三元前驅(qū)體、磷酸鐵鋰、富鋰錳基等鋰離子電池正極材料，是新能源動力電池、儲能電池行業(yè)的核心原材料，當(dāng)前新能源汽車和大規(guī)模儲能產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式增長，市場對正極材料的顆粒均勻性、振實(shí)密度、批次穩(wěn)定性要求越來越高，傳統(tǒng)固相混合+煅燒工藝容易出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚、成分分布不均的問題，直接影響電池的循環(huán)壽命和倍率性能，行業(yè)迫切需要穩(wěn)定可控的前置制粉工藝。

鋰離子電池正極材料的漿料大多是金屬氫氧化物或鹽類的混合分散液，本身固含量波動范圍大，部分高鎳體系對溫度敏感，過高溫度容易導(dǎo)致材料氧化失活，而且最終要求粉體顆粒球形度好、流動性高、振實(shí)密度達(dá)標(biāo)，傳統(tǒng)的烘箱干燥+粉碎工藝不僅批次穩(wěn)定性差，還容易引入雜質(zhì)，噴霧干燥可以一步完成漿料霧化、干燥、造粒，剛好匹配行業(yè)需求，但不同體系的正極材料工藝參數(shù)差異很大，需要針對性調(diào)試。

案例1：NCM811高鎳三元前驅(qū)體制備

某新能源材料企業(yè)開發(fā)動力車用高鎳三元正極材料，核心需求是得到球形度好、成分均勻的NCM811三元前驅(qū)體粉體，避免后續(xù)煅燒出現(xiàn)成分偏析，影響電池容量。本次實(shí)驗(yàn)用的是鎳鈷錳氫氧化物混合漿料，固含量控制在35%，不需要添加壁材，選用那艾實(shí)驗(yàn)室小型噴霧干燥機(jī)NAI-LSD，搭配二流體霧化器，溶劑用去離子水，一開始調(diào)試的時候試過進(jìn)風(fēng)溫度180℃，結(jié)果出風(fēng)溫度只有70℃，出來的粉末含水率偏高，放了兩個小時就吸潮結(jié)塊，后來調(diào)整參數(shù)，進(jìn)風(fēng)溫度升到200℃，出風(fēng)溫度穩(wěn)定在90℃，進(jìn)料流速設(shè)置為15mL/min，霧化壓力0.2MPa，整個過程環(huán)境氧含量控制在50ppm以下避免高鎳氧化，干燥后收集到的粉末球形率達(dá)到92%，收率達(dá)到91%，批次內(nèi)顆粒粒徑變異系數(shù)小于3%，完全滿足后續(xù)煅燒的要求，而且不需要再粉碎過篩，直接就能進(jìn)入下一步工序。

案例2：磷酸鐵鋰正極材料前驅(qū)體制備

某儲能電池材料企業(yè)開發(fā)低成本大容量儲能用磷酸鐵鋰正極，需要將磷酸鐵、鋰源、碳源均勻混合后制粒，要求最終干燥后的粉體碳分布均勻，振實(shí)密度高，傳統(tǒng)共沉淀干燥后粉碎容易破壞碳的均勻包覆層。本次實(shí)驗(yàn)物料是磷酸鐵+碳酸鋰+葡萄糖的水基混合漿料，固含量28%，沒有額外添加壁材，因?yàn)樾枰糯蠊に噮?shù)，選用那艾離心式噴霧干燥機(jī)NAI-CSD5，采用離心霧化方式，溶劑是去離子水，一開始設(shè)置進(jìn)風(fēng)溫度220℃，出風(fēng)溫度105℃，結(jié)果出來的粉體葡萄糖提前碳化，部分顆粒表面出現(xiàn)硬殼，內(nèi)部還有水分殘留，后來降低進(jìn)風(fēng)溫度到190℃，調(diào)整離心轉(zhuǎn)速為12000rpm，進(jìn)料流量控制在120kg/h，出風(fēng)溫度穩(wěn)定在85℃，這次出來的粉體，葡萄糖在顆粒表面均勻成膜，沒有提前碳化，收集后收率達(dá)到88%，振實(shí)密度達(dá)到1.25g/cm3，比傳統(tǒng)工藝提高了18%，后續(xù)煅燒后得到的磷酸鐵鋰粉體，碳包覆均勻性提升了20%，電池循環(huán)500次容量保持率從91%提升到96%，效果很明顯。

案例3：富鋰錳基正極材料造粒

某研究團(tuán)隊開發(fā)高能量密度富鋰錳基正極材料，小試階段需要制備均一的摻雜改性粉體，解決富鋰錳基循環(huán)過程中電壓衰減的問題，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)量不大，而且需要摻雜劑在顆粒內(nèi)部均勻分布，選用那艾實(shí)驗(yàn)室小型噴霧干燥機(jī)NAI-LSD，采用二流體霧化，物料是錳酸鋰摻雜鎳、鈷鹽的水溶液，固含量18%，不需要添加壁材，溶劑為去離子水，一開始因?yàn)楣毯科?，進(jìn)料速度設(shè)置為20mL/min，結(jié)果出來的顆粒太細(xì)，收率只有不到60%，大部分都跟著排風(fēng)走了，后來調(diào)整參數(shù)，進(jìn)風(fēng)溫度保持195℃，出風(fēng)溫度控制在82℃，降低進(jìn)料流速到10mL/min，提高霧化壓力到0.25MPa，調(diào)整后得到的顆粒粒徑集中在10-20μm，符合電極涂覆的要求，最終粉體收率達(dá)到82%，活性成分保留率達(dá)到98%，后續(xù)扣電測試顯示，材料的比容量達(dá)到250mAh/g，電壓衰減率比手工研磨制樣降低了40%，完全滿足小試研發(fā)的要求，而且整個過程不到一天就能拿到樣品，比傳統(tǒng)烘箱干燥快了好幾天。

三個不同體系鋰離子電池正極材料的應(yīng)用案例可以看出，那艾噴霧干燥針對不同固含量、不同特性的正極漿料，都能通過調(diào)整參數(shù)得到符合要求的球形造粒粉體，對于高鎳這類熱敏性體系，控制好進(jìn)風(fēng)溫度和環(huán)境氧含量就能避免氧化失活，對于磷酸鐵鋰這類需要包覆的體系，合適的溫度能保證包覆劑不提前失效，對于小試研發(fā)的少量樣品，小型設(shè)備也能穩(wěn)定拿到符合后續(xù)測試要求的粉體，整體來看噴霧干燥一步造粒、成分均勻的優(yōu)勢，剛好匹配當(dāng)前新能源行業(yè)對正極材料高品質(zhì)的要求，只要參數(shù)調(diào)試得當(dāng)，就能穩(wěn)定得到球形度好、振實(shí)密度高、批次穩(wěn)定的正極前驅(qū)體粉體，不管是實(shí)驗(yàn)室小試開發(fā)還是中試生產(chǎn)，都能適配對應(yīng)的那艾噴霧干燥設(shè)備，滿足不同階段的工藝需求。