高镍三元前驱体制备过程中的影响因素

三元材料前驱体制备影响因素三元材料是指由三种或更多种不同材料组成的复合材料。

制备三元材料的前驱体是制备过程中的重要一环，它会对最终材料的性能和结构产生重要影响。

本文将探讨影响三元材料前驱体制备的关键因素，包括材料选择、配比和制备方法等。

首先，材料的选择是影响前驱体制备的关键因素之一、在选择材料时，需要考虑每种材料的性质和相容性。

材料的性质包括晶体结构、晶格参数、离子半径等，这些性质会影响材料的相互作用和晶体生长行为。

而材料的相容性则决定了各组分之间的相互溶解程度，直接影响材料的结构和性能。

因此，在选择材料时，需要考虑它们的性质和相容性，以确保最终材料具有优良的性能和结构。

其次，配比也是制备前驱体的关键因素之一、配比主要涉及多组分之间的摩尔比例。

正确的配比可以确保各组分在制备过程中能够充分反应，从而形成所需的化合物或物相。

配比失调可能导致剩余其中一种组分，或者出现未反应和不完全反应的情况，从而对最终材料的质量和性能产生负面影响。

因此，确定合理的配比是制备前驱体的重要步骤之一制备方法也是影响前驱体制备的关键因素之一、常见的前驱体制备方法包括溶液法、固相法、气相法等。

不同的制备方法对前驱体的形貌、尺寸、晶体结构和结构完整性都会产生重要影响。

选择合适的制备方法对于获得高质量的前驱体至关重要。

例如，溶液法可以通过控制溶液的pH、温度和浓度等参数来控制前驱体的形貌和结晶程度。

而固相法则可以通过控制热处理的温度和时间来促进晶体生长和相互作用。

因此，选择合适的制备方法对于成功制备前驱体至关重要。

此外，溶剂的选择和处理也是影响前驱体制备的重要因素。

溶剂的选择和处理会影响前驱体的形貌、结晶度和纯度等，直接影响最终材料的质量和性能。

选择合适的溶剂可以提供合适的溶解度和离子交换，促进前驱体的形成和生长。

同时，处理溶剂也可以消除其中的杂质和有机物，提高前驱体的纯度和结晶度。

综上所述，影响三元材料前驱体制备的因素包括材料选择、配比、制备方法和溶剂的选择和处理等。

三元材料前驱体制备影响因素三元材料是一种由三种不同金属元素组成的材料，具有广泛的应用潜力。

为了制备三元材料，研究人员通常使用前驱体法来合成，即通过反应前驱体得到所需的化合物或混合物。

影响三元材料前驱体制备的因素包括前驱体选择、反应条件和处理方法等。

首先，前驱体的选择对三元材料的制备至关重要。

适当选择前驱体可以实现所需的化学组成、晶体结构和形貌等。

常用的前驱体类型包括沉淀剂、金属盐、有机金属络合物和氧化物等。

沉淀剂通常用于制备金属氢氧化物或金属碳酸盐前驱体，而金属盐可用于直接制备金属氧化物前驱体。

有机金属络合物可以提供可溶性的前驱体，有助于制备纳米级的三元材料。

选择适当的前驱体可以控制所得材料的形貌和物理化学性质。

其次，反应条件对三元材料前驱体制备也有重要影响。

反应温度、反应时间和反应物浓度等参数会直接影响前驱体的形成和晶体结构的演变。

在制备过程中，适当的反应温度和反应时间可以促进前驱体的生成和相应化学反应的进行。

过高的温度可能导致前驱体的热分解或晶体生长过快，而过低的温度可能导致反应难以进行。

反应物浓度也对前驱体合成具有影响，过高的浓度可能导致反应物之间的竞争生成不同的产物，过低的浓度可能导致反应物无法充分反应。

此外，处理方法也是影响三元材料前驱体制备的重要因素。

处理方法通常包括溶液处理、溶胶-凝胶法、水热法和固相合成等。

溶液处理通常是将金属盐溶解在溶液中，并通过沉淀或配位反应形成前驱体。

溶胶-凝胶法通过溶胶的水解和凝胶的形成来制备前驱体。

水热法则是将反应物在高温高压的水热条件下反应，形成前驱体。

固相合成则是将固体反应物通过热处理或机械混合来生成前驱体。

不同的处理方法可以实现不同的前驱体合成路径和控制材料形貌。

综上所述，三元材料前驱体制备是一个复杂的过程，受到多个因素的影响。

适当选择前驱体、调控反应条件和选择合适的处理方法可以实现所需的三元材料合成。

未来的研究还需要进一步优化前驱体合成和制备工艺，以实现更高效、可控的三元材料合成。

一、概述NCA（镍钴铝）高镍三元正极材料是锂离子电池中常用的正极材料之一，具有高容量、高能量密度和较长循环寿命等优点。

其制备过程中，正极材料前驱体的制备方法对最终电池性能起着至关重要的作用。

本文将对NCA高镍三元正极材料前驱体的制备方法进行探讨。

二、溶胶-凝胶法制备NCA高镍三元正极材料前驱体1. 溶胶制备溶胶是指凝胶前的液态胶体溶液，通常由金属离子和有机物溶液组成。

在NCA高镍三元正极材料的制备中，首先需要制备含有镍、钴、铝等金属离子的溶胶。

通常选择硝酸盐、硫酸盐等金属盐作为金属离子的来源，通过溶解和配比制备得到所需的金属盐溶液。

2. 凝胶制备凝胶是指溶胶经过凝胶化过程形成的胶体凝胶体系。

将制备好的金属离子溶液与表面活性剂、络合剂等有机物混合，在适当的条件下（温度、pH值等）形成胶体凝胶。

凝胶的品质对最终材料的性能有着重要影响，因此在制备过程中需要严格控制凝胶的形成过程。

3. 凝胶成型通过旋涂、喷涂等方法将凝胶成型成片状结构，通常需要经过烘干等处理，得到NCA高镍三元正极材料前驱体。

三、固相反应法制备NCA高镍三元正极材料前驱体1. 配料在固相反应法中，通常选择氧化镍、氧化钴、氧化铝等作为原料。

按照一定的摩尔比进行混合，形成混合物作为前驱体的原料。

2. 粉磨经过混合的粉料需要进行机械粉磨处理，使其颗粒尺寸细化，有利于后续反应的进行。

3. 烧结将粉磨后的物料置于高温炉中进行烧结，通过一定的温度和时间进行热处理，使混合物发生固相反应，得到NCA高镍三元正极材料前驱体。

四、共沉淀法制备NCA高镍三元正极材料前驱体1. 配料将含有镍、钴、铝盐溶液用氢氧化钠等沉淀剂进行共沉淀反应，从而得到含有镍、钴、铝等金属离子的沉淀物。

2. 洗涤对得到的沉淀物进行洗涤处理，去除杂质离子和未反应的原料，得到较纯净的NCA高镍三元正极材料前驱体。

3. 干燥将洗涤后的NCA高镍三元正极材料前驱体进行适当的干燥处理，得到粉末状的前驱体物料。

高镍三元材料产业化进程中七大难点分析
 业内人士指出，高镍三元材料电池的安全性受正极材料制备、制造环境、生产设备、电芯制造工艺等多重因素影响。

高镍三元材料产业化进程中有七大难点。

 2018年是高镍811的元年，随着国家补贴政策直接与电池能量密度挂钩，三元电池特别是高能量密度的高镍811电池成为国内许多电池企业的必然的选择。

同时，伴随着钴价格的高涨，高镍811成为动力电池的发展趋势。

 目前，市场上主流正极材料：磷酸铁锂（LFP）、锰酸锂（LMO）和三元材料（NCM/NCA)。

 ▲动力电池能量密度示意图
 业内人士指出，高镍三元材料电池的安全性受正极材料制备、制造环境、生产设备、电芯制造工艺等多重因素影响。

高镍三元材料产业化进程中遇到很多难点问题。

总结一下，有七大难点:。

高镍三元前驱体工业化生产物料衡算罗忠源;刘勇;王晓非;熊学恒;曹雁冰【摘要】物料衡算是高镍三元前驱体制备过程中必不可少的过程,同时也是设备选型分析和工艺设计、优化的基础.以生产10 kt Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2前驱体为例,采用冶金平衡计算法则,对前驱体生产过程中原材料的用量以及各工序主要产品的产量与损失进行了计算.生产过程中,需要六水硫酸镍24429 t、七水硫酸钴3219 t、一水硫酸锰1876 t、氢氧化钠9619 t、浓氨水3150 m3、纯水96981 t.【期刊名称】《有色冶金设计与研究》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】4页(P18-21)【关键词】三元正极材料;前驱体;共沉淀法;物料衡算【作者】罗忠源;刘勇;王晓非;熊学恒;曹雁冰【作者单位】中机国际工程设计研究院有限责任公司,湖南长沙 410021;中机国际工程设计研究院有限责任公司,湖南长沙 410021;中机国际工程设计研究院有限责任公司,湖南长沙 410021;中机国际工程设计研究院有限责任公司,湖南长沙410021;中南大学冶金与环境学院,湖南长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TD6310 前言随着我国环保意识的提高以及可持续发展战略的深化，低碳、绿色生活深入人心。

近年来，在国家政策支持下，新能源汽车由于其环境友好、效率高等优点，取得了巨大发展。

尤其以锂离子电池为动力的电池领域，在我国逐渐拥有一批行业龙头企业，在国际舞台已体现出一定的竞争优势。

2017年，新能源汽车市场占有率达到2.7%，带动了动力锂离子电池行业的进一步发展。

同时，随着新能源汽车产业发展壮大，以及国家扶持与补贴政策门槛的提高，也加速了行业洗牌，低续航新能源汽车面临淘汰，这促使动力锂离子电池朝高容量方向发展。

高镍三元正极材料具有高容量、循环性能较好等优点[1-2]，预计今后会成为市场主流。

其中，前驱体制备的优劣直接影响高镍正极材料成品的性能。

三元材料前驱体制备影响因素众所周知，前驱体对三元材料的生产至关重要，因为前驱体的品质(形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等)直接决定了最后烧结产物的理化指标。

可以这么说，三元材料60%的技术含量在前驱体工艺里面。

国内三元材料厂商无论在技术上和产能上都与优美科等日韩厂家尚存一定的差距。

前驱体在三元材料产业链中占据重要位置，具有较高的技术壁垒，并对三元材料的品质有重要影响，且为非标定制的产品，因此，自产前驱体的厂商在技术升级的竞赛中更具优势。

目前，国内主要的三元前驱体生产企业有：赣锋锂业：2013年1.75亿投向年产4500吨新型三元前驱体材料项目，项目达产后，年均新增销售收入3.46亿，年均净利润3705.93万元。

红星发展：公司申请的《三元正极材料前驱体的制备方法》获得了发明专利授权，但公司未进行锂离子电池三元正极材料及前驱体的生产。

当升科技：公司专业从事包括多元材料、钴酸锂等锂电正极材料，以及四氧化三钴、多元材料前驱体等前驱体材料的研发与销售。

格林美：以荆门格林美为主体，拟投资9500万元建设年产3000吨动力电池用镍钴锰前驱体材料生产线，目前，公司主要生产镍钴锰前驱体材料。

道氏技术：公司，主要进行锂离子动力电池三元前驱体材料、锂离子动力电池锂、镍、钴等回收再利用及新能源材料研究。

河南科隆集团：创立于1993年，电池材料主要产品为球形氢氧化镍、球形磷酸铁、磷酸铁锂、多元素锂电正极材料、锰酸锂前驱体、三元锂电前驱体。

新乡天力能源：成立于1983年，现公司主要产品为镍钴锰酸锂三元材料、镍钴锰酸锂三元前驱体、锌粉。

宁夏东方钽业：主营产品为电容器级钽粉、球形氢氧化镍、三元材料前驱体等。

都说三元材料前驱体技术壁垒高，其制备影响因素都有哪些？以合成Ni1/3Co1/3（OH）2为例，镍钴锰氢氧化物溶度积小，沉淀速率快，溶液过饱和度高，晶体成核快，容易形成胶体沉淀，形貌不易控制，而且Mn(OH)2溶度积较另外两种氢氧化物大两个数量级，采用镍钴锰金属盐与碱直接反应难于合成具有球形形貌前驱体，实现均匀的共沉淀，因此在氢氧化物前驱体的合成时，需控制反应体系中沉淀离子的过饱和度、PH值、氨水浓度、温度、搅拌、速率等。

三元材料前驱体制备影响因素众所周知，前驱体对三元材料的生产至关重要，因为前驱体的品质(形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等)直接决定了最后烧结产物的理化指标。

可以这么说，三元材料60%的技术含量在前驱体工艺里面。

国内三元材料厂商无论在技术上和产能上都与优美科等日韩厂家尚存一定的差距。

前驱体在三元材料产业链中占据重要位置，具有较高的技术壁垒，并对三元材料的品质有重要影响，且为非标定制的产品，因此，自产前驱体的厂商在技术升级的竞赛中更具优势。

目前，国内主要的三元前驱体生产企业有：赣锋锂业：2013年1.75亿投向年产4500吨新型三元前驱体材料项目，项目达产后，年均新增销售收入3.46亿，年均净利润3705.93万元。

红星发展：公司申请的《三元正极材料前驱体的制备方法》获得了发明专利授权，但公司未进行锂离子电池三元正极材料及前驱体的生产。

当升科技：公司专业从事包括多元材料、钴酸锂等锂电正极材料，以及四氧化三钴、多元材料前驱体等前驱体材料的研发与销售。

格林美：以荆门格林美为主体，拟投资9500万元建设年产3000吨动力电池用镍钴锰前驱体材料生产线，目前，公司主要生产镍钴锰前驱体材料。

道氏技术：公司，主要进行锂离子动力电池三元前驱体材料、锂离子动力电池锂、镍、钴等回收再利用及新能源材料研究。

河南科隆集团：创立于1993年，电池材料主要产品为球形氢氧化镍、球形磷酸铁、磷酸铁锂、多元素锂电正极材料、锰酸锂前驱体、三元锂电前驱体。

新乡天力能源：成立于1983年，现公司主要产品为镍钴锰酸锂三元材料、镍钴锰酸锂三元前驱体、锌粉。

宁夏东方钽业：主营产品为电容器级钽粉、球形氢氧化镍、三元材料前驱体等。

都说三元材料前驱体技术壁垒高，其制备影响因素都有哪些？以合成Ni1/3Co1/3（OH）2为例，镍钴锰氢氧化物溶度积小，沉淀速率快，溶液过饱和度高，晶体成核快，容易形成胶体沉淀，形貌不易控制，而且Mn(OH)2溶度积较另外两种氢氧化物大两个数量级，采用镍钴锰金属盐与碱直接反应难于合成具有球形形貌前驱体，实现均匀的共沉淀，因此在氢氧化物前驱体的合成时，需控制反应体系中沉淀离子的过饱和度、PH值、氨水浓度、温度、搅拌、速率等。

高镍三元正极材料产业化过程中的难点问题探讨高镍三元正极材料产业化过程中的难点问题探讨来源：钜大LARGE 2019-04-27 点击量：650次在锂电池领域，正极材料市场规模是最大的，预计到2020年，大约达到800亿元的市场规模。

据2018年锂电池装机来看，主要以三元为主，占比58%以上；其次是磷酸铁锂，占比39%。

目前已经商业化的动力电池正极材料，主要是三元系和磷酸铁锂。

高镍三元正极材料产业化过程中的难点问题探讨——中南大学胡国荣2019第四届新型电池正负极材料国际论坛中，高镍三元是个热点。

其实目前国内高镍三元真正做得好的企业不是很多。

高镍三元产业化还存在很多问题，在这里根据我的一些经验，跟大家一起分享。

本文主要讨论高镍三元材料产业化过程中的难点。

1合成技术难点1.1前驱体合成技术难点前驱体的元素成分、形貌、粒径及分布、振实密度、比表面积等对烧结合成后的材料影响很大。

因此，各家生产企业做出的材料的指标都有一些差异，要做到指标完全一致是有难度的。

三元材料的合成主要有两种方法：一是控制结晶沉淀法，这是最常见的方法，90%都用这种方法。

二是喷雾热解法，也有少数企业用，像华友钴业，用氯化钴经喷雾热解得到四氧化三钴。

国内有企业正在开发用镍钴锰的氯化物进行喷雾热解得到三元材料。

这样的前驱体合成方法目前还处于实验阶段，主要的问题是存在氧化物的空心化、振实密度偏低，和设备投资大等问题。

1.2原材料的预处理难点Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)最好能预先进行高温脱水处理，生成氧化物。

预处理温度要合适，否则颗粒容易爆裂。

预处理窑炉选型要合理，否则增加磁性异物含量。

LiOH·H2O生产厂家通过浓缩结晶得到的氢氧化锂颗粒比较粗，要进行粉碎处理，粉碎过程中要避免与二氧化碳接触，否则会有部分氢氧化锂转化为碳酸锂。

因此氢氧化锂粉碎宜采用机械粉碎且需要采用循环风，最好能控制湿度，去除二氧化碳。

1.3烧结难点目前合成高镍三元材料的方法主要是高温固相烧结法，这种方法存在的问题是：A.三元材料在Ni的三价和四价情况下，Ni的热力学很不稳定，Ni3+/4+与氧有能带重叠，氧气容易液化出来。

⾼镍三元材料前驱体的制备与研究前驱体技术占到三元材料的技术含量有50%以上，⾼镍三元材料的开发离不开⾼镍三元前驱体的推动。

当升材料副总经理陈彦彬曾说过：“当前三元材料的很⼤的⼀个问题就是因团聚体颗粒的断裂、粉化所产⽣的‘孤岛’颗粒，不仅不能参与充放电过程，⽽且形成的裂缝新界⾯还会发⽣更多的副反应，这些会导致锂电池综合性能的下降。

要想有稳定的颗粒结构和优秀的综合性能，就要从前驱体开始进⾏全流程系统设计。

“⼆⼗年前，清华⼤学研究团队从锂离⼦电池正极材料加⼯性能和电池性能的⾓度出发，提出了控制结晶制备⾼密度球形前驱体的技术，结合后续固相烧结⼯艺，提出了制备含锂电极材料的产业技术。

控制结晶⽅法制备前驱体，可以在晶胞结构、⼀次颗粒组成与形貌、⼆次颗粒粒度与形貌，以及颗粒表⾯化学四个层⾯对材料的性能进⾏调控与优化。

三元材料的性能很⼤程度上取决于前驱体的性能，前驱体对三元正极材料有哪些⽅⾯的影响呢？前驱体对三元正极材料的影响主要表现在以下⼏个⽅⾯：⾸先，控制结晶⽅法制备三元材料前驱体，可以在晶胞结构、⼀次颗粒组成与形貌、⼆次颗粒粒度与形貌，以及颗粒表⾯化学四个层⾯对材料的性能进⾏调控与优化。

其次，前驱体粒径⼤⼩、粒径分布直接决定三元正极粒径⼤⼩、粒径分布；前驱体⽐表⾯积、形貌直接决定单元正极⽐表⾯积、形貌。

再次，三元前驱体元素配⽐直接决定三元正极元素配⽐。

最后，前驱体杂质（如残留碱）会带⼊正极材料，影响正极杂质含量。

共沉淀法是制备镍钴锰氢氧化物的常⽤⽅法，为了更好的理解三元材料前驱体的⽣长机理，下⾯简单的介绍镍、钴、锰氢氧化物形成过程。

共沉淀法制备前驱体是将镍盐、钴盐、锰盐配置成可溶性的混合溶液，然后与氨，碱混合，通过控制反应条件形成类球形氢氧化物，反应⽅程式如下：M + nNH3 →[M(NH3)n]2+ （1）[M(NH3)n]2+ +2OH- →M(OH)2+nNH3 （2）其中M—代表Ni、Co、Mn⾦属元素。

胡国荣，男，1963年6月2日生，博士，现任中南大学冶金与环境学院教授，博士生导师，先进电池材料教育部工程研究中心技术委员会副主任，中国化学与物理电源协会常务理事，《电源技术》，《锂电池专讯》杂志编委。

曾任湖南瑞翔新材料股份有限公司首席科学家，广州锂宝新材料有限公司首席科学家。

主要从事锂电池正极材料的研发及产业化。

迄今已发表科研论文300余篇，申请和授权发明专利50余项，其科研成果孵化出锂电池正极材料企业多家。

主持和参加国家及省部级科研项目20余项。

曾获国务院政府特殊津贴专家，湖南省科技进步一等奖(排名第一)，山东省科技进步二等奖(排名第一)，长沙市十大青年创新人才，湖南省青年创业优秀奖等多项荣誉。

1锂离子电池及正极材料的应用市场1.1锂离子电池市场锂离子电池的应用市场主要包括新能源汽车、储能领域及消费类电子产品等三大领域。

从2017年下半年开始世界许多国家纷纷表态停止销售燃油车，各自公布了禁售燃油车时间表，其中包含了法国，德国，英国等汽车文化历史悠久的国家。

中国工信部也启动了相关研究，开始制定燃油车禁售时间表。

预计到2025年，我国新能源车的销量会达到汽车总销售量的五分之一。

动力电池的规模化发展正带动储能系统成本快速下降，储能电池产业也开启了规模化应用，受益于家庭储能、电信基站、风能、太阳能等新兴能源储能需求，2020年储能类市场将达1000亿元以上。

受5G 通讯、大数据、云计算、物联网等信息技术与工业不断创新融合，全球消费类电子产品对锂离子电池的需求巨大。

1.2锂离子电池正极材料市场正极材料是锂离子电池的核心关键材料，锂电池正极材料保持高速增长，并逐渐向三元材料等高比能量材料发展。

2020年中国正极材料市场规模达到800亿元以上，据高工锂电统计，预计到2020年中国正极材料总产量将达到40万吨以上，其中三元材料总量将超过20万吨。

从各类型锂离子电池来看，2018年NCM 三元电池实现装机占比为58.17%，占据第一位。