電氣設(shè)備行業(yè)高鎳三元正極研究（二）：掘金三元前驅(qū)體巨頭正在形成

1、 目錄 HYPERLINK l _bookmark0 一、三元前驅(qū)體是什么1 HYPERLINK l _bookmark5 二、三元前驅(qū)體合成工藝復(fù)雜3 HYPERLINK l _bookmark9 氨水濃度5 HYPERLINK l _bookmark13 pH 值7 HYPERLINK l _bookmark17 反應(yīng)溫度8 HYPERLINK l _bookmark20 不同組分前驅(qū)體的反應(yīng)控制10 HYPERLINK l _bookmark22 反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)氣氛11 HYPERLINK l _bookmark25 其他影響前驅(qū)體反應(yīng)過程的變量12 HYPERLINK l _bookm

2、ark30 反應(yīng)條件控制精度14 HYPERLINK l _bookmark33 前驅(qū)體核心檢測指標(biāo)15 HYPERLINK l _bookmark35 三、前驅(qū)體核心設(shè)備有哪些16 HYPERLINK l _bookmark56 四、為什么三元前驅(qū)體很重要22 HYPERLINK l _bookmark57 三元前驅(qū)體直接決定正極材料核心電化學(xué)性能22 HYPERLINK l _bookmark61 新型三元正極材料有待前驅(qū)體不斷突破24 HYPERLINK l _bookmark68 五、哪些企業(yè)值得關(guān)注28 HYPERLINK l _bookmark69 三元前驅(qū)體集中度持續(xù)提升，議價(jià)能

3、力好于下游28 HYPERLINK l _bookmark78 受益于新能源汽車?yán)瓌?dòng)，三元前驅(qū)體長期需求無憂30 HYPERLINK l _bookmark81 推薦標(biāo)的32圖表目錄 HYPERLINK l _bookmark1 圖表 1： 三元前驅(qū)體材料所在產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D1 HYPERLINK l _bookmark2 圖表 2： 前驅(qū)體及正極反應(yīng)方程式1 HYPERLINK l _bookmark3 圖表 3： 按粒徑分前驅(qū)體種類2 HYPERLINK l _bookmark4 圖表 4： 按元素摩爾比分前驅(qū)體種類2 HYPERLINK l _bookmark6 圖表 5： 常見氫氧化物前驅(qū)

4、體制備工藝流程圖（間歇法）3 HYPERLINK l _bookmark7 圖表 6： 常見氫氧化物前驅(qū)體制備工藝流程圖（連續(xù)法）4 HYPERLINK l _bookmark8 圖表 7： 影響前驅(qū)體理化性能的工藝參數(shù)眾多4 HYPERLINK l _bookmark10 圖表 8： 不同氨濃度高鎳前驅(qū)體產(chǎn)品的 SEM 圖（左：氨含量 2g/L，右：氨含量 7g/L）5 HYPERLINK l _bookmark11 圖表 9： 提升氨水濃度導(dǎo)致鎳含量下降6 HYPERLINK l _bookmark12 圖表 10： 氨水濃度對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)6 HYPERLINK l _

5、bookmark14 圖表 11： 不同 PH 下反應(yīng)制得前驅(qū)體形貌7 HYPERLINK l _bookmark15 圖表 12： 不同形貌一次顆粒團(tuán)聚成二次顆粒 SEM 圖7 HYPERLINK l _bookmark16 圖表 13： PH 值對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)8 HYPERLINK l _bookmark18 圖表 14： 低溫下一次顆粒細(xì)小而致密，高溫下一次顆粒粗大（左邊為 50 度，右邊為 60 度）9 HYPERLINK l _bookmark19 圖表 15： 溫度對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)10 HYPERLINK l _bookmark21 圖表 16

6、： 高鎳型前驅(qū)體需要PH 和氨水濃度更高10 HYPERLINK l _bookmark23 圖表 17： 振實(shí)密度隨反應(yīng)時(shí)間變長逐漸提升11 HYPERLINK l _bookmark24 圖表 18： 無氮?dú)獗Ｗo(hù)導(dǎo)致前驅(qū)體呈現(xiàn)形貌大小不一的團(tuán)聚體11 HYPERLINK l _bookmark26 圖表 19： 固含量提升使得前驅(qū)體形貌更規(guī)則、二次顆粒表面更致密12 HYPERLINK l _bookmark27 圖表 20： 固含量對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)12 HYPERLINK l _bookmark28 圖表 21： 攪拌速度越低前驅(qū)體二次顆粒粒徑越大13 HYPERLIN

7、K l _bookmark29 圖表 22： 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)14 HYPERLINK l _bookmark31 圖表 23： 溫度控制工藝15 HYPERLINK l _bookmark32 圖表 24： 分程溫度控制方法15 HYPERLINK l _bookmark34 圖表 25： 前驅(qū)體產(chǎn)品檢測指標(biāo)示例15 HYPERLINK l _bookmark36 圖表 26： 前驅(qū)體生產(chǎn)線示意圖（間歇法為例）16 HYPERLINK l _bookmark37 圖表 27： 前驅(qū)體反應(yīng)釜示意圖一17 HYPERLINK l _bookmark38 圖表 28： 前

8、驅(qū)體反應(yīng)釜示意圖二17 HYPERLINK l _bookmark39 圖表 29： 反應(yīng)釜常見指標(biāo)及參數(shù)17 HYPERLINK l _bookmark40 圖表 30： 某廠家反應(yīng)釜容積與產(chǎn)能17 HYPERLINK l _bookmark41 圖表 31： 壓濾機(jī)18 HYPERLINK l _bookmark42 圖表 32： 離心機(jī)工作原理圖18 HYPERLINK l _bookmark43 圖表 33： 微孔過濾機(jī)18 HYPERLINK l _bookmark44 圖表 34： 過濾洗滌二合一設(shè)備19 HYPERLINK l _bookmark45 圖表 35： 4 種前驅(qū)體過

9、濾洗滌設(shè)備的主要優(yōu)勢和劣勢對(duì)比19 HYPERLINK l _bookmark46 圖表 36： 熱風(fēng)循環(huán)烘箱20 HYPERLINK l _bookmark47 圖表 37： 熱風(fēng)循環(huán)烘箱工作原理圖20 HYPERLINK l _bookmark48 圖表 38： 盤式干燥機(jī)20 HYPERLINK l _bookmark49 圖表 39： 盤式干燥機(jī)工作原理圖20 HYPERLINK l _bookmark50 圖表 40： 轉(zhuǎn)筒干燥器工作原理圖20 HYPERLINK l _bookmark51 圖表 41： 閃蒸干燥機(jī)21 HYPERLINK l _bookmark52 圖表 42：

10、閃蒸干燥機(jī)工作原理圖21 HYPERLINK l _bookmark53 圖表 43： 4 種前驅(qū)體干燥設(shè)備的主要優(yōu)勢和劣勢對(duì)比21 HYPERLINK l _bookmark54 圖表 44： 前驅(qū)體生產(chǎn)線設(shè)備投資構(gòu)成22 HYPERLINK l _bookmark55 圖表 45： 部分上市公司前驅(qū)體項(xiàng)目設(shè)備投資測算22 HYPERLINK l _bookmark58 圖表 46： 前驅(qū)體粒徑大小決定正極材料粒徑23 HYPERLINK l _bookmark59 圖表 47： 大小顆粒正極電化學(xué)性能對(duì)比23 HYPERLINK l _bookmark60 圖表 48： 前驅(qū)體比表面積直接

11、影響正極材料晶型以及容量、倍率性能24 HYPERLINK l _bookmark62 圖表 49： 普通多晶/二次球正極材料25 HYPERLINK l _bookmark63 圖表 50： 單晶型正極材料25 HYPERLINK l _bookmark64 圖表 51： 磁性異物導(dǎo)致鋰電池自放電示意圖26 HYPERLINK l _bookmark65 圖表 52： 核殼型前驅(qū)體及三元正極結(jié)構(gòu)示意圖27 HYPERLINK l _bookmark66 圖表 53： 梯度結(jié)構(gòu)型前驅(qū)體示意圖27 HYPERLINK l _bookmark67 圖表 54： 放射狀三元前驅(qū)體結(jié)構(gòu)示意圖27 HY

12、PERLINK l _bookmark70 圖表 55： 2016-2018 年三元前驅(qū)體產(chǎn)量與增長率（萬噸）28 HYPERLINK l _bookmark71 圖表 56： 2016-2018 年國內(nèi)前驅(qū)體前三甲產(chǎn)量占比28 HYPERLINK l _bookmark72 圖表 57： 2016-2018 年國內(nèi)三元正極前三甲出貨量占比28 HYPERLINK l _bookmark73 圖表 58： 2018 年國內(nèi)前驅(qū)體企業(yè)出貨量分布29 HYPERLINK l _bookmark74 圖表 59： 2015-2018 年主要企業(yè)前驅(qū)體毛利率走勢29 HYPERLINK l _book

13、mark75 圖表 60： 2015-2018 年主要企業(yè)三元正極毛利率走勢29 HYPERLINK l _bookmark76 圖表 61： 2017、2018 年底主要企業(yè)前驅(qū)體產(chǎn)能分布29 HYPERLINK l _bookmark77 圖表 62： 國內(nèi)主要前驅(qū)體企業(yè)與其部分主要客戶30 HYPERLINK l _bookmark79 圖表 63： 國內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量預(yù)測31 HYPERLINK l _bookmark80 圖表 64： 國內(nèi)及全球三元前驅(qū)體需求預(yù)測32一、三元前驅(qū)體是什么三元前驅(qū)體材料是鎳鈷錳氫氧化物，化學(xué)式為 NixCoyMn(1-x-y)(OH)2，是生產(chǎn)三元正極

14、材料的重要上游材料， 通過與鋰源（NCM333、NCM523、NCM622 用碳酸鋰，NCM811、NCA 用氫氧化鋰）混合后燒結(jié)制得三元正極成品。三元正極材料是制作鋰電池的關(guān)鍵性材料之一，其終端下游包括新能源汽車、儲(chǔ)能、電動(dòng)工具以及 3C 電子產(chǎn)品等。圖表1： 三元前驅(qū)體材料所在產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D資料來源： 前驅(qū)體的反應(yīng)是濕法鹽堿中和反應(yīng)，前驅(qū)體與鋰源反應(yīng)是火法固相反應(yīng)，以低鎳正極為例，全流程反應(yīng)方程式如下：圖表2： 前驅(qū)體及正極反應(yīng)方程式前驅(qū)體反應(yīng)x NiSO46H2O + y CoSO47H2O + z MnSO4H2O + 2 NaOH NixCoyMnz(OH)2 + Na2SO4 + (

15、6x+7y+z) H2O正極反應(yīng)NixCoyMnz(OH)2 +0.5Li2CO3+0.25O2 LiNixCoyMnzO2 + 0.5CO2 + H2O資料來源： 三元前驅(qū)體的生產(chǎn)具有高度定制化的特點(diǎn)，其元素配比、形貌、粒徑等組合不一。按粒徑大小分，前驅(qū)體可分為小顆粒前驅(qū)體、中顆粒前驅(qū)體、大顆粒前驅(qū)體，一般小顆粒前驅(qū)體粒徑分布在 35 微米，由于其在混鋰燒結(jié)步驟所需溫度相對(duì)較低，出于成本角度考慮多用于制作需要燒結(jié)溫度更高的單晶型三元正極材料（相同元素配比、粒徑大小，單晶三元正極燒結(jié)溫度比普通型要高 100200 度）；中顆粒前驅(qū)體一般在 68 微米；大顆粒前驅(qū)體粒徑一般在 10 微米以上，其

16、混鋰燒結(jié)步驟所需溫度更高，出于成本角度考慮一般用于制作多晶/二次球三元正極材料。按元素摩爾比分，前驅(qū)體可分為 111 型、523 型、622 型、811 型以及 NCA 型，或高鎳型、低鎳型。圖表3： 按粒徑分前驅(qū)體種類資料來源：知網(wǎng)、 圖表4： 按元素摩爾比分前驅(qū)體種類資料來源： 二、三元前驅(qū)體合成工藝復(fù)雜三元前驅(qū)體生產(chǎn)的主要流程如圖所示，主要原料包含硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳和氫氧化鈉，為了避免金屬離子被氧化，整個(gè)前驅(qū)體制備過程需要在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行。主要流程包括：前處理：將鹽配置成一定濃度的混合鹽溶液，將氫氧化鈉配制成一定摩爾濃度的堿液，并使用一定濃度的氨水作為絡(luò)合劑；反應(yīng)：將過濾除

17、雜后的鹽溶液、堿溶液、絡(luò)合劑以一定的流量加入反應(yīng)釜，在合適的反應(yīng)條件下進(jìn)行反 應(yīng)生成三元前驅(qū)體晶核并逐漸長大；后處理：當(dāng)粒度到達(dá)預(yù)定值后，將反應(yīng)漿料過濾、洗滌、干燥，得到三元前驅(qū)體。前驅(qū)體生產(chǎn)工藝可分為間歇法和連續(xù)法兩種。間歇法在反應(yīng)過程中，反應(yīng)漿料通過溢流管不斷溢出到濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮，清液濾掉進(jìn)行廢水處理，物料則返回反應(yīng)釜讓晶體繼續(xù)長大，直至反應(yīng)釜內(nèi)前驅(qū)體粒徑達(dá)到要求， 然后轉(zhuǎn)去陳化釜靜置一段時(shí)間，以完善前驅(qū)體晶體結(jié)構(gòu)形貌，然后進(jìn)入后道過濾、洗滌、干燥、包裝流程。連續(xù)法則在反應(yīng)過程中，同時(shí)進(jìn)料和出料，反應(yīng)漿料通過溢流管不斷溢出到陳化釜，經(jīng)過陳化靜置，然后進(jìn)入后道過濾、洗滌、干燥、包裝流程。間歇

18、法生產(chǎn)前驅(qū)體粒徑分布極窄，連續(xù)法生產(chǎn)產(chǎn)能更高。間歇法生產(chǎn)物料在反應(yīng)釜內(nèi)停留時(shí)間較為均一， 生產(chǎn)出前驅(qū)體粒徑分布更窄，適用于生產(chǎn)高端型如高鎳、單晶型前驅(qū)體產(chǎn)品；但存在生產(chǎn)連續(xù)性差，批次穩(wěn)定性差缺點(diǎn)。連續(xù)法生產(chǎn)產(chǎn)率更高，相同容積反應(yīng)釜連續(xù)法生產(chǎn)產(chǎn)能約為間歇法產(chǎn)能兩倍，并且批次穩(wěn)定性好；但由于一邊進(jìn)料一邊出料，物料在反應(yīng)釜內(nèi)停留時(shí)間分布較寬，生產(chǎn)出的前驅(qū)體粒徑分布也更寬，尤其存在一些粒徑過小顆粒，在正極燒結(jié)過程中會(huì)導(dǎo)致過燒，從而影響正極品質(zhì)，目前主要用于生產(chǎn)中低端前驅(qū)體產(chǎn)品。圖表5： 常見氫氧化物前驅(qū)體制備工藝流程圖（間歇法）資料來源： 圖表6： 常見氫氧化物前驅(qū)體制備工藝流程圖（連續(xù)法）資料來源：

19、 反應(yīng)過程中需要控制的工藝參數(shù)有：鹽和堿的濃度、氨水濃度、鹽溶液和堿溶液加入反應(yīng)釜的速率、反應(yīng)溫度、反應(yīng)過程 pH 值、攪拌速率、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)漿料固含量等。以下就以上提到的工藝參數(shù)分別展開討論。圖表7： 影響前驅(qū)體理化性能的工藝參數(shù)眾多資料來源： 氨水濃度當(dāng)不含有氨水等絡(luò)合劑時(shí)，加入沉淀劑后會(huì)導(dǎo)致成核與生長劇烈，形成疏松、振實(shí)密度低的二次顆粒。這樣很難生長出粒度均一，振實(shí)密度高的前驅(qū)體。而氨作為絡(luò)合劑，可以有效地絡(luò)合加入的金屬離子，既減緩原料加入對(duì)沉淀平衡的擾動(dòng)，控制溶液中沉淀物的過飽和度，又能降低成核與生長的速度，讓晶體緩慢生長，便于調(diào)控。氨水濃度，并非越高越好，排除成本和污染因素外，比表

20、面積和振實(shí)密度都會(huì)隨著氨水濃度的變化而呈現(xiàn)拋物線變化規(guī)律：氨水濃度低時(shí)，絡(luò)合的金屬離子少，帶來更高的過飽和度，生長速度過快，導(dǎo)致了一次顆粒尺寸小， 縫隙多，顆粒形貌疏松多孔，致密性差。氨水濃度高時(shí)，一次顆粒能長的粗大，這些粗大的晶粒會(huì)再次導(dǎo)致縫隙增多，比表面積變大。此外，氨水作為反應(yīng)絡(luò)合劑，主要作用是通過絡(luò)合金屬離子，達(dá)到控制游離金屬離子目的，絡(luò)合劑用量過多或過低，會(huì)使前驅(qū)體的鎳、鈷、錳的比例偏離設(shè)計(jì)值，而且被絡(luò)合的金屬離子會(huì)隨上清液排走，造成浪費(fèi)， 給后續(xù)廢水處理造成更大的困難。所以制備不同組成的三元前驅(qū)體，所需的氨水濃度也不同。圖表8： 不同氨濃度高鎳前驅(qū)體產(chǎn)品的 SEM 圖（左：氨含量

21、2g/L，右：氨含量 7g/L）資料來源：高鎳多元前驅(qū)體的制備與研究， 圖表9： 提升氨水濃度導(dǎo)致鎳含量下降振實(shí)密度鎳含量2.5 32.52.0 1.5 1.0 0.5 振實(shí)密度 （g/cm3）31.5w(Ni)%30.529.50.00.00.20.40.60.81.0氨水濃度（mol/L）28.5資料來源：鋰離子電池三元材料、 氨水對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)主要通過影響元素配比、顆粒形貌：氨水濃度過高會(huì)導(dǎo)致前驅(qū)體團(tuán)聚體中的一次顆粒過大，造成材料間空隙變多，從而導(dǎo)致前驅(qū)體比表面積過大；氨水濃度過低會(huì)導(dǎo)致前驅(qū)體晶體生長過快，球形度變差，材料間空隙變多，從而導(dǎo)致前驅(qū)體比表面積過大。前驅(qū)體

22、比表面過大，導(dǎo)致經(jīng)燒結(jié)后生成的正極比表面積過大，一方面導(dǎo)致正極振實(shí)、壓實(shí)密度下降， 鋰電池能量密度下降，同時(shí)正極材料與電解液界面反應(yīng)加劇，電池循環(huán)壽命下降；另一方面由于空隙變多，鋰離子傳輸通道變多，電池倍率性能提升。此外，氨水濃度偏離，會(huì)造成前驅(qū)體中元素配比失衡，鎳元素含量變化會(huì)繼承到正極材料中，進(jìn)而影響 鋰電池能量密度。圖表10： 氨水濃度對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)資料來源： pH 值沉淀過程中的 pH 直接影響晶體顆粒的成核、生長。不同 pH 值條件下得到不同形貌的前驅(qū)體顆粒的原因可以解釋為沉淀 pH 條件對(duì)晶體成核速度和生長速度的影響。當(dāng) pH 值偏低時(shí)，由于溶液中過飽和度較小，

23、前驅(qū)體顆粒生長速度大于其成核速度，易于得到形貌較好的顆粒。而在高 pH 值條件下，溶液體系中過飽和度較大，晶核的形成速率很快，而前驅(qū)體顆粒的生長速度較慢，因而形成顆粒較小的微晶結(jié)構(gòu)。圖表11： 不同 PH 下反應(yīng)制得前驅(qū)體形貌資料來源：高鎳多元前驅(qū)體的制備與研究， 反應(yīng)過程的 pH 值直接影響前驅(qū)體的形貌和粒度分布。通過調(diào)節(jié) pH 值，可以控制一次晶粒和二次顆粒的形貌：pH 值偏低：利于晶核長大，一次晶粒偏厚偏大；二次顆粒易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致二次球成異形。pH 值偏高：利于晶核形成，一次晶粒成薄片狀，顯得很細(xì)??；二次顆粒多成圓球形。同時(shí)，也可以在反應(yīng)過程中適當(dāng)調(diào)節(jié) pH 值使同一個(gè)二次球顆粒擁有不

24、同形貌的一次晶粒。如圖所示，后長的一次晶粒團(tuán)聚而成的二次球體表面有一些細(xì)小的晶粒，這些細(xì)小晶粒是在反應(yīng)末期將 pH 值調(diào)高所形成的。圖表12： 不同形貌一次顆粒團(tuán)聚成二次顆粒 SEM 圖資料來源：鋰離子電池三元材料、 PH 值對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)主要通過影響元素配比、顆粒形貌：PH 過高會(huì)導(dǎo)致前驅(qū)體晶體成核速度過快，一次顆粒小而致密，但二次顆粒粒徑分布會(huì)變寬；PH 過低會(huì)導(dǎo)致成核速度過慢，晶核生長占主導(dǎo)，導(dǎo)致前驅(qū)體團(tuán)聚體中的一次顆粒過大，二次顆粒間團(tuán)聚體增多，造成材料間空隙變多，從而導(dǎo)致前驅(qū)體比表面積過大。前驅(qū)體比表面積過大，將導(dǎo)致正極振實(shí)、壓實(shí)密度下降，鋰電池能量密度下降，同時(shí)

25、正極材料與電解液 界面反應(yīng)加劇，電池循環(huán)壽命下降；另一方面由于空隙變多，鋰離子傳輸通道變多，電池倍率性能提升。前驅(qū)體粒徑分布變寬，會(huì)導(dǎo)致混鋰燒結(jié)步驟部分小顆粒前驅(qū)體過燒，使得正極成品品質(zhì)下降。此外，PH 值偏離，會(huì)造成前驅(qū)體中元素配比失衡，鎳元素含量變化會(huì)繼承到正極材料中，進(jìn)而影響鋰電池能量密度。圖表13： PH 值對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)資料來源： 反應(yīng)溫度溫度主要是影響化學(xué)反應(yīng)速率。在前驅(qū)體的反應(yīng)中，溫度升高成核和生長速度都變快，但是溫度過高會(huì)造成前驅(qū)體氧化，以及造成反應(yīng)過程無法控制、前驅(qū)體結(jié)構(gòu)改變等問題，所以在不影響反應(yīng)的前提下溫度盡量高一點(diǎn)。沉淀溫度對(duì)前驅(qū)體的影響，主要體現(xiàn)如

26、下：溫度的提升會(huì)導(dǎo)致沉淀生長的速度發(fā)生改變，對(duì)于成核和生長速率，都隨著反應(yīng)溫度的升高而增大， 即反應(yīng)溫度的升高會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率的提升，從而引發(fā)生長速度加快。反應(yīng)體系中，難溶晶體的溶解與離子的沉淀是同時(shí)存在的，其平衡點(diǎn)可用溶度積表示，而溶度積隨著 溫度的提升而增加，即溫度越高，反應(yīng)將向固體溶解方向偏移，導(dǎo)致沉淀變難，加上氫氧化物前驅(qū)體的結(jié)晶過程是放熱過程，因此溫度升高成核反應(yīng)將受到抑制，晶體生長占主導(dǎo)。行業(yè)深度報(bào)告溫度過高，會(huì)加劇體系中氨的揮發(fā)，使體系的氨濃度降低，結(jié)果同氨的濃度降低一致，使得體系金屬 絡(luò)合量降低，不利于生長。當(dāng)溫度過低，溶度積（Ksp）低，使反應(yīng)偏向于成核，同時(shí)離子及分子擴(kuò)散速率

27、低，會(huì)減緩前驅(qū)體的生長，此時(shí)若攪拌不夠充分，還會(huì)導(dǎo)致進(jìn)料口的局部金屬離子濃度過高，造成局部爆發(fā)式成核。溫度過高或過低對(duì)成核和生長均不利，只有在一定的溫度下才最有利于成核和生長。圖表14： 低溫下一次顆粒細(xì)小而致密，高溫下一次顆粒粗大（左邊為 50 度，右邊為 60 度）資料來源：高鎳多元前驅(qū)體的制備與研究， 溫度對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)主要通過影響顆粒形貌、晶體結(jié)構(gòu)：溫度過高會(huì)導(dǎo)致前驅(qū)體晶體生長占主導(dǎo)，成核變次要，導(dǎo)致一次顆粒過大，球形度變差，材料間空隙變 多，從而導(dǎo)致前驅(qū)體比表面積過大；溫度過低會(huì)導(dǎo)致晶核形成占主導(dǎo)，晶體生長變次要，易造成爆發(fā)式成核， 導(dǎo)致球形度變差，前驅(qū)體比表面積

28、過大。前驅(qū)體比表面過大，將導(dǎo)致正極振實(shí)、壓實(shí)密度下降，鋰電池能量密度下降，同時(shí)正極材料與電解液界 面反應(yīng)加劇，電池循環(huán)壽命下降；另一方面由于空隙變多，鋰離子傳輸通道變多，電池倍率性能提升。此外，溫度過高還會(huì)造成前驅(qū)體氧化。圖表15： 溫度對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)資料來源： 不同組分前驅(qū)體的反應(yīng)控制由于鎳、鈷、錳三元素的沉淀 pH 值不同，故不同組分三元材料前驅(qū)體的最佳反應(yīng) pH 值不同；絡(luò)合劑主要的作用是絡(luò)合鎳和鈷，對(duì)錳的絡(luò)合要低 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，故不同組分三元材料前驅(qū)體的所需絡(luò)合劑濃度也不相同。如圖所示為鎳鈷錳比例分別為 111、 424、 523、 622、701515、811 時(shí)

29、，制備出振實(shí)密度在 2.2-2.3g /cm-3 之間，粒度分布相近的前驅(qū)體所需要的氨水濃度和反應(yīng) pH 值。從圖中可以看出，隨著前驅(qū)體鎳含量的增加，所需的氨水和反應(yīng) pH 值都相應(yīng)提高。同時(shí)，不同 pH 值下制備出來的前驅(qū)體形貌也是不同的。從圖中可以看出，所需氮水濃度和反應(yīng) pH 值較低的 NCM111 的一次晶粒是厚片狀，隨著材料鎳含量的增加，一次晶粒也越來越細(xì)小。圖表16： 高鎳型前驅(qū)體需要 PH 和氨水濃度更高資料來源：鋰離子電池三元材料、 反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)氣氛前驅(qū)體的粒度和振實(shí)密度達(dá)到預(yù)定值需要一定的時(shí)間。正常情況下，要得到 D50 大于 10m 且振實(shí)密度大于2.0 g/cm3 的前

30、驅(qū)體，反應(yīng)時(shí)間至少需大于 20 h。在一定時(shí)間內(nèi)，前驅(qū)體的粒度、振實(shí)密度和反應(yīng)時(shí)間成正比關(guān)系。但反應(yīng)時(shí)間也不能太長，過長的反應(yīng)時(shí)間會(huì)使前驅(qū)體粒度過大，對(duì)前驅(qū)體的品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。且超過一定時(shí)間后，前驅(qū)體的振實(shí)密度增長也趨于平緩。圖表17： 振實(shí)密度隨反應(yīng)時(shí)間變長逐漸提升資料來源：鋰離子電池三元材料、 前驅(qū)體反應(yīng)氣氛的控制對(duì)前驅(qū)體產(chǎn)品品質(zhì)的影響較大，其中包括對(duì)前驅(qū)體的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)含量的影響。二價(jià)錳的氫氧化物化學(xué)式為 Mn(OH)2 是白色或淺粉色晶體。Mn(OH)2 曝置在空氣中會(huì)很快被氧化成棕色的化合物：2Mn(OH)2+O22MnO(OH), 即便是水中溶解的微量氧，也能將 Mn(O

31、H)2 氧化。若前驅(qū)體反應(yīng)使用的純水中有溶解氧未除去， 或反應(yīng)過程中讓反應(yīng)漿料與空氣直接接觸，都會(huì)導(dǎo)致前驅(qū)體漿料嚴(yán)重氧化，其顏色為深棕或黑色。圖表為不同氣氛條件下反應(yīng)出的 NCM 前驅(qū)體的 XRD 圖。從圖中可以看出，空氣氣氛下反應(yīng)出的前驅(qū)體和氮?dú)獗Ｗo(hù)下的前驅(qū)體晶體結(jié)構(gòu)差別很大。進(jìn)一步的，從 SEM 圖像中，可以觀察到，無氮?dú)獗Ｗo(hù)情況下制備出的三元前驅(qū)體，形貌為大小不一的塊狀及其團(tuán)聚體，產(chǎn)品的振實(shí)密度很低。NCA 前驅(qū)體沒有錳元素的存在， 反應(yīng)過程中若有氧氣或溶解氧存在，漿料顏色不會(huì)發(fā)生明顯變化，粒度分布也不會(huì)有異常波動(dòng)，但空氣氣氛和氮?dú)鈿夥障路磻?yīng)出來的前驅(qū)體，晶體結(jié)構(gòu)稍有不同。圖表18： 無

32、氮?dú)獗Ｗo(hù)導(dǎo)致前驅(qū)體呈現(xiàn)形貌大小不一的團(tuán)聚體資料來源：鋰離子電池三元材料、 其他影響前驅(qū)體反應(yīng)過程的變量除氨水濃度、PH 值、溫度、反應(yīng)氣氛和時(shí)間外，固含量、攪拌速度、流量、雜質(zhì)、生產(chǎn)工藝等也均會(huì)對(duì)前驅(qū)體形貌、理化性能產(chǎn)生直接影響。固含量：在前驅(qū)體反應(yīng)過程中，前驅(qū)體漿料的固體質(zhì)量和液體質(zhì)量的比值。目前大部分廠家反應(yīng)釜中前驅(qū)體的固含量在 5%10%左右。不同的固含量對(duì)產(chǎn)品性能行有一定影響，適當(dāng)提高固含量能優(yōu)化產(chǎn)品形貌、提高產(chǎn)品的振實(shí)密度。如圖表 15 所示，相比較于 10%固含量的情況，20%固含量下產(chǎn)品的形貌較為規(guī)整，二次顆粒表面較為致密。圖表19： 固含量提升使得前驅(qū)體形貌更規(guī)則、二次顆粒表面

33、更致密資料來源：鋰離子電池三元材料、 圖表20： 固含量對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)資料來源： 攪拌速度：轉(zhuǎn)速越小，平均粒徑越大，振實(shí)密度也越大，這是由于攪拌槳轉(zhuǎn)速越大，邊緣速度越大，導(dǎo)致了對(duì)二次顆粒的流體剪應(yīng)力越強(qiáng)，從而讓新的晶粒難以在原二次顆粒上繼續(xù)生長，而轉(zhuǎn)速的降低減弱了這一作用，出現(xiàn)顆粒的生長。高轉(zhuǎn)速條件下的顆粒尺寸明顯要小于低轉(zhuǎn)速的尺寸，低轉(zhuǎn)速下小尺寸的二次顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象更加嚴(yán)重。圖表21： 攪拌速度越低前驅(qū)體二次顆粒粒徑越大a、d 330r/min；b、c 240r/min；e、f 195r/min資料來源：公開資料、 攪拌速度對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)主要通過影響顆粒

34、形貌。攪拌速度過低會(huì)導(dǎo)致前驅(qū)體晶體生長過快，球形度變差，材料間空隙變多，從而導(dǎo)致前驅(qū)體比表面積過大；攪拌速度過高會(huì)導(dǎo)致前驅(qū)體團(tuán)聚體中的一次顆粒過大，造成材料間空隙變多，從而導(dǎo)致前驅(qū)體比表面積過大。前驅(qū)體比表面過大，將導(dǎo)致正極振實(shí)、壓實(shí)密度下降，鋰電池能量密度下降，同時(shí)正極材料與電解液界面反應(yīng)加劇，電池循環(huán)壽命下降；另一方面由于空隙變多，鋰離子傳輸通道變多，電池倍率性能提升。行業(yè)深度報(bào)告圖表22： 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)前驅(qū)體、正極、鋰電池性能影響傳導(dǎo)資料來源： 流量：主要是指金屬鹽溶液的流量。流量直接和產(chǎn)量相關(guān)聯(lián)，在保證前驅(qū)體品質(zhì)的前提下，流量越大越好。一個(gè)反應(yīng)釜所能達(dá)到的最大流量不僅和反應(yīng)工藝有關(guān)，還和

35、反應(yīng)釜體積、反應(yīng)釜內(nèi)部結(jié)構(gòu)、反應(yīng)釜電機(jī)功率有關(guān)。雜質(zhì)：硫酸鎳和硫酸鈷的制備過程中會(huì)用到有機(jī)萃取劑，若有機(jī)萃取劑殘留其中，會(huì)帶入到反應(yīng)體系，造成前驅(qū)體顆粒無法生長、D50 和振實(shí)密度無法達(dá)到預(yù)期值，形貌為非球形等情況。原材料會(huì)帶入的另一類雜質(zhì)是Ca2+、Mg2+等，其沉淀 pH 值和沉淀系數(shù)和鎳鈷錳相差較大，對(duì)反應(yīng)造成較多負(fù)面影響，如前驅(qū)體形貌不成球形， 振實(shí)密度很低等。生產(chǎn)工藝：前軀體制備方法包括間歇和連續(xù)合成法兩類，連續(xù)合成法不可避免會(huì)造成前驅(qū)體材料中存在一定數(shù)量的粒度大小在 1 微米以下的小顆粒，而且還會(huì)導(dǎo)致粒徑分布較寬，致使大顆粒和小顆粒結(jié)晶性不同，一次顆粒有差別；間歇法可以有效控制小顆

36、粒數(shù)量，縮小粒徑分布，但工藝條件苛刻，調(diào)控手段復(fù)雜，并且間歇法工藝在粒子生長到目標(biāo)粒徑后必須停止反應(yīng)，分批式生產(chǎn)會(huì)影響生產(chǎn)效率和批次間的一致性。反應(yīng)條件控制精度三元材料前驅(qū)體生產(chǎn)是鹽與堿在一定 pH 值及溫度下的共沉淀反應(yīng)，pH 值是該反應(yīng)最重要的參數(shù)，各階段pH 控制波動(dòng)范圍小于0.05，pH 值的穩(wěn)定又依賴于溫度的穩(wěn)定以及氨水濃度的穩(wěn)定；氨水濃度、攪拌速度以及溫度的波動(dòng)也會(huì)對(duì)前驅(qū)體形貌、粒徑、元素配比等造成直接影響，幾種因素的穩(wěn)定與否對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的性能有決定性的作用，因此生產(chǎn)過程中反應(yīng)條件的控制精度可以體現(xiàn)各家企業(yè)技術(shù)水平。在三元前驅(qū)體濕法反應(yīng)中，一般采用自動(dòng)控制工藝來達(dá)到對(duì)反應(yīng)過程中關(guān)鍵參

37、數(shù)的控制與調(diào)節(jié)。其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： pH 值控制；溫度控制；攪拌控制；數(shù)據(jù)采集。PH 值控制：實(shí)現(xiàn) PH 值自動(dòng)控制采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。按照 PID 調(diào)節(jié)器控制原理，結(jié)合調(diào)節(jié)閥門的作用，得到控制 pH 值的流量自動(dòng)調(diào)節(jié)控制方法。假定固定鹽溶液的流量，反應(yīng)釜的 pH 值經(jīng)傳感器來樣送至 pH 分析儀，分析儀根據(jù)來樣信號(hào)顯示成 pH 值并轉(zhuǎn)換成電流模擬信號(hào)傳送給 PID 調(diào)節(jié)器，經(jīng) PID 調(diào)節(jié)器按照控制規(guī)律處理偏差后輸出電流信號(hào)傳送給調(diào)節(jié)電動(dòng)控制閥門，調(diào)節(jié)閥門按照控制信號(hào)增大或減小堿的流量，從而控制 pH 值。溫度控制：前驅(qū)體反應(yīng)中的溫度控制主要有反應(yīng)前底水加熱和反應(yīng)過程中恒溫。多數(shù)反應(yīng)釜

38、只配備加熱， 要使反應(yīng)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的溫度，光有加熱是不夠的?？稍诜磻?yīng)釜外壁設(shè)置夾套，夾套分成兩段，上面段夾套通冷卻水，下面段夾套通入高溫?zé)崦?。反?yīng)前需要加熱底水，因此在下夾套通入高溫?zé)崦郊訜?。反?yīng)中由于存在反應(yīng)熱，熱的聚集使溫度升高，大于反應(yīng)溫度時(shí)，通入冷卻水降溫。如圖由一只調(diào)節(jié)器分別控制兩個(gè)執(zhí)行器工作，而且每個(gè)執(zhí)行器必須全程工作，因此需要把調(diào)節(jié)器的信號(hào)分成兩部分，每部分的信號(hào)使執(zhí)行器在全程范圍工作?？刂品娇驁D如圖表 18 所示。反應(yīng)開始，底水加熱，調(diào)節(jié)閥門 b 動(dòng)作。反應(yīng)中段溫度升高，系統(tǒng)需要冷卻，調(diào)節(jié)閥門 a 動(dòng)作。反應(yīng)后陳化階段無反應(yīng)熱，或外界溫度原因，溫度降低，加熱，調(diào)節(jié)閥門 b 動(dòng)作

39、。圖表23： 溫度控制工藝圖表24： 分程溫度控制方法資料來源：鋰離子電池三元材料、 資料來源：鋰離子電池三元材料、 前驅(qū)體核心檢測指標(biāo)前驅(qū)體的品質(zhì)主要從以下方面判斷：總金屬含量、雜質(zhì)含量（磁性異物是重點(diǎn)）、水分含量、pH 值、粒徑分布、振實(shí)密度、比表面積、形貌等。其中雜質(zhì)的檢測主要為鐵、鈣、鈉、鎂、鋅、銅、硫酸根、 氯根等。另還需分別檢測鈷、鎳、錳三種金屬的含量。這些指標(biāo)都會(huì)對(duì)三元成品性能產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響電池的性能。圖表25： 前驅(qū)體產(chǎn)品檢測指標(biāo)示例項(xiàng)目A 廠家B 廠家C 廠家Ni+Co+Mn （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%61.5 63.5 61.561.5 62.8Fe/(mg/kg)10010050

40、Cu/(mg!kg)505020Pb/(mg/kg)5010Zn/(mg/kg)50Ca/(mg/kg)200300500Mg/(mg!kg)200300500Na/(mg/kg)200300200氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)%0.2資料來源：鋰離子電池三元材料、 三、前驅(qū)體核心設(shè)備有哪些除生產(chǎn)工藝外，三元材料的性能和成本還與關(guān)鍵設(shè)備的選擇有關(guān)。前驅(qū)體的關(guān)鍵設(shè)備包括反應(yīng)釜、過濾和洗滌設(shè)備、干燥設(shè)備等。圖表26： 前驅(qū)體生產(chǎn)線示意圖（間歇法為例）資料來源：一種三元前驅(qū)體生產(chǎn)優(yōu)化控制裝置及其優(yōu)化控制方法、 反應(yīng)釜：反應(yīng)釜是前驅(qū)體反應(yīng)核心設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)核心技術(shù)掌握在前驅(qū)體生產(chǎn)企業(yè)手中。反應(yīng)釜的釜體大小、攪拌器形

41、式、擋板數(shù)量及尺寸、有無導(dǎo)流筒、進(jìn)料位置、有無增固裝置等結(jié)構(gòu)特征均影響前驅(qū)體的密度、形貌、比表面積、結(jié)晶程度、粒度大小及分布等性能。反應(yīng)釜屬于定制化設(shè)備，一般由前驅(qū)體廠家設(shè)計(jì)，并由反應(yīng)釜生產(chǎn)廠商依照?qǐng)D紙加工、組裝完成。圖表27： 前驅(qū)體反應(yīng)釜示意圖一圖表28： 前驅(qū)體反應(yīng)釜示意圖二資料來源：三元材料及其前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)用、中信建投 證券研究發(fā)展部資料來源：三元材料及其前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)用、 圖表29： 反應(yīng)釜常見指標(biāo)及參數(shù)指標(biāo)廠家 A 參數(shù)廠家 B 參數(shù)內(nèi)膽材質(zhì)容積攪拌速度控溫范圍PH 控制控制系統(tǒng)316L 不銹鋼或玻璃1200L50500 r/min3070 度，控制精度 HY

42、PERLINK /link?url=oTouxKull2kfW-dsutJbDCke5A7Lcr4xQeOFAVOcFJPWBISJIT_I3CCxSUb-Q1qsJ2WIpyo4OykWUAMdxL49ihjgkg0W0L-Bw1yAoo0 xe3W 0.5 度014pH，控制精度 HYPERLINK /link?url=oTouxKull2kfW-dsutJbDCke5A7Lcr4xQeOFAVOcFJPWBISJIT_I3CCxSUb-Q1qsJ2WIpyo4OykWUAMdxL49ihjgkg0W0L-Bw1yAoo0 xe3W 0.05pH，分辨率0.01pHPLC 控制，在線監(jiān)控反

43、應(yīng)釜內(nèi)溫度，壓力，攪拌速度，加料速率316L 不銹鋼/鈦材2010000L501000 r/min，控制精度 HYPERLINK /link?url=oTouxKull2kfW-dsutJbDCke5A7Lcr4xQeOFAVOcFJPWBISJIT_I3CCxSUb-Q1qsJ2WIpyo4OykWUAMdxL49ihjgkg0W0L-Bw1yAoo0 xe3W 10 r/min 1090 度，控制精度 HYPERLINK /link?url=oTouxKull2kfW-dsutJbDCke5A7Lcr4xQeOFAVOcFJPWBISJIT_I3CCxSUb-Q1qsJ2WIpyo4Oyk

44、WUAMdxL49ihjgkg0W0L-Bw1yAoo0 xe3W 0.5 度212pH，控制精度 HYPERLINK /link?url=oTouxKull2kfW-dsutJbDCke5A7Lcr4xQeOFAVOcFJPWBISJIT_I3CCxSUb-Q1qsJ2WIpyo4OykWUAMdxL49ihjgkg0W0L-Bw1yAoo0 xe3W 0.05pH，分辨率0.01pH廠家 C 參數(shù)316 不銹鋼51000L西門子 PLC 控制模塊6001000 r/min-014pH，控制精度 HYPERLINK /link?url=oTouxKull2kfW-dsutJbDCke5A7L

45、cr4xQeOFAVOcFJPWBISJIT_I3CCxSUb-Q1qsJ2WIpyo4OykWUAMdxL49ihjgkg0W0L-Bw1yAoo0 xe3W 0.02pH，分辨率0.01pH-資料來源： 圖表30： 某廠家反應(yīng)釜容積與產(chǎn)能設(shè)備容積（L）2025010006500（主流）10000（主流）功率（kw）0.755.5154555產(chǎn)能（kg/24h）38015020003000資料來源： 過濾和洗滌設(shè)備：過濾和洗滌作用是將反應(yīng)得到前驅(qū)體漿料實(shí)現(xiàn)固液分離，然后采用洗滌液對(duì)得到前驅(qū)體濾餅進(jìn)行洗滌，去除殘留在濾餅中的硫酸根、氯根、鈉離子等。目前主流廠家均采用過濾洗滌一體化設(shè)備，包括壓濾

46、機(jī)、離心機(jī)、微孔過濾機(jī)、過濾洗滌“二合一”設(shè)備等。行業(yè)深度報(bào)告圖表31： 壓濾機(jī)資料來源：公開資料、 圖表32： 離心機(jī)工作原理圖資料來源：公開資料、 圖表33： 微孔過濾機(jī)資料來源：中國粉體網(wǎng)、 行業(yè)深度報(bào)告圖表34： 過濾洗滌二合一設(shè)備資料來源：中國粉體網(wǎng)、 圖表35： 4 種前驅(qū)體過濾洗滌設(shè)備的主要優(yōu)勢和劣勢對(duì)比設(shè)備類型主要優(yōu)勢主要劣勢生產(chǎn)效率高，單批次處理量可達(dá)噸級(jí)以上；對(duì)壓緊濾板時(shí)，濾板受力不均勻，容易造成濾板變形損壞； 壓濾機(jī)物料適應(yīng)性強(qiáng)，大顆粒和小顆粒前驅(qū)體均適用；濾室內(nèi)物料容易分布不均勻，洗滌水從濾餅厚度薄或沒有設(shè)備簡單，可靠性好，故障率低。濾餅的位置穿過，導(dǎo)致洗滌效果差。離心

47、機(jī)脫水效率高，大顆粒前驅(qū)體濾餅水分含量可達(dá) 10% 以下，粒度細(xì)的前驅(qū)體濾餅水分含量也能達(dá) 20%以下；設(shè)備簡單，耗材少，主要是更換濾布。 故障率相對(duì)較高，可靠性差，而且檢修工作量較大；生產(chǎn)過程中容易發(fā)生離心機(jī)劇烈振動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料部分溢出，甚至無法繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；單批次處理量小，一般在200400kg。過濾、洗滌“二合一”設(shè)備過濾精度高，可以濾住 0.3 微米以上的顆粒，物 脫水效率一般，濾餅水分含量較高；設(shè)備內(nèi)部微濾管棒料回收率高，特別適用于粒度細(xì)的前驅(qū)體；粉體微孔過濾機(jī)較多，需要定期清洗，再生和更換，耗材成本較大；需配濾餅洗滌可以靜止洗滌，也可以攪拌洗滌，洗滌充備空壓機(jī)，耗氣量較大。分。

48、洗滌充分，可進(jìn)行攪拌洗滌；設(shè)備密閉性好，無斷點(diǎn)，物料損耗少，操作過程的勞動(dòng)強(qiáng)度低，并且環(huán)境清潔。 濾餅厚度大，脫水效率一般，前驅(qū)體濾餅水分含量較高；需配備空壓機(jī)，耗氣量較大；設(shè)備對(duì)密封要求高，并且檢修不方便。資料來源：三元材料及其前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)用、 干燥設(shè)備：干燥操作單元決定前驅(qū)體成品的的水分含量，并且對(duì)晶體結(jié)構(gòu)有一定的影響。干燥設(shè)備能否正確選擇直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、操作環(huán)境和生產(chǎn)成本。常用前驅(qū)體干燥設(shè)備包括熱風(fēng)循環(huán)烘箱、盤式干燥機(jī)、閃蒸干燥機(jī)、回轉(zhuǎn)滾筒干燥機(jī)等。選擇三元前驅(qū)體的干燥機(jī)至少需要考慮：產(chǎn)品水分含量要求，濾餅的水分含量以及濾餅含水量是否均勻，干燥機(jī)生產(chǎn)能力，物料的進(jìn)給方式

49、，干燥機(jī)耐堿性，并且不能代入金屬雜質(zhì)或其他雜質(zhì)，需要達(dá)到的干燥溫度，干燥成本，自動(dòng)控制水平要求，熱源類型，環(huán)保法規(guī)， 廠房空間。 行業(yè)深度報(bào)告圖表36： 熱風(fēng)循環(huán)烘箱圖表37： 熱風(fēng)循環(huán)烘箱工作原理圖資料來源：公開資料、 資料來源：公開資料、 圖表38： 盤式干燥機(jī)圖表39： 盤式干燥機(jī)工作原理圖資料來源：公開資料、 資料來源：公開資料、 圖表40： 轉(zhuǎn)筒干燥器工作原理圖資料來源：公開資料、 行業(yè)深度報(bào)告圖表41： 閃蒸干燥機(jī)圖表42： 閃蒸干燥機(jī)工作原理圖資料來源：公開資料、 資料來源：公開資料、 圖表43： 4 種前驅(qū)體干燥設(shè)備的主要優(yōu)勢和劣勢對(duì)比設(shè)備類型主要優(yōu)勢主要劣勢單批次物料可出凈，

50、沒有殘留，適合經(jīng)常更換產(chǎn)自動(dòng)化程度低，需要人工裝、卸料，勞動(dòng)強(qiáng)度大；卸料熱風(fēng)循環(huán)烘箱品型號(hào)的產(chǎn)線；設(shè)備制造和維護(hù)成本低，故障率時(shí)粉塵飛揚(yáng)，物料損失大，環(huán)境污染嚴(yán)重；干燥效率低，低。時(shí)間長 4 能耗高，每次都需要升降溫。盤式干燥機(jī)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)出料，熱效率高，能耗低，干燥時(shí)間短；自動(dòng)化水平高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低；占地面積小。 耙葉與干燥盤容易發(fā)生摩擦，造成產(chǎn)品金屬雜質(zhì)的升高；設(shè)備內(nèi)部的物料不容易清理，不適合經(jīng)常更換產(chǎn)品型號(hào)的生產(chǎn)線；設(shè)備維修難度大，周期長回轉(zhuǎn)滾筒干燥機(jī)物料干燥過程分散性好，不易團(tuán)聚，適用于粒度 物料需要熱風(fēng)帶動(dòng)，干燥過程中有大量熱量排出，造成能小、水分含量高的前驅(qū)體濾餅的干燥；自動(dòng)化水

51、閃蒸干燥機(jī)耗高；由于物料在干燥機(jī)中高速運(yùn)動(dòng)，對(duì)設(shè)備磨損嚴(yán)重，平高，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料，干燥時(shí)間短，工人勞動(dòng)強(qiáng)降低設(shè)備壽命；設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大。度低?？蓪?shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)出料，熱效率高，能耗低，干燥時(shí)間短；設(shè)備內(nèi)部沒有摩擦部件，干燥過程不會(huì)引入金屬雜質(zhì)；自動(dòng)化水平高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低 設(shè)備較長，占地面積大；物料在干燥過程中容易粘壁， 不易清理，長期使用后干燥效率會(huì)有所降低；設(shè)備較大， 一旦發(fā)生故障，維修周期長。資料來源：三元材料及其前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)用、 前驅(qū)體生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域目前難以誕生上市公司。在前驅(qū)體生產(chǎn)設(shè)備中，最為核心的是反應(yīng)釜，但由于其高度定制化特點(diǎn)，較難形成標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)

52、用。除反應(yīng)釜外，其余主要設(shè)備如過濾洗滌設(shè)備、干燥設(shè)備、儲(chǔ)罐等屬于通用型工業(yè)設(shè)備，受前驅(qū)體行業(yè)發(fā)展帶動(dòng)幅度較小，也不足以誕生專業(yè)化上市公司。行業(yè)深度報(bào)告圖表44： 前驅(qū)體生產(chǎn)線設(shè)備投資構(gòu)成原料配料工段15%干燥包裝工段29%洗滌處理工段17%反應(yīng)工段39%資料來源： 圖表45： 部分上市公司前驅(qū)體項(xiàng)目設(shè)備投資測算項(xiàng)目名稱產(chǎn)能（萬噸）投資額（億元）單位投資（億元/萬噸）格林美 2019 年 3 萬噸/年三元?jiǎng)恿﹄姵夭牧锨膀?qū)體生產(chǎn)項(xiàng)目35.491.83格林美 2017 年循環(huán)再造動(dòng)力三元材料前驅(qū)體原料項(xiàng)目（6 萬噸/年）69.581.60容百科技 2025 動(dòng)力型鋰電材料綜合基地（一期）69.241

53、.54資料來源：公司公告、 四、為什么三元前驅(qū)體很重要三元前驅(qū)體直接決定正極材料核心電化學(xué)性能目前工業(yè)生產(chǎn)三元材料的主流方法是采用氫氧化物共沉淀法得到前驅(qū)體，然后經(jīng)過混鋰、煅燒等工序后獲得三元材料，由于高溫混鋰燒結(jié)過程對(duì)三元材料前驅(qū)體結(jié)構(gòu)影響很小，即三元材料對(duì)前驅(qū)體具有很好的繼承性， 因此前驅(qū)體的粒徑、均一性、球型度、比表面積、振實(shí)密度等會(huì)直接影響三元材料結(jié)構(gòu)性能，進(jìn)而影響正極在鋰電池中表現(xiàn)出的電化學(xué)性能。具體表現(xiàn)為：前驅(qū)體的雜質(zhì)會(huì)直接帶入到正極材料中，影響正極雜質(zhì)含量。尤其磁性異物在電池充放電過程中容易從正極析出進(jìn)入電解液甚至在負(fù)極析晶，影響電池電極極化甚至造成短路。前驅(qū)體的粒徑大小直接決定

54、正極材料粒徑大小，前驅(qū)體的粒度分布直接決定正極材料的粒徑分布。一般前驅(qū)體顆粒越大，正極顆粒越大，比表面積越小，循環(huán)壽命上升，倍率性能下降；前驅(qū)體顆粒越小，正極顆粒 越小，比表面積越大，倍率性能上升，循環(huán)壽命下降。但存在大顆粒前驅(qū)體在與鋰源混合燒結(jié)成正極過程中， 鋰遷移路徑過長，晶體結(jié)構(gòu)不完整，造成大顆粒正極循環(huán)壽命反而下降。前驅(qū)體粒徑分布不均，會(huì)造成正極粒徑分布不均勻，電池充放電過程會(huì)存在大小顆粒間不同程度的過充和過放現(xiàn)象，影響材料的電化學(xué)性能與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成循環(huán)壽命下降。行業(yè)深度報(bào)告圖表46： 前驅(qū)體粒徑大小決定正極材料粒徑D10D50D90D97DmaxA 大顆粒前驅(qū)體7.049.981

55、4.0816.2918.81A 大顆粒正極1.526.3238.3754.9770.79B 小顆粒前驅(qū)體2.063.516.438.6118.73B 小顆粒正極2.235.1522.6338.7254.91注：A、B 兩組正極均由同組前驅(qū)體制得Dx=y 表示分 x%的前驅(qū)體粒徑小于 y資料來源：電源技術(shù)研究與設(shè)計(jì)、 圖表47： 大小顆粒正極電化學(xué)性能對(duì)比資料來源：電源技術(shù)研究與設(shè)計(jì)、 前驅(qū)體的比表面積直接影響正極材料的比表面積。一般正極比表面積越大，振實(shí)密度、壓實(shí)密度越低，電池容量越低，循環(huán)壽命越差，但倍率性能越好；正極表面積越小，振實(shí)密度、壓實(shí)密度越高，電池容量越高， 循環(huán)壽命越好，但倍率性

56、能越好。行業(yè)深度報(bào)告圖表48： 前驅(qū)體比表面積直接影響正極材料晶型以及容量、倍率性能注：（左圖）a、c、e 一次顆粒大小分別在 0.51 微米、0.81.2 微米、11.5 微米，比表面積逐漸下降；b、d、f 分別為由 a、c、e 燒結(jié)而成正極，隨前驅(qū)體比表面積下降，正極一次顆粒晶粒越來越粗大，晶型發(fā)育越來越好。（右圖）A、B、C 分別為 b、d、f 正極材料所測得首次充放電曲線、倍率性能、循環(huán)次數(shù)，隨比表面積下降，首次放電容量逐漸升高，倍率性能逐漸下降，循環(huán)壽命逐漸上升。資料來源：前驅(qū)體比表面積對(duì) LiNi0.82Co0.15Mn0.03O2 材料性能的影響研究、 前驅(qū)體的元素配比直接決定正

57、極材料的元素配比。不同鎳含量的正極材料需要嚴(yán)格對(duì)應(yīng)元素配比前驅(qū)體來生產(chǎn)，比如 333、523、622、811 正極，分別需要對(duì)應(yīng)的 333 型、523 型、622 型、811 型前驅(qū)體來完成生產(chǎn)，前驅(qū)體元素配比失衡，將造成正極材料元素配比失衡，進(jìn)而導(dǎo)致鋰電池的容量、循環(huán)壽命收到影響。因此，要滿足三元正極材料高比容量、高倍率、長循環(huán)壽命等要求，前驅(qū)體的理化性能質(zhì)量至關(guān)重要。新型三元正極材料有待前驅(qū)體不斷突破單晶、高鎳化是提升正極能量密度的核心途徑。鋰電池能量密度的提升，除了提高比容量以外，還可以通過提高充電截止電壓、提高正極材料壓實(shí)密度來實(shí)現(xiàn)。合成單晶三元正極材料是提高充電截止電壓、壓實(shí)密度的有

58、效方法之一，可以通過前驅(qū)體的選型、燒結(jié)溫度的調(diào)整以及大小粒子的搭配等方法來實(shí)現(xiàn)，而比容量的提升主要源自使用更高鎳含量的三元前驅(qū)體以及合成工藝的改善。普通三元正極材料存在局限性。普通三元正極形貌為一次單晶顆粒聚集成的球形或類球形二次顆粒，由多個(gè)微粒結(jié)合而成，粒度分布較寬。其主要缺陷有行業(yè)深度報(bào)告（1）牢固性差：二次球結(jié)構(gòu)牢固性差，壓實(shí)密度一般為 3.4g/cm33.7g/cm3，在較高的壓實(shí)下，二次球破碎，導(dǎo)致材料內(nèi)部顆粒裸露，副反應(yīng)增加和金屬離子溶出加劇，導(dǎo)致電學(xué)性能下降；（2）結(jié)構(gòu)缺陷多：二次球內(nèi)部、外部一次粒徑小且結(jié)構(gòu)缺陷多，在高電壓充放電條件下易發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌；（3）包覆性差：二次球顆粒內(nèi)

59、部難以被包覆，高電壓充放電過程中界面副反應(yīng)難以抑制，造成材料結(jié)構(gòu)破壞；（4）易脹氣：二次球顆粒容易導(dǎo)致氣脹等問題。單晶型三元正極材料具有壓實(shí)密度更高、循環(huán)壽命更好優(yōu)點(diǎn)。通過把三元正極材料做成單晶顆粒，不僅能夠提高材料充電截止電壓發(fā)揮材料容量優(yōu)勢，同時(shí)可以有效改善材料的高溫循環(huán)、脹氣、容量恢復(fù)等方面的問題。具體來看單晶三元正極材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）壓實(shí)密度高：機(jī)械強(qiáng)度高，電極壓實(shí)過程中不容易破碎，壓實(shí)可達(dá) 3.8g/cm34.0g/cm3，其較高的壓實(shí)可減小內(nèi)阻，延長電池循環(huán)壽命；（2）副反應(yīng)少：特殊的一次單晶顆粒，比表面積低，有效降低了與電解液間的副反應(yīng)；（3）包覆性好、結(jié)構(gòu)缺陷少：單晶顆粒

60、表面較為光滑，與包覆導(dǎo)電劑可以較好的接觸，同時(shí)晶體內(nèi)部晶格缺陷少，均有利于鋰離子的傳輸；（4）粒徑小提升比表面積：小粒徑單晶可一定程度降低單晶比表面積下降影響，提升倍率性能。因此，開發(fā)單晶三元正極材料的研究正成為鋰電池材料研究的新方向，目前主流正極材料產(chǎn)品正逐漸切換為單晶型。圖表49： 普通多晶/二次球正極材料圖表50： 單晶型正極材料資料來源：公開資料、 資料來源：公開資料、 單晶型三元材料對(duì)前驅(qū)體生產(chǎn)工藝提出更高要求。單晶型三元材料除在燒結(jié)工藝需要特殊處理外，對(duì)前驅(qū)體的合成工藝也提出新的挑戰(zhàn)。單晶正極一般選用小顆粒前驅(qū)體，因?yàn)樾☆w粒前驅(qū)體固相反應(yīng)活性更高，更容易生產(chǎn)單晶結(jié)構(gòu)，所需燒結(jié)溫度以