锂电池主要由四大关键材料构成：正极材料、隔膜、电解液和负极材料。

正极材料直接决定电池性能，当前成本占比超过60%。其中，正极材料作为锂离子源，是锂电池电化学性能的决定性因素，直接决定电池的能量密度、安全性、循环寿命等各项指标，进而影响电池的综合性能。

主要正极材料性能对比

动力电池的主角

NCM三元正极是主流正极材料之一，能量密度优势显著。目前市场上主流正极材料包括钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）以及三元正极材料（NCM及NCA）。

NCM三元正极材料化学式为LiNixCoyMnzO2（x+y+z=1）。相较于磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料，NCM三元材料存在明显的三元协同效应，其能量密度更高，并且广泛应用于各类型新能源乘用车，带来更高的续航里程。

磷酸铁锂正极材料制备方法

1、高温固相法；

2、溶胶凝胶法；

3、化学共沉淀法；

4、水热合成法；

5、喷雾干燥法；

6、熔融盐法。

三元正极材料制备方法

1、高温固相法；

2、机械化学法；

3、碳热还原法；

4、化学共沉淀法；

5、微波辐射法；

6、水热合成法；

7、溶胶凝胶法。

从上面描述的制备方法来看，其中三种是一致的。我们看一下这三种制备方法：

01

高温固相法

三元正极材料采用高温固相烧结法制备，高镍工艺更为复杂。动力电池正极材料制备普遍采用高温固相烧结法，三元材料固相法通常直接将前驱体和锂源经过机械混合，随后经过高温煅烧得到三元正极材料。其中，高镍三元材料的生产工艺较常规三元更复杂，主要体现在：

1）原料端，常规三元材料倾向于用碳酸锂作为锂源，而高镍三元材料更适合用氢氧化锂；

2）烧结温度，碳酸锂烧结温度通常需达到℃以上才能得到性能稳定的材料，而高镍三元要求烧结温度不宜过高，否则影响倍率性能，如NCM烧结温度需要控制在℃以下、NCM需要控制在℃左右；

3）烧结气体，常规三元材料用普通空气进行烧结即可，而高镍三元材料需要在氧气气氛中进行烧结；

4）水洗：相较于常规三元，高镍三元表面残余锂较多，对材料性能有明显影响，需要增加一步水洗工序。

02

化学共沉淀法

一般是把化学原料以溶液状态混合，并向溶液中加入适当的沉淀剂，使溶液中已经混合均匀的各个组分按化学计量比共沉淀出来，或者在溶液中先反应沉淀出一种中间产物，再把它煅烧分解制备出微细粉料。

化学共沉淀法分为直接化学共沉淀法和间接化学共沉淀法。直接化学共沉淀法是将Li、Ni、Co、Mn的盐同时共沉淀，过滤洗涤干燥后再进行高温焙烧。

间接化学共沉淀法是先合成Ni、Co、Mn三元混合共沉淀，然后再过滤洗涤干燥后，与锂盐混合烧结；或者在生成Ni、Co、Mn三元混合共沉淀后不经过过滤而是将包含锂盐和混合共沉淀的溶液蒸发或冷冻干燥，然后再对干燥物进行高温焙烧。

03

溶胶凝胶法

先将原料溶液混合均匀，制成均匀的溶胶，并使之凝胶，所得湿凝胶于干燥箱中以°C干燥12h得到干凝胶，将此干凝胶在马弗炉中以°C烧结6h制得前驱体，冷却后研磨成粉末状再°C高温缎烧12h,冷却后再研磨，所得粉末即为所需正极材料。

即使是水热法和熔盐法等，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。

正负极材料在制备过程中，均需要预烧结、粉碎、烧结等多个循环过程。

预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉。

正极材料的烧结过程通常在空气或富氧环境下，而负极材料则通常在惰性气体的保护下进行烧结。

由于前驱体在预烧结过程中，容易板结成块，所以我们在实验中，通常采用箱式真空气氛炉来实施。

真空气氛箱式炉

Q

如何保障正负极材料的最终品质呢？

A

正负极材料制备中，当前驱体处理完成后，粉碎研磨后，需对粉体材料进行结晶化烧结。此时，粉体能否均匀受热，及与反应气体是否接触充分（正极材料在富氧环境烧结）则十分重要。

真空旋转炉摆振炉可实现轴向旋转及径向摆动，采用动态密封系统和多通道进出气系统。独特的动态翻滚摆动加热的形式，避免了物料静态煅烧产生的过烧、夹生等缺陷，能够充分保障正负极材料(磷酸铁铝、锰酸锂、钴酸锂、三元、石墨负极等)烧结及包覆（CVD法）的优异品质。

自动进出料旋转摆振烧结炉多种规格、配置可选，可定制