三元锂NCM正极材料的烧结是锂电池正极材料生产过程中的核心环节之一。烧结是指在一定的温度下（700℃-1000℃），将前驱体和锂源进行固相反应，生成完整晶型的层状结构的LiMO2（M为NCM或NCA）。目前，三元正极材料通常采用氢氧化镍钴锰粉体、氢氧化镍钴铝粉体为前驱体，并通过固相烧结法制备镍钴锰酸锂（NCM）三元正极材料。

生产烧结工艺一般采用隧道窑工艺。混合后的粉料通过推车、匣钵或托盘等形式分批进入隧道窑，经过升温烧结一定时间后，取出粉料进行冷却。烧结温度和时间的控制对于正极材料的性能具有重要影响，过高或过低的温度以及过长或过短的时间都可能导致材料性能下降。

实验或中试可采用西格马正极材料箱式气氛炉，该正极材料箱式气氛炉模拟隧道窑的结构、气氛控制、匣钵摆放等工艺，可以为中试及产业化提供更为可靠的实验数据。

在晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，所需煅烧温度也越高。各种晶体由于键合情况不同，煅烧温度相差也很大，因此不同比例的三元材料煅烧温度具有较大的差异性，这跟镍氧、锰氧、钴氧的键合情况具有很大的关联性。即使对于同一种晶体的结晶度也不是一个固定不变的值，所以采用不同厂家或不同工艺路线所生产出的三元前驱体生产三元材料时确认的较佳煅烧温度各不相同。不同组分的三元材料煅烧温度也不同。一般情况下，镍含量越高，煅烧温度越低。如NCM442烧结温度为950℃左右、NCM622烧结温度为850-900℃左右、NCM811烧结温度为700-800℃

温度主要是影响化学反应速率。在前驱体的反应中，温度升高成核和生长速度都变快，但是温度过高会造成前驱体氧化，以及造成反应过程无法控制、前驱体结构改变等问题，所以在不影响反应的前提下温度尽量高 一点。

烧结过程中，前驱体和锂源发生固相反应，形成层状结构的LiMO2。这种层状结构具有良好的离子传导性能和结构稳定性，能够提高电池的循环寿命和安全性能。

同时，三元材料煅烧过程中，吸收了一定量的氧气参加反应，同时也排出了大量的气体，锂源不同时，排出的废气不同。用碳酸锂为锂源时，废气是二氧化碳和水蒸气；用氢氧化锂为锂源时，废气主要是水蒸气。

锂源为碳酸锂时，每公斤成品的产物为5.2mol的二氧化碳和10.4mol的水蒸气；

锂源为氢氧化锂，每公斤成品的产物为26mol的水蒸气。

不同的锂源消耗的氧气相同。

按照气体体积公式，在标准态下，每摩尔气体的体积是22.4L。

将理论耗氧量和废气产生量计算成标准态下的体积，5.2mol二氧化碳体积为116.5L,10.4mol水蒸气体积为233L, 26mol水蒸气体积为582L,2.6mol的氧气体积为58L，对应空气为278L。

煅烧过程中的产气体积大于耗气体积，所以在煅烧过程中既要保证产生的废气及时排出，也要保证有足够的氧气供应。若废气排出不及时或氧气短缺，会造成煅烧炉的炉膛内氧分压不断降低，反应平衡向左移动，导致反应速度的减慢，不利于晶粒的生成以及长大。会导致反应不完全，影响材料性能。

过程中要确保有足够多的氧分压。增加氧分压的方法有：

1）、增加进气量和增加排气量，稀释反应产生的气体浓度；

2）、减少煅烧量从而减少废气的量；

3）、纯氧气煅烧。综合生产成本来考虑，在提高产能的同时，厂家一般会选择增加进气量和排气量的方法来增加氧气分压。

粒度分布对煅烧时间和煅烧温度的影响

前驱体粒径大小不一样，需要的煅烧温度也不相同。粒径越小，从颗粒表面到中心的传热需要的时间越短，如果煅烧温度相同，颗粒越小，煅烧需要的时间越短，单晶成长越快。

形貌对于煅烧温度的影响

不同工艺参数生产出来的前驱体形貌各不相同，单晶颗粒细小的前驱体，需要的煅烧温度较低，成品单晶也较小；前驱体单晶成厚片状的，煅烧的成品单晶也较大，两种形貌的成品压实密度和倍率性能都会有所不同。

因此，在烧结过程中需要控制好温度、时间和气氛等参数，以确保材料的质量和性能。

三元锂NCM正极材料的烧结是锂电池正极材料生产过程中的关键环节，通过固相反应形成层状结构的LiMO2。烧结工艺的控制对于材料的性能具有重要影响，需要注意温度、时间和气氛等参数的控制，以确保材料的质量和性能。

匣钵层数和装料量

目前，常用的三元材料辊道窑为双列辊道窑，不同厂家使用辊道窑煅烧三元材料时，匣钵堆放层数不同，一般有单层双列、双层双列、三层双列。随着层数的增加，不同位置物料的实际升温曲线和设定的升温曲线有所偏差。匣钵层数除了对温度有影响，还对煅烧气氛有影响。摆放层数太多，会造成窑炉中气体流通受阻，且位于下层的匣钵也不能和空气充分接触，不仅不能得到充分的氧气，产生的废气也不能及时排走，对产品品质产生很大影响。

层数不同时，不同层数之间传热速率不同，不同层数物料周围的气氛也不同，物料的反应和煅烧条件有一定的差异，导致不同层数的物料煅烧完毕后的物化性能也不相同，随着匣钵层数的增多，上层物料和下层物料的物化性能上也表现出一定的差异，主要表现在材料表面游离锂含量、材料的pH值和比表面积。

其中双层匣钵煅烧的产品又分为上层匣钵产品和下层匣钵产品。三层匣钵煅烧的产品分为上层匣钵产品、中层匣钵产品、下层匣钵产品。随着匣钵层数的增加，不论是上层匣钵产品还是下层匣钵产品的碳酸根、pH值、比表面积都有所增加，处于中层和下层的产品增加更明显。

匣钵的装料量和匣钵层数对材料产生的影响类似，装料量越多，处于内部的物料升温越慢，氧气的进入和废气的排出也越慢，最直接的就是导致材料表面游离锂残余量增加、比表面积增加。

单个匣钵装料量分别为2kg、3kg、4kg、5kg时，处于上层的匣钵中产品表面游离锂含量和处于下层匣钵中产品表面游离锂含量典型值。当单个匣钵的装料量为2kg时，上层匣钵的物料和下层匣钵的物料表面碳酸根、比表面积、pH值几乎相等；随着单个匣钵装料量的增加，不论是上层匣钵还是下层匣钵，其表面游离锂、比表面积、pH值都相应增加，但下层匣钵中产品的增加更明显。

匣钵层数的增加或者单个匣钵装料量的增加都会使材料的表面游离锂、pH值、比表面积增加。但两种方式对材料的影响程度并不一样，采用每个匣钵少装料但匣钵层数较多的方法，优于每个匣钵多装料以降低匣钵层数的方法。因为虽然匣钵堆叠起来后匣钵之间的空隙很小，但仍然比物料直接堆积起来的情况要好。

PH 过高会导致前驱体晶体成核速度过快，一次颗粒小而致密，但二次颗粒粒径分布会变宽;PH 过低会 导致成核速度过慢，晶核生长占主导，导致前驱体团聚体中的一次颗粒过大，二次颗粒间团聚体增多，造成材料间空隙变多，从而导致前驱体比表面积过大。此外，PH 值偏离，会造成前驱体中元素配比失衡，镍元素含量变化会继承到正极材料中，进而影响锂电池能量密度.