目前主要的正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等幾種。其中磷酸鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)，具有先天性的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定特性，特別是在安全性和循環(huán)性能等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。

磷酸鐵鋰電池示意圖

目前市場(chǎng)上銷售的磷酸鐵鋰產(chǎn)品不同批次性能相差比較大，而采用“兩步法”的生產(chǎn)工藝，則具有生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定、所制備的產(chǎn)品振實(shí)密度高、比表面積小等特點(diǎn)。

磷酸鐵鋰的“兩步法”生產(chǎn)工藝流程圖

根據(jù)對(duì)生產(chǎn)工藝的研究，產(chǎn)品一致性差主要跟原材料的控制、燒結(jié)工藝以及產(chǎn)物的后續(xù)處理工藝有關(guān)。

磷酸鐵鋰的燒結(jié)及設(shè)備

磷酸鐵鋰的燒結(jié)分為預(yù)燒和第二次燒結(jié)，相對(duì)于磷酸鐵鋰制備的第二步燒結(jié)工藝，第一步預(yù)燒工藝更加困難，主要是因?yàn)椋?/span>

（1）在預(yù)燒過(guò)程中，物料反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的氨氣、二氧化碳和水蒸氣，這種混合廢氣會(huì)對(duì)爐膛材料和加熱元件產(chǎn)生腐蝕作用，氣味刺鼻，不允許直接排放。

（2）物料在100℃以上就必須嚴(yán)格控制氧含量小于10×10–5，以防止二價(jià)鐵氧化，要求爐體加熱時(shí)密封良好。

（3）為使物料充分反應(yīng)，一是對(duì)預(yù)燒的溫度均勻度有要求，一般控制在±5℃左右；二是裝料不能過(guò)厚過(guò)密，防止內(nèi)部反應(yīng)不完全，廢氣排出受阻。

（4）預(yù)燒工藝要求物料反應(yīng)完成后，快速升溫至600℃左右，然后在盡可能短的時(shí)間內(nèi)降到室溫出爐。

目前，磷酸鐵鋰材料的制備已從最初的間歇式設(shè)備（如氣氛保護(hù)鐘罩爐、氣氛保護(hù)箱式爐等）發(fā)展為連續(xù)性設(shè)備。例如：推板窯、鋼帶爐、回轉(zhuǎn)窯等。在磷酸鐵鋰生產(chǎn)中，氧含量和水含量是必須要穩(wěn)定控制的，雖然回轉(zhuǎn)窯密閉性好，但是排氣不好，窯爐內(nèi)容易累積水蒸氣，這些水蒸汽不可避免地會(huì)擴(kuò)散到高溫還原區(qū)，并會(huì)消耗產(chǎn)品中的碳，因此采用回轉(zhuǎn)窯設(shè)備很難將產(chǎn)品做穩(wěn)定，相對(duì)而言，推板窯和鋼帶爐比較適合作為磷酸鐵鋰的煅燒設(shè)備。

管式回轉(zhuǎn)爐

回轉(zhuǎn)窯爐

優(yōu)勢(shì)：連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量大。

缺點(diǎn)：爐管內(nèi)部摩擦因素不同，不同顆粒粉末在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡也不同，物料在爐內(nèi)分布不均，帶的熱量大小不一且行程各有長(zhǎng)短，造成爐管內(nèi)不同位置點(diǎn)的溫度差異，影響材料的性能。并且在高溫下粉末容易粘附在爐管內(nèi)壁，出現(xiàn)粉末粒度不均勻情況。

氮?dú)庋�環(huán)廂式爐

氮?dú)庋�環(huán)廂式爐工作原理圖

特點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，該設(shè)備穩(wěn)定可靠。單臺(tái)成本40萬(wàn)元，保溫功率25kW，年維修費(fèi)用低于1000元。在爐體結(jié)構(gòu)、制造成本、生產(chǎn)費(fèi)效比上都具有很大的優(yōu)勢(shì)，它甚至可作為磷酸鐵鋰的后道燒結(jié)設(shè)備使用。

推板窯爐

磷酸鐵鋰材料的性能很容易受到材料組分結(jié)構(gòu)的影響，為了防止二價(jià)鐵的氧化并實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，磷酸鐵鋰的煅燒合成中多采用氮?dú)鈿夥者M(jìn)行保護(hù)。

全自動(dòng)氣氛保護(hù)鋰電池材料燒結(jié)推板窯爐

氮?dú)馔瓢鍫t的機(jī)械結(jié)構(gòu)：

采用全新液壓推進(jìn)機(jī)構(gòu)的氮?dú)獗Ｗo(hù)推板爐主要由置換氣室、爐膛溫區(qū)、回推滾道、液壓推進(jìn)系統(tǒng)、密封裝置、氣氛管路、水路、電氣控制柜組成。整個(gè)設(shè)備控制系統(tǒng)為自動(dòng)運(yùn)行，只需把需燒結(jié)的磷酸鐵鋰粉料置于滾道上，設(shè)備自動(dòng)將粉料送進(jìn)氣室置換，置換完畢后送進(jìn)爐膛進(jìn)行氣氛保護(hù)燒結(jié)，最后在計(jì)量好的工藝時(shí)間內(nèi)自動(dòng)把燒成的粉料送出爐膛，且出爐的粉料溫度在50℃以下，保證粉料出爐后不被空氣氧化。

氮?dú)馔瓢鍫t的控制系統(tǒng)：

窯爐的控制系統(tǒng)由溫度控制系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)，爐膛氣氛控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四大部分組成。

推板爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

氮?dú)馔瓢鍫t的主要特點(diǎn)：

（1）控溫采用先進(jìn)的PID控制算法儀表，溫度控制精度高，減小了爐膛溫度的波動(dòng)。

（2）爐膛氧含量控制在20×10-6以下。

（3）設(shè)備采用液壓系統(tǒng)控制推進(jìn)速度，速度平滑穩(wěn)定，有效地解決了電動(dòng)推桿推力過(guò)小的不足。

（4）設(shè)備在保溫過(guò)程中能耗較低，保溫功率只有滿功率的50%左右。

（5）整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，可以連續(xù)放料和出料，能保證產(chǎn)量。

（6）計(jì)算機(jī)全程記錄各個(gè)溫區(qū)參數(shù)、推進(jìn)速度，記錄爐子運(yùn)行狀態(tài)，以便查詢。

（7）窯爐生產(chǎn)時(shí)為全自動(dòng)運(yùn)行，檢修時(shí)候可以切換到手動(dòng)運(yùn)行。

鋼帶窯爐

特點(diǎn)：

• 無(wú)人工干預(yù)，鋪料均勻，溫度場(chǎng)穩(wěn)定；
• 無(wú)舟皿裝料無(wú)燒結(jié)或還原死角，氣氛均勻；
• 溫度控制精確，分布均勻，質(zhì)量穩(wěn)定可靠；
• 自動(dòng)化程度高，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人工成本；
• 鋼帶傳熱快，接近鋼帶物料層過(guò)熱，出現(xiàn)物料垂直方向加熱不均勻現(xiàn)象，可通過(guò)調(diào)節(jié)鋪料厚度與控制帶速等工藝參數(shù)來(lái)解決；
• 采用二段式合成時(shí)，F(xiàn)e2+不容易被氧化，基本無(wú)雜相，產(chǎn)品均一，性能穩(wěn)定可靠。