锂离子电池三元材料:工艺技术及生产应用 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子版 mobi 在线

《锂离子电池三元材料—工艺技术及生产应用》是国内*条自主设计制造的锂电池三元材料生产线、国内首家三元材料企业十年来专注于三元材料产业化的成果总结。

本书将实际经验与合成理论相结合，总结了三元材料制造各个环节的基本原理和工艺特点，并对三元材料的市场前景进行了详细分析。具体内容包括三元材料的特点、三元材料合成理论和研发方向；三元材料相关金属资源；三元材料前驱体制备、成品煅烧和粉体制备；三元材料关键技术指标控制优化；三元材料检测方法；三元材料应用技术、应用领域、市场前景和专利分析。

《锂离子电池三元材料—工艺技术及生产应用》既有丰富具体的实践内容，又有相适应的理论分析，是从事新能源汽车、锂离子电池、锂离子电池正极材料以及正极材料相关原材料和矿产资源投资开发、行业研究人员的重要参考书；更是从事正极材料产品研发、设计、生产、销售的技术人员、管理人员、教学人员、分析检测人员、相关研究生和本科生的工具书。

1概述

1.1　锂离子电池工作原理及基本组成/ 001

1.1.1　锂离子电池工作原理/ 001

1.1.2　锂离子电池组成/ 002

1.2　相关术语/ 006

1.2.1　电池的电压/ 006

1.2.2　电池的容量和比容量/ 007

1.2.3　电池的能量和比能量/ 008

1.2.4　电池的功率和比功率/ 009

1.2.5　充放电速率/ 010

1.2.6　放电深度/ 010

1.2.7　库仑效率/ 010

1.2.8　电池内阻/ 010

1.2.9　电池寿命/ 010

参考文献/ 011

2锂离子电池正极材料简介

2.1　层状正极材料/ 014

2.1.1　LiCoO2正极材料/ 014

2.1.2　LiNiO2正极材料/ 020

2.1.3　层状LiMnO2材料/ 026

2.2　高容量富锂材料/ 028

2.2.1　富锂材料的结构特征/ 029

2.2.2　富锂材料的电化学性能/ 030

2.2.3　富锂材料存在问题及其改性/ 031

2.2.4　富锂材料的研发方向/ 033

2.3　尖晶石锰酸锂/ 035

2.3.1　4V尖晶石锰酸锂/ 035

2.3.2　5V尖晶石镍锰酸锂/ 039

2.4　聚阴离子正极材料/ 043

2.4.1　LiMPO4（M=Fe，Mn）材料/ 043

2.4.2　Li3V2(PO4)3材料/ 048

2.4.3　LiVPO4F材料/ 050

2.4.4　硅酸盐类材料/ 051

参考文献/ 058

3三元正极材料的性能

3.1　三元正极材料的结构及电化学性能/ 068

3.1.1　三元材料的结构/ 068

3.1.2　三元材料的电化学性能/ 070

3.2　三元材料存在问题及改性/ 076

3.2.1　三元材料存在的问题/ 076

3.2.2　三元材料的改性/ 079

3.3　三元材料研发方向/ 086

3.3.1　高容量三元材料（NCA）的研究/ 087

3.3.2　高功率三元材料的研究/ 090

3.3.3　合成方法的改进/ 091

3.3.4　与三元材料匹配的电解液添加剂的研究/ 093

参考文献/ 095

4三元材料的应用领域和市场预测

4.1　全球二次电池产能及消耗/ 099

4.2　锂离子电池应用领域及市场分析/ 100

4.3　锂离子电池常见类型/ 101

4.4　三元材料应用和市场预测/ 103

4.4.1　3C数码/ 103

4.4.2　移动电源/ 105

4.4.3　电动工具/ 106

4.4.4　电动自行车/ 108

4.4.5　电动汽车/ 109

4.4.6　通信/ 116

4.4.7　储能/ 118

4.4.8　电子烟/ 120

4.4.9　可穿戴/ 121

4.5　三元材料的应用实例/ 122

4.5.1　倍率型18650圆柱电池/ 122

4.5.2　能量型18650圆柱电池/ 123

4.5.3　10A·h和20A·h动力软包电池/ 124

4.5.4　三元材料电池组在电动汽车上的应用/ 125

4.5.5　三元材料电池组在电动大巴上的应用/ 126

参考文献/ 128

5三元材料相关金属资源

5.1　全球锂离子电池正极材料对金属资源的消耗/ 129

5.2　金属价格波动对三元材料成本的影响/ 137

5.3　锂资源/ 137

5.3.1　世界及中国锂资源/ 138

5.3.2　碳酸锂、氢氧化锂生产商/ 140

5.3.3　锂的用途及消费/ 143

5.4　镍资源/ 144

5.4.1　世界及中国镍资源/ 144

5.4.2　硫酸镍生产商/ 146

5.4.3　镍的用途与消费/ 147

5.5　钴资源/ 148

5.5.1　世界及中国钴资源/ 149

5.5.2　硫酸钴生产商/ 150

5.5.3　钴的用途及消费/ 151

5.6　锰资源/ 153

5.6.1　世界及中国锰资源/ 153

5.6.2　硫酸锰生产商/ 153

5.6.3　锰的用途及消费/ 154

5.7　金属回收利用/ 154

5.7.1　废旧电池的预处理分选工艺/ 155

5.7.2　有价金属的回收利用工艺/ 156

参考文献/ 159

6三元材料合成方法

6.1　合成方法概述/ 161

6.1.1　溶胶-凝胶法/ 161

6.1.2　水热与溶剂热合成方法/ 163

6.1.3　微波合成/ 165

6.1.4　低热固相反应/ 167

6.1.5　流变相反应法/ 168

6.1.6　自蔓延燃烧合成/ 169

6.2　共沉淀反应/ 170

6.2.1　基本概念/ 170

6.2.2　工艺参数对M(OH)2（M=Ni，Co，Mn）前驱体的影响/ 173

6.3　高温固相反应/ 177

6.3.1　高温的获得和测量/ 177

6.3.2　高温固相合成反应机理/ 178

6.3.3　高温固相合成反应中的几个问题/ 180

6.3.4　高温固相合成反应应用实例/ 181

参考文献/ 186

7前驱体制备工艺及设备

7.1　前驱体制备流程图及过程控制/ 189

7.2　主要原材料/ 191

7.2.1　硫酸镍（NiSO4·6H2O）/ 191

7.2.2　硫酸钴（CoSO4·7H2O）/ 193

7.2.3　硫酸锰（MnSO4·H2O）/ 196

7.3　纯水设备/ 197

7.3.1　水中的杂质[9]/ 197

7.3.2　前驱体纯水水质要求/ 198

7.3.3　纯水制备/ 199

7.4　氮气/ 200

7.5　前驱体反应工艺/ 202

7.5.1　氨水浓度/ 202

7.5.2　pH值/ 203

7.5.3　不同组分前驱体的反应控制/ 208

7.5.4　反应时间/ 210

7.5.5　反应气氛/ 212

7.5.6　固含量/ 213

7.5.7　反应温度/ 215

7.5.8　流量/ 215

7.5.9　杂质/ 215

7.6　搅拌设备/ 216

7.6.1　材质的选择/ 216

7.6.2　搅拌器选择/ 217

7.6.3　反应釜/ 220

7.7　自动化反应控制/ 220

7.7.1　pH值自动控制/ 220

7.7.2　温度控制/ 223

7.7.3　常用控制件选型/ 225

7.8　过滤洗涤工艺及设备/ 226

7.8.1　成饼过滤原理/ 226

7.8.2　过滤介质/ 227

7.8.3　过滤设备/ 229

7.9　干燥工艺及设备/ 231

7.9.1　干燥工艺/ 231

7.9.2　干燥设备/ 232

7.10　前驱体的各项指标及检测方法/ 236

参考文献/ 237

8成品制备工艺及设备

8.1　成品制备工艺和过程检验/ 239

8.2　锂源/ 240

8.2.1　碳酸锂/ 241

8.2.2　氢氧化锂/ 243

8.3　锂化工艺及称量设备/ 245

8.3.1　锂化工艺/ 245

8.3.2　称量设备/ 248

8.4　混合工艺及设备/ 249

8.4.1　混合设备分类/ 250

8.4.2　三元材料混合设备的选择/ 250

8.4.3　三元材料常见混合设备/ 251

8.4.4　高速混合机和球磨混合机对比/ 254

8.5　煅烧设备/ 255

8.5.1　辊道窑/ 255

8.5.2　辊道窑和推板窑性能对比/ 260

8.5.3　匣钵/ 262

8.5.4　三元材料匣钵自动装卸料系统简介/ 263

8.6　煅烧工艺/ 266

8.6.1　煅烧温度和时间/ 266

8.6.2　烧失率和煅烧气氛/ 269

8.6.3　匣钵层数和装料量/ 270

8.7　前驱体对煅烧工艺及成品性能的影响/ 272

8.7.1　前驱体的氧化/ 273

8.7.2　粒度分布/ 273

8.7.3　形貌/ 274

8.8　粉碎工艺及设备/ 275

8.8.1　粉碎设备的分类/ 275

8.8.2　常见三元材料粉碎设备/ 275

8.8.3　粉碎工艺/ 279

8.9　分级、筛分和包装/ 282

8.9.1　分级/ 282

8.9.2　筛分/ 282

8.9.3　包装/ 284

8.10　磁选除铁/ 285

8.10.1　磁选除铁设备/ 285

8.10.2　磁选除铁案例/ 286

8.11　成品的各项指标及检测方法/ 287

8.12　三元材料关键指标控制方法/ 289

8.12.1　容量/ 289

8.12.2　倍率/ 289

8.12.3　游离锂/ 291

8.12.4　比表面积/ 292

8.13　成品改性工艺及设备/ 294

8.13.1　水洗/ 294

8.13.2　湿法包膜/ 297

8.13.3　机械融合/ 298

8.13.4　喷雾造粒/ 302

参考文献/ 306

9三元材料性能的测试方法、原理及设备

9.1　X射线衍射/ 309

9.1.1　基本原理/ 309

9.1.2　XRD分析实例/ 310

9.1.3　主要设备厂家/ 316

9.2　扫描电子显微镜（SEM）/ 316

9.2.1　SEM基本工作原理及应用/ 317

9.2.2　SEM应用实例/ 317

9.2.3　主要设备厂家/ 321

9.3　粒度分析/ 321

9.3.1　激光粒度仪/ 322

9.3.2　影响测试结果的因素/ 322

9.4　比表面分析/ 324

9.4.1　比表面仪/ 325

9.4.2　比表面积测试结果的影响因素/ 325

9.5　水分分析/ 327

9.5.1　水分分析仪/ 327

9.5.2　影响三元材料水分分析结果的因素/ 327

9.6　振实密度/ 328

9.7　金属元素含量分析/ 329

9.7.1　原子吸收分光光度计（AAS）/ 329

9.7.2　电感耦合等离子体原子发射光谱分析仪（ICP-AES）/ 330

9.7.3　化学滴定分析/ 330

9.7.4　ICP-AES对三元材料中镍、钴、锰、锂的分析/ 333

9.7.5　三元材料镍钴锰滴定分析与ICP-AES分析结果比对/ 334

9.8　热分析/ 335

9.8.1　基本原理/ 335

9.8.2　应用实例/ 336

9.9　材料电化学性能测试/ 337

9.9.1　恒电流充放电测试/ 337

9.9.2　循环伏安法/ 337

9.9.3　交流阻抗法/ 339

9.9.4　锂离子电池性能测试设备和方法/ 341

9.9.5　扣式电池制备工艺及设备/ 341

9.9.6　软包电池制备工艺及设备/ 342

9.9.7　圆柱电池制备工艺及设备/ 343

9.9.8　锂离子电池安全性能测试/ 345

参考文献/ 346

10三元材料使用建议

10.1　首放效率及正负极配比/ 349

10.2　水分控制/ 351

10.3　压实密度/ 352

10.3.1　影响压实密度的因素/ 352

10.3.2　如何提升压实密度/ 353

10.3.3　过压/ 356

10.4　极片掉粉/ 358

10.5　高低温性能/ 358

10.6　三元材料混合使用/ 361

10.6.1　尖晶石锰酸锂和三元材料的混合/ 361

10.6.2　钴酸锂和三元材料的混合/ 364

10.7　三元材料电池安全性能/ 367

10.7.1　电池的热失控/ 367

10.7.2　负极的选择/ 368

10.7.3　电解液的选择/ 369

10.7.4　隔膜的改进/ 370

参考文献/ 371

11国内外主要三元材料企业

11.1　前驱体生产企业/ 373

11.2　三元材料生产企业/ 374

11.2.1　欧美三元材料企业/ 374

11.2.2　日本三元材料企业/ 375

11.2.3　韩国三元材料企业/ 376

11.2.4　中国三元材料企业/ 377

12三元材料专利分析

12.1　三元材料NCM专利分析/ 381

12.1.1　专利申请总体状况/ 381

12.1.2　NCM材料的重要专利/ 383

12.1.3　国内外主要企业分析/ 384

12.1.4　小结/ 391

12.2　NCA专利分析/ 392

12.2.1　专利申请总体情况/ 392

12.2.2　NCA材料的重要专利/ 393

12.2.3　国内外主要企业分析/ 394

12.2.4　小结/ 401

附录Ⅰ三元材料相关化学滴定方法

Ⅰ.1　原料硫酸镍/氯化镍中镍含量的测定/ 403

Ⅰ.2　硫酸钴/氯化钴/钴酸锂中钴含量的测定/ 404

Ⅰ.3　硫酸锰/氯化锰中锰含量的测定/ 404

Ⅰ.4　三元材料中的镍钴锰总含量测定/ 405

附录Ⅱ软包电池和圆柱电池制作工序

Ⅱ.1　软包电池制作程序/ 407

Ⅱ.2　圆柱电池18650制作程序/ 409

王伟东博士简介

深圳市天骄科技开发有限公司总经理。1988年毕业于中南大学获硕士学位。1995年毕业于英国帝国学院，获电化学工程博士学位。在加拿大，新加坡，和新西兰从事多年高能锂离子电源的开发生产工作。在加拿大工作期间开发的锂离子电池技术被加拿大产业界成功应用于生产，1997年获得“加拿大国家研究院新技术产业化奖”。

2004年和投资者共同创建深圳市天骄科技开发有限公司。首次自主设计制造了国内首条锂电池三元材料生产线，实现了镍钴锰酸锂系列三元材料的产业化。

曾获得国务院颁发的第二届百名华人华侨专业人士“杰出创业奖”、深圳市龙岗区科技创新奖区长奖、2011年被认定为深圳市海外高层次人才。

仇卫华： 北京科技大学退休教师，现任深圳天骄科技有限公司首席技术专家。1976年12月毕业于北京钢铁学院冶金物理化学专业（现北京科技大学）。1977-1978年在中南大学化学系冶金部物理化学教师进修班学习。毕业后主要从事本科生和研究生的教学工作及科研工作。从事过电镀非晶态合金，沥青基活性碳纤维的制备和应用等科研项目。从1990年开始从事锂电池关键材料的研究和开发工作。1993年在美国宾西法尼亚大学进行了锂离子电池负极材料的合作研究。20多年来研究过锂离子电池正、负极材料和电解质材料。取得一项美国专利，作为申请人申请国家发明专利十余项，已授权十项，在国内外核心刊物发表学术论文80余篇，SCI和EI收录40余篇。

丁倩倩：深圳市天骄科技开发有限公司研发中心副主任。毕业于中南大学，2007年加入深圳市天骄科技开发有限公司，一直从事三元材料研发、生产相关工作。主持和参与天骄NCM523、NCM701515、NCA等材料的开发，并成功实现产业化；申请国家发明专利6项；发表三元材料相关文章7篇。

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三元系正极材料历经多年在3C 数码电池、电动自行车等动力电池体系历练，能量密度不断提高，产品性能不断完善，可以更好地帮助车企达成延长续航里程的目标。近年来美国特斯拉纯电动车成功使用日本松下制造的镍钴铝酸锂（NCA）圆柱电池体系，只是三元材料广泛应用于电动车动力电池的步。随着电动汽车产业的迅速发展，三元材料会不断拓展市场份额，有望成为电动汽车动力电池的正极材料体系。

三元材料的迅速发展在国内外带动了一大批相关产业群。包括相关矿产资源、金属盐类、正极材料生产、电池加工企业、电池后续应用企业。据统计，2013年全球三元材料销售量近5 万吨，带动上下游近百亿美元产值。

目前国内外还没有专门系统介绍三元材料技术及市场应用方面的书籍。笔者把自己十年来专注于三元材料产业化的实际经验和合成理论、工艺技术、制造装备、检验方法、资源消耗、应用技术、市场分析和预测等相结合，阐述了三元材料的技

术现状和应用前景。

《锂离子电池三元材料—工艺技术及生产应用》总结了三元材料制造各个环节的基本原理和工艺特点。具体内容包括三元材料的特点、合成理论和研发方向；三元材料相关金属资源；三元材料前驱体制备、成品、煅烧和粉体制备；三元材料关键技术指标控制优化；三元材料检测方法；三元材料应用技术、应用领域、市场前景和专利分析。

本书既有丰富具体和全面的实践内容，又有相适应的理论分析，是从事新能源汽车、锂离子电池、锂离子电池正极材料以及正极材料相关原材料和矿产资源投资开发、行业研究人员的重要参考书，更是从事正极材料产品研发、设计、生产、销售的技术人员、管理人员、教学人员、分析检测人员、研究生、本科生的工具书。

国内三元材料近年来快速发展的主要问题是研发投入、技术、工艺和装备水平与国外差距较大；在产品性能不能满足电动汽车动力电池要求的同时低端产品却产能过剩。笔者希望通过总结十年来国内三元材料行业的技术实践，推动三元材料行业产业升级。

全书由王伟东策划、构思和组织编写。本书编写人员有国内三元材料制造技术专家、学者和多年从事三元材料研发的高级工程师。深圳市天骄科技开发有限公司研究院的研发人员参与了资料收集和整理工作。具体各章节内容及编写人员是，第1 ～ 3 章、第6 章由仇卫华编写；第4章由王伟东编写；第5 ～第7 章由丁倩倩编写；第8 章由王海涛、丁倩倩编写；第9章由仇卫华、丁倩倩、张芳编写；第10章由丁倩倩、仇卫华、王伟东编写；第11章由张芳编写；第12章由余碧涛编写。

尹春鹏绘制了工艺流程图和设备结构图，提供了部分前驱体反应设备、干燥设备和自动控制的编写资料。关豪元为成品制备工艺、三元材料关键指标控制，金属资源回收提供了资料和数据。张祥为电池制作工艺和电池检测部分提供了资料。杨凯为前驱体制备工艺提供了部分数据和资料。段小刚为三元材料合成理论和三元材料混合使用提供了部分数据和资料。钟毅为成品制备设备提供了部分资料。张芳为本书做了大量的资料整理工作。

感谢李建刚、陈光森、王庆生多年来对天骄科技三元材料研发、应用等方面给予的支持和帮助。

三元材料制造还是一个新型行业，近年来规模迅速扩大，工艺装备技术和市场应用日新月异，本书很多资料收集还不够完善，对于实际生产的经验总结不够全面，书中不足之处，敬请有关专家与广大读者批评指正。

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编辑推荐

三元材料还是一个新型行业，近年来规模迅速扩大，工艺装备技术和市场应用日新月异，是一片蓝海。

笔者在这个领域躬耕10年，目前是业内翘楚，在我们的争取下，笔者今将10年理论与实践经验汇集出书以飨读者。

媒体评论

1．三元材料(包括NCA)是应用面很广的锂离子电池正极材料。在动力电池中,日韩厂商已普遍采用三元材料作正极，配以新型负极材料(如硅碳复合材料)，已经能够将电池比能量做到150Wh/Kg左右。由于市场、技术、竞争等多个方面的因素，国内锂电池企业才刚刚开始在动力电池中试用三元材料，电芯性能尚有差距。国内对三元材料及其在电池中的应用早就开展了研究，但工程化和产业化不够。国内电池企业应尽快与研究单位和原材料企业合作，在短期内生产出高能量密度的合格动力电池产品。希望《锂离子电池三元材料》这本书的出版能加速三元材料的产业化进程，从而推动我国动力电池产业的发展。

--中国工程院院士，陈立泉

2．王伟东博士2004年创建中国首家三元材料企业—深圳市天骄科技开发有限公司，天骄的成长史就是中国三元材料行业的发展简史。电动汽车的快速发展必将带动电池相关产业链再次腾飞。

--深圳市天骄科技开发有限公司天使投资人松禾资本合伙人，厉伟

3.三元材料作为高能量密度正极材料，有望成为新能源汽车动力电池的主流正极材料。该专著的出版发行，将对我国三元材料的技术开发和产业化发展起到重要的促进作用！

--中国化学与物理电源行业协会秘书长，刘彦龙

4．我一直是作者的三元材料用户，我相信这本书应该是作者多年来在这个领域耕耘的经验总结，锂电池材料制造和研发的一族应该从本书受益良多。

--毛焕宇博士

5．这是国内外首次出版的关于锂离子电池三元材料的专著。作者把自己10年来专注于三元材料产业化的实际经验和合成理论，新工艺新设备，检验方法，资源消耗，应用技术，市场分析和预测相结合， 全面阐述了三元材料的技术现状和应用前景，对于电池材料研究及生产有重要的参考作用。

--北京大学教授，夏定国

6．天骄科技是众和股份整合资源、布局新能源产业链的核心，王伟东博士出版三元材料著作体现了天骄科技的技术引领与开放共赢。

--福建众和股份有限公司董事长、总裁，许建成

7．电动车使我们减少对化石能源的依赖，实现环保的汽车梦。三元材料成功应用于动力电池为我们实现梦想又走出了坚实的一步。

--北京恒基伟业集团董事长，张征宇博士