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一、工藝前準備：原料混合與預處理

1. 原料選擇與配比

• 核心原料：鎳鈷錳氫氧化物前驅體（NCM (OH)?）、鋰源（碳酸鋰 Li?CO?或氫氧化鋰 LiOH?H?O，高鎳材料更傾向于 LiOH?H?O，因其反應活性更高）。

• 配比原則：根據(jù)目標三元材料的化學計量比（如 NCM811 為 LiNi?.?Co?.?Mn?.?O?），計算鋰與過渡金屬的摩爾比（Li/M，通常為 1.02~1.10，過量鋰可補償高溫下的鋰揮發(fā)）。

2. 混合與粉碎

• 采用機械混合設備（如犁刀混合機、球磨機）將前驅體與鋰源充分混合，確保粒度均勻（D50 通?？刂圃?5~15μm），避免局部鋰含量過高或過低。

• 混合后物料需干燥（水分＜0.5%），防止高溫下水分蒸發(fā)導致物料飛濺或反應不均勻。

二、回轉爐內核心工藝：煅燒反應階段

1. 預熱段（溫度：200~500℃）

• 作用：去除物料中的物理水和結晶水（如前驅體中的結晶水、鋰源表面吸附水），同時使碳酸鋰（若使用）初步分解為 Li?O 和 CO?（Li?CO? → Li?O + CO?↑）。

• 控制要點：升溫速率不宜過快（通常 5~10℃/min），避免水分急劇蒸發(fā)導致物料結塊或爐內壓力波動。

2. 反應段（溫度：700~1000℃，核心階段）

• 作用：Li?從鋰源中釋放并擴散進入前驅體的晶格，與 Ni、Co、Mn 離子發(fā)生固相反應，形成層狀 α-NaFeO?型晶體結構（這是三元材料具有高比容量的關鍵結構）。

• 關鍵參數(shù)：

• 溫度：中鎳材料（如 NCM523）通常在 800~900℃，高鎳材料（如 NCM811）需稍低（750~850℃，避免 Ni3?過度氧化或鋰揮發(fā)）。

• 保溫時間：2~10 小時（根據(jù)材料類型調整，高鎳材料反應更快，時間可縮短），確保 Li?充分擴散，晶體結構穩(wěn)定。

• 氣氛：全程通入惰性氣體（氮氣或氬氣），控制氧含量＜100 ppm（高鎳材料需＜50 ppm），防止 Ni2?被氧化為 Ni3?導致晶格畸變。

3. 冷卻段（溫度：500℃降至室溫）

• 作用：使生成的三元材料緩慢冷卻，減少內應力，避免晶體結構因驟冷而坍塌。

• 控制要點：冷卻速率通常＜5℃/min，且需維持惰性氣氛直至溫度降至 200℃以下，防止材料在高溫下接觸空氣被氧化。

三、工藝關鍵參數(shù)控制

四、煅燒后處理

1. 破碎與篩分：煅燒后的材料可能存在團聚，需通過顎式破碎機或氣流粉碎機破碎，再篩分至目標粒度（D50 通常為 8~12μm）。

2. 除鐵與提純：使用磁選機去除生產(chǎn)過程中引入的鐵雜質（鐵含量需＜50 ppm，避免影響電池安全性）。

3. 理化性能檢測：檢測晶體結構（XRD）、粒度分布（激光粒度儀）、振實密度、元素含量等，確保符合標準。

工藝難點與優(yōu)化方向

• 高鎳材料的氣氛敏感性：NCM811 等材料中 Ni2?易被氧化，需通過爐體密封升級（如采用雙端面機械密封）和在線氧含量監(jiān)測（精度達 1 ppm），嚴格控制氣氛。

• 避免鋰揮發(fā)與黏壁：通過分段控溫（反應段中心溫度略高，邊緣略低）和爐壁噴涂抗黏結涂層（如氧化鋯），減少鋰損失和結垢。

• 批次一致性：采用自動化進料系統(tǒng)（如失重式喂料機）控制進料量穩(wěn)定性，結合爐內多點溫度監(jiān)測，確保不同批次材料性能差異＜3%。