来源：钜大LARGE 2019-04-27 点击量：650次
在锂电池领域，正极材料市场规模是最大的，预计到2020年，大约达到800亿元的市场规模。据2018年锂电池装机来看，主要以三元为主，占比58%以上；其次是磷酸铁锂，占比39%。目前已经商业化的动力电池正极材料，主要是三元系和磷酸铁锂。
高镍三元正极材料产业化过程中的难点问题探讨
——中南大学胡国荣
2019第四届新型电池正负极材料国际论坛中，高镍三元是个热点。其实目前国内高镍三元真正做得好的企业不是很多。高镍三元产业化还存在很多问题，在这里根据我的一些经验，跟大家一起分享。
本文主要讨论高镍三元材料产业化过程中的难点。
1.1前驱体合成技术难点
前驱体的元素成分、形貌、粒径及分布、振实密度、比表面积等对烧结合成后的材料影响很大。因此，各家生产企业做出的材料的指标都有一些差异，要做到指标完全一致是有难度的。 三元材料的合成主要有两种方法：一是控制结晶沉淀法，这是最常见的方法，90%都用这种方法。二是喷雾热解法，也有少数企业用，像华友钴业，用氯化钴经喷雾热解得到四氧化三钴。国内有企业正在开发用镍钴锰的氯化物进行喷雾热解得到三元材料。这样的前驱体合成方法目前还处于实验阶段，主要的问题是存在氧化物的空心化、振实密度偏低，和设备投资大等问题。
1.2原材料的预处理难点
Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)最好能预先进行高温脱水处理，生成氧化物。预处理温度要合适，否则颗粒容易爆裂。预处理窑炉选型要合理，否则增加磁性异物含量。 LiOH·H2O生产厂家通过浓缩结晶得到的氢氧化锂颗粒比较粗，要进行粉碎处理，粉碎过程
中要避免与二氧化碳接触，否则会有部分氢氧化锂转化为碳酸锂。因此氢氧化锂粉碎宜采用机械粉碎且需要采用循环风，最好能控制湿度，去除二氧化碳。
1.3烧结难点
目前合成高镍三元材料的方法主要是高温固相烧结法，这种方法存在的问题是：A.三元材料在Ni的三价和四价情况下，Ni的热力学很不稳定，Ni3+/4+与氧有能带重叠，氧气容易液化出来。液化出来后，Ni的价态就变低了，使它的热力学更稳定；B.Ni2+/Li+混排，结构不稳定，合成起来很困难；C.对环境湿度和CO2敏感，表面碱性高。
2工艺装备难点
2.1前驱体生产装备难点
存在的主要问题是反应釜容积不能太大，目前最大的反应釜是10m3，行业大多数为6m3，单釜产能受限。
2.2混合工序装备难点
由于氢氧化锂和高镍三元前驱体的粒度大小和密度大小差异较大，要实现固相均匀混合难度较大，且氢氧化锂含有结晶水，在混合过程中摩擦放热造成氢氧化锂脱水，部分氢氧化锂会产生团聚，影响混合效果。
传统高混机在使用前驱体与氢氧化锂混合时，无法将氢氧化锂分散混合均匀，提高转速又容易破坏三元前驱体颗粒形貌，犁刀混合机线速度太低，影响混合效果。因此，希望开发出新型混合机，如机械融合设备。
2.3烧结装备难点
烧结工序是三元材料生产过程中最核心的工序，一般要求做二次烧结。一次烧结温度较高，二次烧结温度较低。由于高镍三元材料中的二价镍难以氧化成三价镍，必须在氧气气氛中进行烧结。
高镍三元材料（NCM、NCA）烧结装备存在的主要问题：
（1）生产窑炉的耐氧气腐蚀问题，高镍材料必须在纯氧气氛中高温合成，窑炉材质必须耐氧气腐蚀；
（2）生产窑炉的耐碱腐蚀问题，高镍材料必须用氢氧化锂做锂源进行高温合成，氢氧化锂容易挥发且碱性很强，窑炉材质必须耐碱腐蚀；
（3）装料匣钵腐蚀严重，匣钵损耗大，且作为固体微废，污染环境，回收成本高；
（4）目前高镍三元材料生产主要采用密封辊道窑，国内能生产的企业比较少，大部分采购国外或国外与国内合资生产的窑炉。目前国外品牌有：德国萨克米、日本NGK、则武（Noratake）。国内合资品牌有广东中鹏、广东高砂、苏州汇科等。目前国内也有公司在开发高镍三元材料生产窑炉，如湖南金炉、无锡中工、湖南新天力、中电科48所、43所等。
（5）也有企业想开发回转窑来生产高镍三元材料，相对来讲回转窑有它的优势，它的自动化程度比较高，比如装料卸料用回转窑就很方便。但是回转窑也存在一些问题：若用陶瓷炉胆，存在材质耐腐蚀问题，以及热震性差、粘壁等问题。此外陶瓷炉胆加工成型困难，通常采用拼接工艺才能制造出大型陶瓷回转窑。若用金属材质炉胆，存在磁性异物超标问题，目前还没有工业化应用。目前有企业采用陶瓷炉胆回转窑用于二次煅烧工序，因为二次煅烧温度低、碱性腐蚀弱。
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