中國(guó)粉體網(wǎng)訊  正極材料作為鋰離子電池的關(guān)鍵材料，在很大程度上決定了電池的性能。正極材料主要包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料。三元材料因具有較為平衡的成本、能量密度、循環(huán)及安全性能等優(yōu)勢(shì)，成為電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)等產(chǎn)品的主要選擇。三元材料憑借其更高的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，逐步超越磷酸鐵鋰和錳酸鋰成為主流車(chē)企的選擇。

三元前驅(qū)體作為三元材料制備的原料，很大程度上決定了三元材料的性能。前驅(qū)體的結(jié)晶程度、球形度、顆粒大小以及分布、振實(shí)密度等指標(biāo)的差異，都會(huì)嚴(yán)重影響三元正極材料的電化學(xué)性能，而這些指標(biāo)又受前驅(qū)體合成過(guò)程中pH值、氨堿濃度、攪拌強(qiáng)度、合成溫度、設(shè)備等多種因素的影響。

前驅(qū)體的制備技術(shù)主要有沉淀法、噴霧熱解法、溶膠凝膠法。

共沉淀法及其難點(diǎn)

共沉淀法是前驅(qū)體材料的主流制備方法，可以精確控制各組分的含量，并且實(shí)現(xiàn)組分的原子級(jí)混合；通過(guò)調(diào)整溶液濃度、pH值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、攪拌轉(zhuǎn)速等合成工藝參數(shù)，可以制備不同粒度、形貌、密度、結(jié)晶程度的材料。

共沉淀法生產(chǎn)過(guò)程中影響因素眾多，氨水濃度、pH、離子濃度、溫度、反應(yīng)時(shí)間、攪拌速度、反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)等均對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響，這些影響直接導(dǎo)致產(chǎn)品成分、形貌、粒度及分布、振實(shí)密度等性能指標(biāo)產(chǎn)生波動(dòng)，這樣一來(lái)前驅(qū)體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，各家各有特色。此外該方法產(chǎn)生的廢水量大，環(huán)保處理成本高。

噴霧熱解法及其難點(diǎn)

噴霧熱解法是將可溶性金屬鹽和沉淀劑在噴霧干燥器中進(jìn)行霧化，然后干燥。此方法合成出的材料顆粒大小比較一致，化學(xué)成分分布比較均勻，工藝比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，且耗時(shí)短，是工業(yè)生產(chǎn)正極材料的方法之一。

目前國(guó)內(nèi)外有少數(shù)企業(yè)在探索用噴霧熱解法合成三元鎳鈷錳前驅(qū)體氧化物。但是這種方法的技術(shù)難點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜、投資大、鎳鈷錳球形氧化物存在空心化、振實(shí)密度偏低。

溶膠凝膠法及其難點(diǎn)

溶膠凝膠法是一種常見(jiàn)的軟化學(xué)方法。優(yōu)點(diǎn)是具有均勻性好、合成溫度低，可以實(shí)現(xiàn)材料組分分子或原子級(jí)的均勻混合，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜、成本高。

未來(lái)前驅(qū)體發(fā)展方向

1高鎳化

2020年全球高鎳三元材料需求量約15.52萬(wàn)噸，占總需求比例逐年提高。三元材料的技術(shù)含量有50%以上包含在前驅(qū)體中，高鎳三元材料的發(fā)展離不開(kāi)高鎳三元前驅(qū)體的推動(dòng)，因此，高鎳前驅(qū)體的發(fā)展也在急劇上升。

2單晶化

三元材料多數(shù)為細(xì)小晶粒團(tuán)聚成的二次球形顆粒，二次顆粒型的三元材料由于顆粒內(nèi)部存在應(yīng)力導(dǎo)致材料循環(huán)過(guò)程中易開(kāi)裂，而存在循環(huán)壽命短、熱穩(wěn)定性差的缺陷。單晶顆粒相對(duì)于團(tuán)聚顆粒，在輥壓時(shí)不會(huì)破碎，有效地提高了材料的壓實(shí)密度，解決了之前三元壓實(shí)低的問(wèn)題。而且單晶顆粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，能保證優(yōu)異的循環(huán)性能，并能提高安全性能。

3間歇式

前驅(qū)體生產(chǎn)工藝可分為間歇法和連續(xù)法兩種。間歇法生產(chǎn)前驅(qū)體粒徑分布極窄，連續(xù)法生產(chǎn)產(chǎn)能更高，生產(chǎn)物料在反應(yīng)釜內(nèi)停留時(shí)間較為均一，生產(chǎn)出的前驅(qū)體粒徑分布更窄，適用于生產(chǎn)高端型如高鎳、單晶型前驅(qū)體產(chǎn)品。

參考來(lái)源：

劉彥龍.前驅(qū)體制備對(duì)三元材料的影響及研究進(jìn)展概述

胡國(guó)榮.高鎳三元正極材料產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中難點(diǎn)問(wèn)題探討

宋順林.三元材料及其前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)用

張臻.鋰電三元正極材料前驅(qū)體的研究進(jìn)展

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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