正极材料
锂离子电池通过锂离子在正负极之间的移动实现充放电，能够吸收和释放锂离子的材料称为活性材料。本文将介绍正极活性材料的生产工艺，其流程分为两大阶段：第一阶段是以前驱体为原料，通过化学键合合成活性材料；第二阶段是对合成后的活性材料进行改性处理，并涂覆于电极集流体上。
首先介绍钴基与锰基正极材料的前驱体技术。主流钴基材料包括钴酸锂LCO，以及三元体系材料如 NMC、 NCA，还有化学成分更复杂的四元体系活性材料，各类材料根据自身特性应用于不同领域。锰基材料的代表则有 LiMn₂O₄和 Li₂MnO₃。
钴基前驱体包括氧化钴、氢氧化钴、羟基氧化钴、碳酸钴，以及碳酸锂、氢氧化锂、氧化锰；锰基前驱体包括各类氧化锰和碳酸锂。活性材料通常采用固相法生产。
本文将重点介绍煅烧合成反应前，前驱体生产过程中用到的干法研磨、精准混合及干燥技术。
原料超细粉碎
固相混合以原料颗粒为基础进行。颗粒粒径越大，煅烧反应所需时间越长；且反应的发生需要至少两种不同物料相互接触，粒径越大，产品中出现未反应物料的概率越高。由于各原料的堆密度不同，混合物极易出现不均匀现象，大颗粒物料的不均匀现象更为突出，同时颗粒间接触面积减少也会导致反应活性下降。为解决上述问题，必须对原料进行超细粉碎，且需严格控制金属污染。该工艺可采用集成分级的 ACM 粉碎机、AFG 流化床气流磨及螺旋气流磨。近年来，集成分级的靶式气流磨也得到广泛应用，可生产出粒度更细、分布更窄的粉体。
固相反应精准混合
为加速煅烧合成反应，各前驱体物料必须充分接触。但经过上述超细粉碎后，物料的粘附性与团聚性显著增强，不同前驱体难以均匀接触。为此，需要能够通过冲击力和剪切力为团聚体提供足够能量的混合设备。
细川密克朗可提供Cyclomix® 高速冲击混合机（利用冲击力与剪切力）和Nobilta® 强力复合混合机（利用压缩剪切力），满足该工艺需求。
干燥工艺
部分钴基材料采用湿法合成，随后煅烧制备前驱体。煅烧前需将粉体与溶剂分离并洗涤。由于原料浆料粘度高，干燥后粉体粘附性与团聚性极强，采用标准闪蒸干燥机极易发生堵塞，难以实现连续生产。同时，防止干燥过程中团聚体再次形成也至关重要。
针对该场景，可采用Xerbis® 介质搅拌式干燥机（零金属污染）及混合式真空干燥机。
钴基正极材料生产工艺
以下介绍主流锂离子二次电池正极活性材料 —— 钴酸锂（LiCoO₂，LCO）的生产流程。该工艺同样适用于 NMC、NCA 等三元体系及四元体系活性材料。同时，我们还将介绍可应用于前驱体煅烧合成后工序的相关技术。
解聚工艺
合成后的钴基材料会因颗粒间的烧结颈导致粒径增大，进而引发以下问题：
l 锂离子难以从颗粒内部高效扩散
l 涂覆于铝箔集流体时堆积密度下降
l 涂覆表面平整度变差
为解决上述问题，需将物料解聚研磨至约 10~30 μm。但细粉含量过高会对粉体流动性及浆料粘度产生负面影响，因此必须制备出具有最优粒度分布的粉体。
粉碎过程中，若正极活性材料混入杂质（尤其是金属杂质），可能引发电化学反应导致电池短路、过热甚至燃烧。因此，必须最大限度减少污染。
为满足该需求，我们的粉碎设备可采用碳化钨材质，或在金属表面喷涂精细陶瓷颗粒以减少磨损。同时推出ACM-HC 型粉碎机，所有物料接触部件均采用全陶瓷材质，实现零金属污染研磨，是正极材料生产线的常用设备。细川密克朗不仅可提供研磨设备的零金属污染系统，还可提供管道、袋式除尘器的全流程无金属污染解决方案。此外，可采用 Nobilta® 设备对研磨后的粉体进行添加剂包覆与压实处理，提升其导电性与流动性。
纳米颗粒合成
合成具有纳米级初级颗粒的活性材料，目前多采用喷雾热解法等湿法工艺。而在干法工艺领域，我们的Nanocreator 火焰雾化合成设备已在研发阶段得到广泛应用。
该设备通过将原料溶液喷入火焰并瞬间燃烧发生氧化反应，合成氧化物纳米颗粒，随后通过惰性气体快速冷却。喷涂前混合多种溶液，可合成多组分复合化合物，这类多组分金属氧化物可作为正极材料的高效添加剂。
表面处理
为提升电池的充放电容量、倍率性能、循环性能、安全性及可靠性，需在活性材料表面包覆多种化学物质。例如，通过包覆炭黑类材料提升导电性以降低电池内阻，是目前广泛应用的方法。
近年来，为提升倍率性能与温度稳定性，采用在活性材料表面包覆陶瓷层、或在纳米颗粒表面固定纳米颗粒的技术逐渐兴起。传统工艺采用溶胶 - 凝胶法、液相化学反应与吸附法，随后进行煅烧。这类湿法工艺需要干燥步骤，不仅增加能耗，还会产生残留溶剂废液，对产品质量产生负面影响。
本文将介绍在亚微米至微米级颗粒表面干法固定与包覆纳米颗粒的技术。正极材料表面处理常用Mechanofusion® 机械融合设备与Nobilta® 强力复合混合机，其中陶瓷材质的 Nobilta® 设备近年来应用尤为广泛。
通过在 LCO 表面包覆乙炔黑颗粒、在 NCA/NMC 表面包覆铝纳米颗粒、在 LiMn₁.₅Ni₀.₅O₄表面包覆 LiFePO₄，不仅可提升电池的循环性能与堆积密度，还能减少后续工序的溶剂用量。
粉体特性分析
粉体特性分析是粉体加工与质量控制的核心环节。在研磨机或分级机上安装在线粒度分布检测仪，可实现产品粒度的实时质量控制。
细川Powder Tester® 粉体测试仪是全球通用的标准设备，可定量评估粉体的流动性与振实密度 —— 这些指标若采用人工或不同分析方法，结果会存在极大差异。该设备可用于原料进厂质量检验、生产过程粉体评估以预防工艺故障，以及最终产品的质量控制。
此外，对于决定浆料制备工艺与电解液反应活性的润湿性及润湿速率，可采用Peneto Analyzer 渗透分析仪进行正极活性材料的特性分析。
物料输送、产品收集、灌装计量及工作环境防护
除研磨机与混合机外，以下周边设备同样至关重要：Finetron 精密给料机、用于分离收集细颗粒的袋式除尘器、Stott 卫生级粉体灌装称重系统、用于保护操作人员与环境免受有害粉体危害、同时防止交叉污染保障质量的安全操作柜等化学危害防护设备。
构建电池材料生产流程时，不仅要关注单台工艺设备，还需综合考虑包括煅烧炉、筛分设备在内的整体物料平衡。细川密克朗拥有丰富的专业经验，可为客户提供此类生产流程的咨询与整体解决方案。
磷酸铁锂基正极材料
以下介绍主流磷酸铁锂基正极活性材料 —— 磷酸铁锂（LiFePO₄）的生产流程。近年来，LiMPO₄（M：Mn、Mg、Ni）等橄榄石型正极材料因成本低廉、无需使用稀有金属，得到快速开发与应用。
磷酸铁锂正极材料通过固相法煅烧反应合成，生产流程与钴基正极材料高度相似，因此所用的粉体加工技术也基本相同。但由于大多数磷酸铁锂前驱体采用湿法合成，在煅烧前需增加粉体与合成溶液的分离洗涤及干燥工序，因此会用到更多新型粉体加工技术。一次煅烧用于提升结晶度并合成未反应物料，二次煅烧则用于碳包覆。
干燥工艺
磷酸铁锂合成过程中，根据原料与合成方法的不同，溶液粘度可能会显著升高，导致湿法合成前驱体的反应难以完全进行。
此外，磷酸铁锂材料的锂离子扩散速率低于钴基材料，导电性较差，因此煅烧后的一次颗粒粒径必须达到亚微米级以下。为满足该要求，需在考虑煅烧过程中颗粒生长的前提下，防止干燥过程中形成团聚体，并提前生成超细颗粒。
Xerbis 介质搅拌式干燥机具备零金属污染特性。
以下是前驱体生产用干燥研磨系统（XB-900）的实际性能参考数据：客户要求产品平均粒径为 4 μm，实际设备可生产出平均粒径为 3 μm 的产品。
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