一、工艺前准备：原料混合与预处理

1. 原料选择与配比

• 核心原料：镍钴锰氢氧化物前驱体（NCM (OH)₂）、锂源（碳酸锂 Li₂CO₃或氢氧化锂 LiOH・H₂O，高镍材料更倾向于 LiOH・H₂O，因其反应活性更高）。

• 配比原则：根据目标三元材料的化学计量比（如 NCM811 为 LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂），计算锂与过渡金属的摩尔比（Li/M，通常为 1.02~1.10，过量锂可补偿高温下的锂挥发）。

2. 混合与粉碎

• 采用机械混合设备（如犁刀混合机、球磨机）将前驱体与锂源充分混合，确保粒度均匀（D50 通常控制在 5~15μm），避免局部锂含量过高或过低。

• 混合后物料需干燥（水分＜0.5%），防止高温下水分蒸发导致物料飞溅或反应不均匀。

二、回转炉内核心工艺：煅烧反应阶段

1. 预热段（温度：200~500℃）

• 作用：去除物料中的物理水和结晶水（如前驱体中的结晶水、锂源表面吸附水），同时使碳酸锂（若使用）初步分解为 Li₂O 和 CO₂（Li₂CO₃ → Li₂O + CO₂↑）。

• 控制要点：升温速率不宜过快（通常 5~10℃/min），避免水分急剧蒸发导致物料结块或炉内压力波动。

2. 反应段（温度：700~1000℃，核心阶段）

• 作用：Li⁺从锂源中释放并扩散进入前驱体的晶格，与 Ni、Co、Mn 离子发生固相反应，形成层状 α-NaFeO₂型晶体结构（这是三元材料具有高比容量的关键结构）。

• 关键参数：

• 温度：中镍材料（如 NCM523）通常在 800~900℃，高镍材料（如 NCM811）需稍低（750~850℃，避免 Ni³⁺过度氧化或锂挥发）。

• 保温时间：2~10 小时（根据材料类型调整，高镍材料反应更快，时间可缩短），确保 Li⁺充分扩散，晶体结构稳定。

• 气氛：全程通入惰性气体（氮气或氩气），控制氧含量＜100 ppm（高镍材料需＜50 ppm），防止 Ni²⁺被氧化为 Ni³⁺导致晶格畸变。

3. 冷却段（温度：500℃降至室温）

• 作用：使生成的三元材料缓慢冷却，减少内应力，避免晶体结构因骤冷而坍塌。

• 控制要点：冷却速率通常＜5℃/min，且需维持惰性气氛直至温度降至 200℃以下，防止材料在高温下接触空气被氧化。

三、工艺关键参数控制

四、煅烧后处理

1. 破碎与筛分：煅烧后的材料可能存在团聚，需通过颚式破碎机或气流粉碎机破碎，再筛分至目标粒度（D50 通常为 8~12μm）。

2. 除铁与提纯：使用磁选机去除生产过程中引入的铁杂质（铁含量需＜50 ppm，避免影响电池安全性）。

3. 理化性能检测：检测晶体结构（XRD）、粒度分布（激光粒度仪）、振实密度、元素含量等，确保符合标准。

工艺难点与优化方向

• 高镍材料的气氛敏感性：NCM811 等材料中 Ni²⁺易被氧化，需通过炉体密封升级（如采用双端面机械密封）和在线氧含量监测（精度达 1 ppm），严格控制气氛。

• 避免锂挥发与黏壁：通过分段控温（反应段中心温度略高，边缘略低）和炉壁喷涂抗黏结涂层（如氧化锆），减少锂损失和结垢。

• 批次一致性：采用自动化进料系统（如失重式喂料机）控制进料量稳定性，结合炉内多点温度监测，确保不同批次材料性能差异＜3%。