高镍三元正极为什么必须用氧气气氛炉烧结

高镍三元材料的镍含量在80%以上，镍在材料里是提供容量的核心，但是镍有个特点：在烧结过程中，镍很容易从+3价还原成+2价，+2价的镍半径很大，会混到锂的位点上，造成锂镍混排，破坏层状结构，导致材料的循环寿命骤降。为了让镍保持在正确的价态，烧结的时候必须在氧气气氛下进行，用氧气把镍维持在+3价，让晶体长成完整的层状结构。

除了价态问题，高镍材料里的锂在高温下容易挥发，如果在普通空气里烧结，锂挥发多了，材料里锂不够，结构里就会出现锂空位，循环的时候这些空位会导致结构塌陷。通氧气气氛的同时，还要精确控制锂的配比，补偿高温下的锂挥发。

氧气气氛三元材料烧结炉

高镍三元的烧结一般分两个阶段：第一阶段是预烧，把前驱体（镍钴锰氢氧化物）和氢氧化锂混合之后，在500℃左右通纯氧气保温几个小时，让前驱体分解，形成初步的层状结构；第二阶段是高温烧结，升到750-850℃，继续通氧气保温十几个小时，让晶体充分生长，同时让镍保持正确的价态。

这个过程里，氧气的纯度要达到99.99%以上，不能有水分和二氧化碳杂质，因为高镍材料表面的锂是强碱性的，会和二氧化碳反应生成碳酸锂杂质，残留在材料表面，做成电池之后会产气，导致电池鼓包。所以不仅炉子里要通高纯氧，进气之前还要把氧气里的水分、二氧化碳过滤干净。

高纯氧气气路系统

炉内还要保持微正压，不能有空气漏进去，不然空气里的二氧化碳和水分会进到炉膛里。因为氧气是助燃气体，整个炉子的气路系统还要做防爆设计，不能有油污和可燃杂质，防止氧气浓度高了发生安全事故。这也是为什么高镍三元的气氛炉，安全配置比普通氮气炉要求高很多。

高镍三元材料对温度特别敏感，炉膛里温差如果超过±5℃，有的位置烧结过了，有的位置烧结不足，就会出现锂镍混排程度不一样，不同批次的材料循环寿命差很多。高镍材料要求整个有效加热区的温差控制在±3℃以内，这就要求炉子的加热元件布置更均匀，温区更多，控温精度更高。

另外，高镍材料在冷却阶段也要在氧气气氛下慢慢降温，不能快速冷却，不然层状结构会发生相变，从有序结构转变成无序结构，材料性能就下来了。所以高镍窑炉的冷却段很长，降温速率控制在1-2℃/min，保证材料在氧气气氛下缓慢降温到室温。

高精度温场三元烧结炉

氧气气氛炉的安全是第一位的，因为纯氧环境下，油脂、有机物很容易自燃，所以整个气路、炉膛都不能有油污，设备要做专门的无油处理。炉子里还要有氧气浓度检测，万一氧气泄漏要及时报警。排气口排出来的氧气里，会带着锂焙烧产生的碱性粉尘，要经过除尘、水洗处理，达标之后才能排出去，不然会腐蚀车间设备。

东莞志远工业设备的高镍三元氧气气氛炉，采用防爆气路设计，高精度温场，配套尾气除尘和处理系统，已经为多家正极材料企业提供过设备，支持根据客户的材料配方定制工艺曲线。

高镍三元连续烧结产线

高镍三元正极材料的烧结，必须在高纯氧气气氛下完成，配合高精度的温场和缓慢冷却，才能得到结构完整、循环寿命好的材料。东莞志远工业设备可针对高镍三元材料的生产需求，提供定制化的氧气气氛炉方案，配套工艺调试和设备报价服务。

正极材料生产现场