中國粉體網(wǎng)訊 煅燒過程是三元材料前驅(qū)體加工為三元材料最為關(guān)鍵的工藝之一，其對三元材料的物理性能和電化學(xué)性能均有較大影響，三元材料煅燒工藝中最重要的是煅燒溫度、煅燒時間、煅燒氣氛這三大要素。
煅燒溫度：
一般來說，隨著溫度的升高，煅燒速度會有所加快，溫度升高對材料的松裝密度影響不大，而對產(chǎn)物的振實密度影響較大。溫度過高，容易生成缺氧型化合物而且還會促使二次再結(jié)晶，同時材料的晶粒變大，比表面積變小，不利于鋰離子在材料中的脫出和嵌入；溫度過低，反應(yīng)不完全，容易生成無定形材料，材料的結(jié)晶性能不好，且易含有雜相，對材料的電化學(xué)性能影響也較大。
NCM622不同煅燒溫度下SEM圖
所以只有當(dāng)煅燒溫度適中，才能使材料的加工性和電化學(xué)性能達到最佳狀態(tài)。不同比例的產(chǎn)品煅燒溫度必須配合差熱和熱重分析，仔細(xì)分析來確定，不同組分的三元材料煅燒溫度也不同，一般情況下，鎳含量越高，煅燒溫度越低。
煅燒時間：
在一定范圍內(nèi)，煅燒時間對材料容量、比表面積、振實密度、PH的影響不太明顯，但對材料表面鋰殘留量和產(chǎn)品單晶顆粒大小影響較大。
NCM523在不同煅燒時間下的樣品性能
煅燒時間和煅燒溫度是影響三元材料性能的重要因素。但兩者不是完全獨立的，當(dāng)煅燒溫度略高時，可適當(dāng)縮短煅燒時間；若煅燒時間過長，可適當(dāng)調(diào)低煅燒溫度。
NCM523在不同煅燒時間下的產(chǎn)品SEM圖
粒度分布對與煅燒時間和煅燒溫度的影響
前驅(qū)體粒徑大小不一樣，需要的煅燒溫度也不相同。粒徑越小，從顆粒表面到中心的傳熱需要的時間越短，如果煅燒溫度相同，顆粒越小，煅燒需要的時間越短，單晶成長越快。
（a）、（b）為粒度分布較寬的前驅(qū)體煅燒出的成品的SEM圖；（c）、（d）為粒度分布較窄的前驅(qū)體煅燒出的成品的SEM圖
由圖可以看出，得到的單晶顆粒大小也基本趨于一致。這是由于粒徑分布越窄的前驅(qū)體，反應(yīng)燒成過程中從顆粒表面到中心的傳熱需要的時間越一致，晶粒的生成長大時間一致。而粒徑分布不均勻的前驅(qū)體，得到成品的單晶顆粒大小也就不相同。
形貌對于煅燒溫度的影響
不同工藝參數(shù)生產(chǎn)出來的前驅(qū)體形貌各不相同，單晶顆粒細(xì)小的前驅(qū)體，需要的煅燒溫度較低，成品單晶也較��；前驅(qū)體單晶成厚片狀的，煅燒的成品單晶也較大，兩種形貌的成品壓實密度和倍率性能都會有所不同。
(a) 為單晶細(xì)小的前驅(qū)體SEM圖，(b) 為(a) 煅燒后成品的SEM圖；(c) 為前驅(qū)體SEM圖，(d) 為成品SEM 圖
燒失率和煅燒氣氛
燒失率是指物質(zhì)經(jīng)過某些反應(yīng)后損失的質(zhì)量與之前的質(zhì)量的比值。本文燒失率指物料經(jīng)過窯爐煅燒后損失的質(zhì)量與物料進入煅燒爐之前質(zhì)量的比值。
部分三元材料的理論燒失率
從表中可以看出，采用碳酸鋰為鋰源時，三元材料燒失率約為25%，采用氫氧化鋰為鋰源時，三元材料燒失率約為28%。這部分質(zhì)量的損失主要是廢氣的產(chǎn)生造成的。用碳酸鋰為鋰源時，廢氣是二氧化碳和水蒸氣；用氫氧化鋰為鋰源時，廢氣主要是水蒸氣。
煅燒出1kgNCM523的耗氧量和排氣量（mol）
將前驅(qū)體和鋰源混合均勻后做DSC分析，可以找到煅燒過程中開始產(chǎn)生氣體的溫度和消托氧氣的溫度。在這些特定的溫度區(qū)間，綜合生產(chǎn)成本來考慮，建議廠家選擇增加進氣量和排氣量的方法來增加氧氣分壓，以補充足夠的氧氣，及時排出廢氣，保證反應(yīng)證常進行。
NCM523燒失率的理論計算結(jié)果和DSC測試結(jié)果對比
匣缽層數(shù)和裝料量：
在實驗室中得到的最佳煅燒溫度和時間，或者根據(jù)材料DSC分析出的溫度，應(yīng)用在實際生產(chǎn)過程中并不能得到最優(yōu)的三元材料，因為煅燒量越大，影響因素越多。使用輥道窯煅燒三元材料的過程中，影響最大的是匣缽的層數(shù)和匣缽的裝料量。
目前最常用的三元材料輥道窯為雙列輥道窯，匣缽層數(shù)除了對溫度有影響，還對煅燒氣氛有影響。擺放層數(shù)太多，會造成窯爐中氣體流通受阻，且位于下層的匣缽也不能和空氣充分接觸，不僅不能得到充分的氧氣，產(chǎn)生的廢氣也不能及時排走，對產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生很大影響。
不同匣缽層數(shù)煅燒出產(chǎn)品的PH值、表面游離鋰和比表面積
層數(shù)不同時，不同層數(shù)之間傳熱速率不同，不同層數(shù)物料周圍的氣氛也不同，物料的反應(yīng)和煅燒條件有一定的差異，導(dǎo)致不同層數(shù)的物料煅燒完畢后的物化性能也不相同。由上表可以看出，隨著匣缽層數(shù)的增多，上層物料和下層物料的物化性能上也表現(xiàn)出一定的差異，主要表現(xiàn)在材料表面游離鋰含量、材料的PH值和比表面積。
參考資料：《鋰離子電池三元材料——工藝技術(shù)及生產(chǎn)應(yīng)用》
