中國(guó)粉體網(wǎng)訊 煅燒過程是三元材料前驅(qū)體加工為三元材料最為關(guān)鍵的工藝之一,，其對(duì)三元材料的物理性能和電化學(xué)性能均有較大影響,，三元材料煅燒工藝中最重要的是煅燒溫度、煅燒時(shí)間,、煅燒氣氛這三大要素,。
煅燒溫度：
一般來說，隨著溫度的升高,，煅燒速度會(huì)有所加快,，溫度升高對(duì)材料的松裝密度影響不大，而對(duì)產(chǎn)物的振實(shí)密度影響較大,。溫度過高,，容易生成缺氧型化合物而且還會(huì)促使二次再結(jié)晶，同時(shí)材料的晶粒變大,，比表面積變小,，不利于鋰離子在材料中的脫出和嵌入；溫度過低,，反應(yīng)不完全,，容易生成無定形材料，材料的結(jié)晶性能不好,，且易含有雜相,，對(duì)材料的電化學(xué)性能影響也較大,。
NCM622不同煅燒溫度下SEM圖
所以只有當(dāng)煅燒溫度適中，才能使材料的加工性和電化學(xué)性能達(dá)到最佳狀態(tài),。不同比例的產(chǎn)品煅燒溫度必須配合差熱和熱重分析,，仔細(xì)分析來確定，不同組分的三元材料煅燒溫度也不同,，一般情況下,，鎳含量越高，煅燒溫度越低,。
煅燒時(shí)間：
在一定范圍內(nèi),，煅燒時(shí)間對(duì)材料容量、比表面積,、振實(shí)密度,、PH的影響不太明顯，但對(duì)材料表面鋰殘留量和產(chǎn)品單晶顆粒大小影響較大,。
NCM523在不同煅燒時(shí)間下的樣品性能
煅燒時(shí)間和煅燒溫度是影響三元材料性能的重要因素,。但兩者不是完全獨(dú)立的，當(dāng)煅燒溫度略高時(shí),，可適當(dāng)縮短煅燒時(shí)間,；若煅燒時(shí)間過長(zhǎng)，可適當(dāng)調(diào)低煅燒溫度,。
NCM523在不同煅燒時(shí)間下的產(chǎn)品SEM圖
粒度分布對(duì)與煅燒時(shí)間和煅燒溫度的影響
前驅(qū)體粒徑大小不一樣,，需要的煅燒溫度也不相同。粒徑越小,，從顆粒表面到中心的傳熱需要的時(shí)間越短,，如果煅燒溫度相同，顆粒越小,，煅燒需要的時(shí)間越短,，單晶成長(zhǎng)越快。
（a）,、（b）為粒度分布較寬的前驅(qū)體煅燒出的成品的SEM圖,；（c）、（d）為粒度分布較窄的前驅(qū)體煅燒出的成品的SEM圖
由圖可以看出,，得到的單晶顆粒大小也基本趨于一致,。這是由于粒徑分布越窄的前驅(qū)體，反應(yīng)燒成過程中從顆粒表面到中心的傳熱需要的時(shí)間越一致,，晶粒的生成長(zhǎng)大時(shí)間一致。而粒徑分布不均勻的前驅(qū)體,，得到成品的單晶顆粒大小也就不相同,。
形貌對(duì)于煅燒溫度的影響
不同工藝參數(shù)生產(chǎn)出來的前驅(qū)體形貌各不相同,，單晶顆粒細(xì)小的前驅(qū)體，需要的煅燒溫度較低,，成品單晶也較�,。磺膀�(qū)體單晶成厚片狀的,，煅燒的成品單晶也較大,，兩種形貌的成品壓實(shí)密度和倍率性能都會(huì)有所不同。
(a) 為單晶細(xì)小的前驅(qū)體SEM圖,，(b) 為(a) 煅燒后成品的SEM圖,；(c) 為前驅(qū)體SEM圖，(d) 為成品SEM 圖
燒失率和煅燒氣氛
燒失率是指物質(zhì)經(jīng)過某些反應(yīng)后損失的質(zhì)量與之前的質(zhì)量的比值,。本文燒失率指物料經(jīng)過窯爐煅燒后損失的質(zhì)量與物料進(jìn)入煅燒爐之前質(zhì)量的比值,。
部分三元材料的理論燒失率
從表中可以看出，采用碳酸鋰為鋰源時(shí),，三元材料燒失率約為25%,，采用氫氧化鋰為鋰源時(shí)，三元材料燒失率約為28%,。這部分質(zhì)量的損失主要是廢氣的產(chǎn)生造成的,。用碳酸鋰為鋰源時(shí)，廢氣是二氧化碳和水蒸氣,；用氫氧化鋰為鋰源時(shí),，廢氣主要是水蒸氣。
煅燒出1kgNCM523的耗氧量和排氣量（mol）
將前驅(qū)體和鋰源混合均勻后做DSC分析,，可以找到煅燒過程中開始產(chǎn)生氣體的溫度和消托氧氣的溫度,。在這些特定的溫度區(qū)間，綜合生產(chǎn)成本來考慮,，建議廠家選擇增加進(jìn)氣量和排氣量的方法來增加氧氣分壓,，以補(bǔ)充足夠的氧氣，及時(shí)排出廢氣,，保證反應(yīng)證常進(jìn)行,。
NCM523燒失率的理論計(jì)算結(jié)果和DSC測(cè)試結(jié)果對(duì)比
匣缽層數(shù)和裝料量：
在實(shí)驗(yàn)室中得到的最佳煅燒溫度和時(shí)間，或者根據(jù)材料DSC分析出的溫度,，應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)過程中并不能得到最優(yōu)的三元材料,，因?yàn)殪褵吭酱螅绊懸蛩卦蕉�,。使用輥道窯煅燒三元材料的過程中,，影響最大的是匣缽的層數(shù)和匣缽的裝料量。
目前最常用的三元材料輥道窯為雙列輥道窯，匣缽層數(shù)除了對(duì)溫度有影響,，還對(duì)煅燒氣氛有影響,。擺放層數(shù)太多，會(huì)造成窯爐中氣體流通受阻,，且位于下層的匣缽也不能和空氣充分接觸,，不僅不能得到充分的氧氣，產(chǎn)生的廢氣也不能及時(shí)排走,，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生很大影響,。
不同匣缽層數(shù)煅燒出產(chǎn)品的PH值、表面游離鋰和比表面積
層數(shù)不同時(shí),，不同層數(shù)之間傳熱速率不同,，不同層數(shù)物料周圍的氣氛也不同，物料的反應(yīng)和煅燒條件有一定的差異,，導(dǎo)致不同層數(shù)的物料煅燒完畢后的物化性能也不相同,。由上表可以看出，隨著匣缽層數(shù)的增多,，上層物料和下層物料的物化性能上也表現(xiàn)出一定的差異,，主要表現(xiàn)在材料表面游離鋰含量、材料的PH值和比表面積,。
參考資料：《鋰離子電池三元材料——工藝技術(shù)及生產(chǎn)應(yīng)用》
