极材料；3)先制备Nil-xCox(OH)2,然后将Nil-XCOX(OH)2与Al(OH)3、Li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Nc

8、A生产工艺流程及优献点NiNyoa(OH)IAl UOHha*o,0,*8A1*BA2：屋Abtlt/均匀 广丛性更优A 生产ItlI单或拿优 他体的本厦大 AlE/分布平均为，我发AI含餐，广修，低杯角(MTMiEttmiVS.SM2FXS.SOWMRff2.3、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

9、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L7亿元历吨（不同厂家投资额有所差异）。S采用 孑用干aaW4iM E A)MrB wto-l UL7ttt5*tl %RKINI 将闪等$至 1EIHitMLI： ，立MCW施0度破加至50 WOg.亭 吃:PMMf使笃厘迦BDSO为1020m. Dl防 l-5m . D9O2O-3Oum.frttSNras 目前弃用.磁通张凄的anMMmLl4- Su取用礴的H空包凯.目前双企业均采用自 WWMI

10、M2.4、桂酸锂正极材料具体工艺流程介绍 镒酸锂是除钻酸锂之外研究最早的锂电池正极材料，具有资源丰富、成本低、安全性能好等优点；但其较低的比容量、较差的循环性能，特别是高温循 环性能使其应用受到了较大的限制。镒酸锂电池将主要在物流车,以及在注重成 本、对续航里程要求相对低的微型乘用车领域具有一定市场份额。 目前，规模生产锂离子电池正极材料锂锌氧的最普遍的方法是高温固相 法,即将分别含锂和镒的两种固体原料均匀混合后在一定温度和时间内爆烧制成。口 目前，镒酸锂生产线相对低端，设备投资额（不含前驱体）较低。恬户:D9主Wit及选整高图相法合成理父宝石材14的工艺没!$KMGMMMrMUQ2NNBI

11、wig.jjww, 4hmmh UUBW7 HfR0 .一文. gHaEu*w4k 昊 ZsiJa3.2、 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。主要港Zfli示MH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三I以收好啦!决生产过我中的

12、站IHjUrImiK千丽可以遵行完全的称&濡滉，使,更蝮产MBEl.酶了产Ia用于IfiIUK司港的.IWLrnWWM.SSBW（于mE4mB.twwiivaswexM3.4、 烧结窑炉 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。 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

13、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StL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d11t次产砧的的.WlMlWM.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

14、限长度，而窑腔结构的特色，烧制产品时一致性更好，大窑腔结构更利于炉内气流的运动和产品的排水排胶等,是替代推板窑真正实现大规模生产的首选设备。目前锂电池正极材料钻酸锂、三元、镒酸锂等均采用空气混道窑进行烧结，而磷酸铁锂采用氮气保护的混道窑进行烧结,NCA则采用氧气保护的辑道窑进行烧结。拜方IC*加力修也大小SdSiPfWMttVSAVtffZiB.48是连年性工班.显板宏mLl液压况MiB.而SU窑J是遢Sa电机S动做条魁俄聚碇n充动.一个子;动”，T.于承丽，相比,称哂B.Ulff*B,KIHE.在密般内布曹色干Ia文.9TB.SjRMBtiWSIDAS.SUifir搜将田上季就工三,tt*t

15、M7三&9三K.icamRatSM.IAS,工行可.用于径子电池正圾Mw1T式三na均是小更机,要求与电HBrtI的修件采用Ii量材件E化的M玉豉化恬胃心I&,Tfteg%*砌以翕高子电图EIRW的内度做廊至IEm以下.口前用于Bl子电粒E网材U的对IgK邮I的子有.化Ia6,mme.KlEAjC与g用僮t的地力滞尿或其他母叁力乐.以防带造畲JW性用8.* Iegm度大，出科内度均匀.产,无金n同子再奏. QMtl2ffll.硼M跄占地*j.et低，M事无声.却的啊*三*wsJKMC工审5业中各内石与大决筋4，罅.9网子电热ZHBlWS过IKiHe后和仍未用.舄谡过HMK*W至Imm以下方Ie

16、ia人皿舄1场后蒯9身子电池正版材”率成品&g五.例CFieM后才能Ig入IfiIt给种3.曲3K沏就相当于vr三g,式W之蛆台.)WW4.,MH广田女网在化工.”材、r*.衣为.s.星WeMnA300-1200ms出时松9州枕博祖父却事YM9HK11ng与设内壁*褶*而引起加KimMUBeWiflfl产/MT可达l2Sm可，0度分布MKW哀面小.Im形状啊Q分性以产品至污尖少.口离子电瓶！极材于嘤度比如,用鼻通矶桂冷击m储机射.wwflwwe三Te茶用3M三行附碑，6fHWSf8.切IIffa.自动化桎ara.3.6、合批设备尽管在锂离子电池正极材料生产过程中采取了严格品管手段，但为了保证产

17、品的一致性，对不同批次生产的产品进行合批，合成一个大批次，使同一个大批次的产品均匀化。目前普遍采用大型混合机进行混合合批处理，主要有双螺旋锥形混合机和卧式螺带混合机。:主含断设特点及应用V塞自归使WWfeWJt.荏跑博内产生却a、mor*同.从而这我会的目的.口的大那分子电苞1*4W*附侬机遇行涯含合比6-HW).口一至电机7-*W.80务采用在胆於方式fwHwra而形式,无找余有所，于广房鼻的,MQMResH即BW5ffiR3三*BKL由于微量单质铁在正极材料中的分布是极不均匀的,有时带有很大的偶然性，所以为了确保产品的品质，目前在产品最后进入包装工序之前要加一套除铁工序。磁选法尤其是电磁选

18、法效率高、成本低、弃铁简单易行而被普遍采用。目前国内生产的电磁除铁机难以满足要求，通常从日本和韩国进口。:一除铁机g及实糠3.8、包装计量设备为了防止在储存和周转过程中材料受到外界的污染，成品粉料制备完成后应尽快装袋、计量和密封保存，为了在周转过程中对其外包装进行保护还需装桶或装箱并做好信息的贴标和记录登记。用于锂离子电池材料包装计量设备的种类有自动上袋设备、热合封口机、贴标与喷墨打印、自动码垛机和缠包机。图自动化但上的配套ig VMIFMMMW.三mwtrxMvjwWMCflurw*Mmnft也*HUt岁MaAeWfuI方方. WM*G微lf*km8WAFttc座Mwn*?iRFwwhthw

19、nXwMdwwhfNQ*W1WMWMHWlAXNU*H(U7*IVHaBFIR),IHMM辎道窑是一种连续式加热烧结的中型隧道窑。口按照炉体氛围，同推板窑一样，根道窑也分为空气窑和气氛窑。A空气窑：主要用于镒酸锂材料、钻酸锂材料、三元材料等需要氧化性气氛的材料烧结;A气氛窑：主要用于NCA三元材料、磷酸铁锂（LFP）材料、石墨负极材料等需要气氛（如N2或02）气体保护的烧结材料。*1*4B7*X*mUM.FXB).VWIfHmM3.5、粉碎与分级设备经过高温烧结工序出来的半成品一般需要经过粉碎分级才能达到产品标准，不同的正极材料烧结温度不同,有些材料由于烧结温度较高，结块比较严重，需要进行不同级别的粉碎，如需要颗式破碎、馄式破碎和超细粉碎等，主要涉及到的设备有额式破碎机、相式破碎机、旋轮磨、高速机械冲击式粉碎机和气流粉碎机。