锂离子电池材料的规模化生产技术

　   随着大规模储能和电动车的快速发展，对锂离子电池正极材料的产品质量提出了越来越严格的要求。为满足市场对正极材料的高品质要求，自动化、智能化的大规模生产技术和装备技术就显得越来越重要。

　　在过去的十五年里，控制结晶/固相反应技术工艺日臻完善。然而，我国还是一个发展中国家，大量设备陈旧、生产工艺僵化的现象普遍存在，尤其是中小企业。国家整体工业化的水平还处在工业2.0和工业3.0的阶段，距发达国家的工业4.0的信息化、智能化的工业生产技术水平还有一段距离，这已成为阻碍我国制造业效率和品质进一步提升的主要问题。

　　这个现象也同样存在于锂离子电池正极材料生产企业中。因此我国锂离子电池正极材料的生产工艺、设备管理水平急需转型升级，利用信息技术提升、改善、重构生产要素，提高企业组织管理水平，创新生产方式，提升资产质量和服务功能，适应市场的迅速发展和变化。

　　2000年左右，锂离子电池正极材料的新建项目一般是200-500吨的产能规模。2010年左右，一般是2000吨的产能规模。目前新建项目一般是一期5000—2000吨，规划50000吨以上。随着产能规模的不断放大，对工厂的设计布局和运行管理提出了新的挑战。为了满足电动车和储能产业对电极材料的高品质和大规模的需求，逐步发展了基于粉体自动输送的信息化、自动化和智能化的大规模生产技术。

　　目前国内部分企业已经开始逐步采用先进的大规模生产技术。主要包括粉体自动输送、自动计量、自动化生产与智能控制，信息化远程实时监控，以及先进的制造执行系统等。

　　以控制结晶制备磷酸铁前驱体/碳热还原固相反应为基础的磷酸铁锂制备工艺已经被产业逐步接受，并成为目前的主流工艺路线。下一步溶剂热方法制备高性能磷酸铁锂有可能成为新的超大规模生产方法，以满足未来大规模固定储能的需求。

　　在三元材料中，NMC333的综合性能最好，NMC532的性价比较好，NMC811/NCA在4.2V的比容量最高。因此，这些材料在一定时期内，将得到较大的发展，以满足未来大规模移动储能(例如电动车)的需求。

　　锂离子电池正极材料的生产技术经历来二十多年的发展，其主流工艺逐步集中在以控制结晶/固相反应工艺为基础的技术路线。该技术路线以控制结晶制备前驱体为技术核心，可以在材料的四个层面对其性能进行优化。

　　该技术路线所制备材料具有颗粒形貌易控制，均匀性、一致性和重现性好的特点。且材料的堆积密度高，可提高电池的能量密度。由于该技术路线所制备材料具有相对最好的综合性能，因此控制结晶/固相反应技术路线为今天产业界所普遍接受。

　　为了满足电动车和储能产业对电极材料的高品质和大规模的需求，基于工业4.0的概念，我国已经发展了包括粉体自动输送的信息化、自动化和智能化的大规模生产技术。

　　固定储能和移动储能产业的快速发展，拉动了锂离子电池正极材料的技术进步。在正极材料制备技术的发展过程中，以前侧重单元技术工艺的研发，主要通过材料的结构调控来优化材料加工性能和电化学性能。

　　而未来的大规模智能制造，一方面仍然需要关注单元技术工艺的可规模性，更需要关注单元技术工艺之间的反馈与联动效率，从而提高大规模制造过程的能效，提高产品稳定性。在这一技术发展的早期阶段，我国科研工作者做出了不可或缺的创新性贡献。目前我国已经成为锂离子电池正极材料的最大生产国，占比超过50%。研发力量规模也是全球最大，我们相信在未来的大规模智能制造阶段，我国科学工作者在新工艺、新设备、智能化等方面也将做出重要贡献。

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