作為鋰離子電池材料工業(yè)化制造、批量化生產(chǎn)系列的最后一篇，本文主要介紹正極材料的相關(guān)的合成方法以及相關(guān)技術(shù)手段，相比較其他三大主材，正極材料的工業(yè)化生產(chǎn)工序較多，合成路線也相對(duì)比較復(fù)雜，對(duì)溫度、環(huán)境、雜質(zhì)含量的控制也比較嚴(yán)格，正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等，由于目前市場(chǎng)上能量密度高的動(dòng)力電池正極材料均是不同配比的三元材料，所以本文就以三元材料入手，開始介紹材料的工業(yè)化生產(chǎn)方法。

三元材料的起源：

三元材料最早可以認(rèn)為來自于20世紀(jì)90年代的摻雜研究，如對(duì)LiCoO2 ，LiNiO2等摻雜，在LiNiO2中通過摻雜Co的研究，形成LiNi1-xCoxO2系列正極材料，在20世紀(jì)90年代后期，有關(guān)學(xué)者進(jìn)行了在LiNi1-xCoxO2中摻雜Mg，Al以及Mn的研究。法國(guó)Saft -LiNi1-x-yCoxAlyO2與LiNi1-x-yCoxMgyO2，但早期的Li(Ni,Co,Mn)O2沒有闡明反應(yīng)機(jī)理與采用合適的制備方法，21世紀(jì)初，日本Ohzuku與加拿大J.R. Dahn，利用氫氧化物共沉淀法制備出一系列Li(Ni,Co,Mn)O2化合物。其中，鎳是主要的電化學(xué)活性元素，錳對(duì)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定提供保證，鈷在降低材料電化學(xué)極化和提高倍率特性方面具有不可替代的作用。三元材料具有高的比容量，良好的循環(huán)性能，穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，可靠的安全性以及適中的成本。在實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究中，沒有發(fā)現(xiàn)該材料的明顯缺點(diǎn)。

從正極材料的發(fā)展路線圖中也可以看出，三元材料的發(fā)展對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池能量密度的提升起到了重要的作用。

三元材料的合成方法：

先放出不同材料的熱穩(wěn)定性，從圖中可以看出，隨著鎳含量的提高，整個(gè)正極材料的熱穩(wěn)定性是下降的，需要在性能以及安全方面找到一個(gè)平衡點(diǎn)，不能盲目的為了提高能量密度而去應(yīng)用不安全的材料。

上幾張圖簡(jiǎn)單表明了三元材料的工藝流程以及中間的控制點(diǎn)，當(dāng)然，一個(gè)好的三元材料的產(chǎn)生，其前驅(qū)體也是很重要的，下面將簡(jiǎn)單介紹一下前前驅(qū)體的合成工藝。

首先按照化學(xué)計(jì)量比配置一定濃度的金屬離子混合溶液，同時(shí)配置一定濃度的氨堿混合溶液作為沉淀劑以及絡(luò)合劑，連續(xù)通入氮?dú)馐狗磻?yīng)釜?dú)夥諡榈獨(dú)夂筮M(jìn)行反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)溶液pH值，生產(chǎn)復(fù)合沉淀物，經(jīng)過過濾、洗滌、真空干燥后直接得到前驅(qū)體。涉及到沉淀劑的選擇、絡(luò)合劑的使用、加料方式的選擇、反應(yīng)氣氛的控制等等。

鋰源的選擇：

工業(yè)化生產(chǎn)一般選擇氫氧化鋰和碳酸鋰，但氫氧化鋰含有結(jié)晶水，混合效果不好，所以碳酸鋰用的多一些。最常見的含鋰礦物質(zhì)為鋰輝石和鹵水。

上圖簡(jiǎn)單介紹了兩種方法的流程，碳酸鋰制備完成后，還需要經(jīng)過一系列的檢測(cè)才可使用。

混合設(shè)備：將前驅(qū)體和鋰鹽混合，有干法和濕法之分，干法混合應(yīng)用較多。

煅燒設(shè)備：分為輥道窯和推板窯，性能上還是有所區(qū)別的。

作為三元材料制備中的一個(gè)比較重要的過程—煅燒，其溫度、時(shí)間、氣氛控制是其中比較重要的參數(shù)，煅燒溫度高，煅燒時(shí)間可以適當(dāng)縮短，鎳含量高，煅燒溫度也適當(dāng)降低，不同的條件所制備出來的材料在電化學(xué)性能上也是有區(qū)別的。

破碎設(shè)備：根據(jù)產(chǎn)出的材料的大小，還需進(jìn)行破碎以及粉磨。

分級(jí)、篩選、包裝：產(chǎn)出的產(chǎn)品還需要根據(jù)粒徑的大小篩選后進(jìn)行包裝，篩選設(shè)備如下：

除鐵：這個(gè)過程貫穿于整個(gè)三元材料的制備過程，從原材料的篩選、燒結(jié)、過篩等等，每一步都需要除鐵，設(shè)備一般有電磁除鐵設(shè)備以及管道除鐵設(shè)備。

性能檢測(cè)：包括材料的物理指標(biāo)以及電化學(xué)性能，在此之前已專門介紹過，在此不在詳述。

小結(jié)：

本文主要介紹了三元材料的工業(yè)化生產(chǎn)方法和設(shè)備，至此，四大主材的基本性能介紹、檢測(cè)方法、合成方法均告于段落。對(duì)于鋰離子電池而言，需要四大主材相互配合，才能達(dá)到一個(gè)體系的平衡，發(fā)揮出材料本身的性能，這就需要在每一個(gè)環(huán)節(jié)上下功夫，追根究底，最終才能做成性能良好的鋰離子電池，當(dāng)然，這也需要格紋同仁們的一起努力。