《鋰離子電池三元材料：工藝技術及生產應用》是國內第一條自主設計制造的鋰電池三元材料生產線、國內首家三元材料企業(yè)十年來專注于三元材料產業(yè)化的成果總結。
《鋰離子電池三元材料：工藝技術及生產應用》將實際經驗與合成理論相結合，總結了三元材料制造各個環(huán)節(jié)的基本原理和工藝特點，并對三元材料的市場前景進行了詳細分析。具體內容包括三元材料的特點、三元材料合成理論和研發(fā)方向；三元材料相關金屬資源；三元材料前驅體制備、成品煅燒和粉體制備；三元材料關鍵技術指標控制優(yōu)化；三元材料檢測方法；三元材料應用技術、應用領域、市場前景和專利分析。
《鋰離子電池三元材料—工藝技術及生產應用》既有豐富具體的實踐內容，又有相適應的理論分析，是從事新能源汽車、鋰離子電池、鋰離子電池正極材料以及正極材料相關原材料和礦產資源投資開發(fā)、行業(yè)研究人員的重要參考書；更是從事正極材料產品研發(fā)、設計、生產、銷售的技術人員、管理人員、教學人員、分析檢測人員、相關研究生和本科生的工具書。
三元材料還是一個新型行業(yè)，近年來規(guī)模迅速擴大，工藝裝備技術和市場應用日新月異，是一片藍海。
筆者在這個領域躬耕10年，目前是業(yè)內翹楚，在我們的爭取下，筆者今將10年理論與實踐經驗匯集出書以饗讀者。
王偉東博士，深圳市天驕科技開發(fā)有限公司總經理。1988年畢業(yè)于中南大學獲碩士學位。1995年畢業(yè)于英國帝國學院，獲電化學工程博士學位。在加拿大，新加坡，和新西蘭從事多年高能鋰離子電源的開發(fā)生產工作。在加拿大工作期間開發(fā)的鋰離子電池技術被加拿大產業(yè)界成功應用于生產，1997年獲得“加拿大國家研究院新技術產業(yè)化獎”。
2004年和投資者共同創(chuàng)建深圳市天驕科技開發(fā)有限公司。首次自主設計制造了國內首條鋰電池三元材料生產線，實現了鎳鈷錳酸鋰系列三元材料的產業(yè)化。
曾獲得國務院頒發(fā)的第二屆百名華人華僑專業(yè)人士“杰出創(chuàng)業(yè)獎”、深圳市龍崗區(qū)科技創(chuàng)新獎區(qū)長獎、2011年被認定為深圳市海外高層次人才。
仇衛(wèi)華，北京科技大學退休教師，現任深圳天驕科技有限公司首席技術專家。1976年12月畢業(yè)于北京鋼鐵學院冶金物理化學專業(yè)（現北京科技大學）。1977-1978年在中南大學化學系冶金部物理化學教師進修班學習。畢業(yè)后主要從事本科生和研究生的教學工作及科研工作。從事過電鍍非晶態(tài)合金，瀝青基活性碳纖維的制備和應用等科研項目。從1990年開始從事鋰電池關鍵材料的研究和開發(fā)工作。1993年在美國賓西法尼亞大學進行了鋰離子電池負極材料的合作研究。20多年來研究過鋰離子電池正、負極材料和電解質材料。取得一項美國專利，作為第一申請人申請國家發(fā)明專利十余項，已授權十項，在國內外核心刊物發(fā)表學術論文80余篇，SCI和EI收錄40余篇。
丁倩倩，深圳市天驕科技開發(fā)有限公司研發(fā)中心副主任。畢業(yè)于中南大學，2007年加入深圳市天驕科技開發(fā)有限公司，一直從事三元材料研發(fā)、生產相關工作。主持和參與天驕NCM523、NCM701515、NCA等材料的開發(fā)，并成功實現產業(yè)化；申請國家發(fā)明專利6項；發(fā)表三元材料相關文章7篇。
1 概述
1.1 鋰離子電池工作原理及基本組成 / 001
1.1.1 鋰離子電池工作原理 / 001
1.1.2 鋰離子電池組成 / 002
1.2 相關術語 / 006
1.2.1 電池的電壓 / 006
1.2.2 電池的容量和比容量 / 007
1.2.3 電池的能量和比能量 / 008
1.2.4 電池的功率和比功率 / 009
1.2.5 充放電速率 / 010
1.2.6 放電深度 / 010
1.2.7 庫侖效率 / 010
1.2.8 電池內阻 / 010
1.2.9 電池壽命 / 010
參考文獻 / 011
2 鋰離子電池正極材料簡介
2.1 層狀正極材料 / 014
2.1.1 LiCoO2正極材料 / 014
2.1.2 LiNiO2正極材料 / 020
2.1.3 層狀LiMnO2材料 / 026
2.2 高容量富鋰材料 / 028
2.2.1 富鋰材料的結構特征 / 029
2.2.2 富鋰材料的電化學性能 / 030
2.2.3 富鋰材料存在問題及其改性 / 031
2.2.4 富鋰材料的研發(fā)方向 / 033
2.3 尖晶石錳酸鋰 / 035
2.3.1 4V尖晶石錳酸鋰 / 035
2.3.2 5V尖晶石鎳錳酸鋰 / 039
2.4 聚陰離子正極材料 / 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 硅酸鹽類材料 / 051
參考文獻 / 058
3 三元正極材料的性能
3.1 三元正極材料的結構及電化學性能 / 068
3.1.1 三元材料的結構 / 068
3.1.2 三元材料的電化學性能 / 070
3.2 三元材料存在問題及改性 / 076
3.2.1 三元材料存在的問題 / 076
3.2.2 三元材料的改性 / 079
3.3 三元材料研發(fā)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 合成方法的改進 / 091
3.3.4 與三元材料匹配的電解液添加劑的研究 / 093
參考文獻 / 095
4 三元材料的應用領域和市場預測
4.1 全球二次電池產能及消耗 / 099
4.2 鋰離子電池應用領域及市場分析 / 100
4.3 鋰離子電池常見類型 / 101
4.4 三元材料應用和市場預測 / 103
4.4.1 3C數碼 / 103
4.4.2 移動電源 / 105
4.4.3 電動工具 / 106
4.4.4 電動自行車 / 108
4.4.5 電動汽車 / 109
4.4.6 通信 / 116
4.4.7 儲能 / 118
4.4.8 電子煙 / 120
4.4.9 可穿戴 / 121
4.5 三元材料的應用實例 / 122
4.5.1 倍率型18650圓柱電池 / 122
4.5.2 能量型18650圓柱電池 / 123
4.5.3 10A·h和20A·h動力軟包電池 / 124
4.5.4 三元材料電池組在電動汽車上的應用 / 125
4.5.5 三元材料電池組在電動大巴上的應用 / 126
參考文獻 / 128
5 三元材料相關金屬資源
5.1 全球鋰離子電池正極材料對金屬資源的消耗 / 129
5.2 金屬價格波動對三元材料成本的影響 / 137
5.3 鋰資源 / 137
5.3.1 世界及中國鋰資源 / 138
5.3.2 碳酸鋰、氫氧化鋰生產商 / 140
5.3.3 鋰的用途及消費 / 143
5.4 鎳資源 / 144
5.4.1 世界及中國鎳資源 / 144
5.4.2 硫酸鎳生產商 / 146
5.4.3 鎳的用途與消費 / 147
5.5 鈷資源 / 148
5.5.1 世界及中國鈷資源 / 149
5.5.2 硫酸鈷生產商 / 150
5.5.3 鈷的用途及消費 / 151
5.6 錳資源 / 153
5.6.1 世界及中國錳資源 / 153
5.6.2 硫酸錳生產商 / 153
5.6.3 錳的用途及消費 / 154
5.7 金屬回收利用 / 154
5.7.1 廢舊電池的預處理分選工藝 / 155
5.7.2 有價金屬的回收利用工藝 / 156
參考文獻 / 159
6 三元材料合成方法
6.1 合成方法概述 / 161
6.1.1 溶膠-凝膠法 / 161
6.1.2 水熱與溶劑熱合成方法 / 163
6.1.3 微波合成 / 165
6.1.4 低熱固相反應 / 167
6.1.5 流變相反應法 / 168
6.1.6 自蔓延燃燒合成 / 169
6.2 共沉淀反應 / 170
6.2.1 基本概念 / 170
6.2.2 工藝參數對M(OH)2（M=Ni，Co，Mn）前驅體的影響 / 173
6.3 高溫固相反應 / 177
6.3.1 高溫的獲得和測量 / 177
6.3.2 高溫固相合成反應機理 / 178
6.3.3 高溫固相合成反應中的幾個問題 / 180
6.3.4 高溫固相合成反應應用實例 / 181
參考文獻 / 186
7 前驅體制備工藝及設備
7.1 前驅體制備流程圖及過程控制 / 189
7.2 主要原材料 / 191
7.2.1 硫酸鎳（NiSO4·6H2O） / 191
7.2.2 硫酸鈷（CoSO4·7H2O） / 193
7.2.3 硫酸錳（MnSO4·H2O） / 196
7.3 純水設備 / 197
7.3.1 水中的雜質[9] / 197
7.3.2 前驅體純水水質要求 / 198
7.3.3 純水制備 / 199
7.4 氮氣 / 200
7.5 前驅體反應工藝 / 202
7.5.1 氨水濃度 / 202
7.5.2 pH值 / 203
7.5.3 不同組分前驅體的反應控制 / 208
7.5.4 反應時間 / 210
7.5.5 反應氣氛 / 212
7.5.6 固含量 / 213
7.5.7 反應溫度 / 215
7.5.8 流量 / 215
7.5.9 雜質 / 215
7.6 攪拌設備 / 216
7.6.1 材質的選擇 / 216
7.6.2 攪拌器選擇 / 217
7.6.3 反應釜 / 220
7.7 自動化反應控制 / 220
7.7.1 pH值自動控制 / 220
7.7.2 溫度控制 / 223
7.7.3 常用控制件選型 / 225
7.8 過濾洗滌工藝及設備 / 226
7.8.1 成餅過濾原理 / 226
7.8.2 過濾介質 / 227
7.8.3 過濾設備 / 229
7.9 干燥工藝及設備 / 231
7.9.1 干燥工藝 / 231
7.9.2 干燥設備 / 232
7.10 前驅體的各項指標及檢測方法 / 236
參考文獻 / 237
8 成品制備工藝及設備
8.1 成品制備工藝和過程檢驗 / 239
8.2 鋰源 / 240
8.2.1 碳酸鋰 / 241
8.2.2 氫氧化鋰 / 243
8.3 鋰化工藝及稱量設備 / 245
8.3.1 鋰化工藝 / 245
8.3.2 稱量設備 / 248
8.4 混合工藝及設備 / 249
8.4.1 混合設備分類 / 250
8.4.2 三元材料混合設備的選擇 / 250
8.4.3 三元材料常見混合設備 / 251
8.4.4 高速混合機和球磨混合機對比 / 254
8.5 煅燒設備 / 255
8.5.1 輥道窯 / 255
8.5.2 輥道窯和推板窯性能對比 / 260
8.5.3 匣缽 / 262
8.5.4 三元材料匣缽自動裝卸料系統(tǒng)簡介 / 263
8.6 煅燒工藝 / 266
8.6.1 煅燒溫度和時間 / 266
8.6.2 燒失率和煅燒氣氛 / 269
8.6.3 匣缽層數和裝料量 / 270
8.7 前驅體對煅燒工藝及成品性能的影響 / 272
8.7.1 前驅體的氧化 / 273
8.7.2 粒度分布 / 273
8.7.3 形貌 / 274
8.8 粉碎工藝及設備 / 275
8.8.1 粉碎設備的分類 / 275
8.8.2 常見三元材料粉碎設備 / 275
8.8.3 粉碎工藝 / 279
8.9 分級、篩分和包裝 / 282
8.9.1 分級 / 282
8.9.2 篩分 / 282
8.9.3 包裝 / 284
8.10 磁選除鐵 / 285
8.10.1 磁選除鐵設備 / 285
8.10.2 磁選除鐵案例 / 286
8.11 成品的各項指標及檢測方法 / 287
8.12 三元材料關鍵指標控制方法 / 289
8.12.1 容量 / 289
8.12.2 倍率 / 289
8.12.3 游離鋰 / 291
8.12.4 比表面積 / 292
8.13 成品改性工藝及設備 / 294
8.13.1 水洗 / 294
8.13.2 濕法包膜 / 297
8.13.3 機械融合 / 298
8.13.4 噴霧造粒 / 302
參考文獻 / 306
9 三元材料性能的測試方法、原理及設備
9.1 X射線衍射 / 309
9.1.1 基本原理 / 309
9.1.2 XRD分析實例 / 310
9.1.3 主要設備廠家 / 316
9.2 掃描電子顯微鏡（SEM） / 316
9.2.1 SEM基本工作原理及應用 / 317
9.2.2 SEM應用實例 / 317
9.2.3 主要設備廠家 / 321
9.3 粒度分析 / 321
9.3.1 激光粒度儀 / 322
9.3.2 影響測試結果的因素 / 322
9.4 比表面分析 / 324
9.4.1 比表面儀 / 325
9.4.2 比表面積測試結果的影響因素 / 325
9.5 水分分析 / 327
9.5.1 水分分析儀 / 327
9.5.2 影響三元材料水分分析結果的因素 / 327
9.6 振實密度 / 328
9.7 金屬元素含量分析 / 329
9.7.1 原子吸收分光光度計（AAS） / 329
9.7.2 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析儀（ICP-AES） / 330
9.7.3 化學滴定分析 / 330
9.7.4 ICP-AES對三元材料中鎳、鈷、錳、鋰的分析 / 333
9.7.5 三元材料鎳鈷錳滴定分析與ICP-AES分析結果比對 / 334
9.8 熱分析 / 335
9.8.1 基本原理 / 335
9.8.2 應用實例 / 336
9.9 材料電化學性能測試 / 337
9.9.1 恒電流充放電測試 / 337
9.9.2 循環(huán)伏安法 / 337
9.9.3 交流阻抗法 / 339
9.9.4 鋰離子電池性能測試設備和方法 / 341
9.9.5 扣式電池制備工藝及設備 / 341
9.9.6 軟包電池制備工藝及設備 / 342
9.9.7 圓柱電池制備工藝及設備 / 343
9.9.8 鋰離子電池安全性能測試 / 345
參考文獻 / 346
10 三元材料使用建議
10.1 首放效率及正負極配比 / 349
10.2 水分控制 / 351
10.3 壓實密度 / 352
10.3.1 影響壓實密度的因素 / 352
10.3.2 如何提升壓實密度 / 353
10.3.3 過壓 / 356
10.4 極片掉粉 / 358
10.5 高低溫性能 / 358
10.6 三元材料混合使用 / 361
10.6.1 尖晶石錳酸鋰和三元材料的混合 / 361
10.6.2 鈷酸鋰和三元材料的混合 / 364
10.7 三元材料電池安全性能 / 367
10.7.1 電池的熱失控 / 367
10.7.2 負極的選擇 / 368
10.7.3 電解液的選擇 / 369
10.7.4 隔膜的改進 / 370
參考文獻 / 371
11 國內外主要三元材料企業(yè)
11.1 前驅體生產企業(yè) / 373
11.2 三元材料生產企業(yè) / 374
11.2.1 歐美三元材料企業(yè) / 374
11.2.2 日本三元材料企業(yè) / 375
11.2.3 韓國三元材料企業(yè) / 376
11.2.4 中國三元材料企業(yè) / 377
12 三元材料專利分析
12.1 三元材料NCM專利分析 / 381
12.1.1 專利申請總體狀況 / 381
12.1.2 NCM材料的重要專利 / 383
12.1.3 國內外主要企業(yè)分析 / 384
12.1.4 小結 / 391
12.2 NCA專利分析 / 392
12.2.1 專利申請總體情況 / 392
12.2.2 NCA材料的重要專利 / 393
12.2.3 國內外主要企業(yè)分析 / 394
12.2.4 小結 / 401
附錄Ⅰ 三元材料相關化學滴定方法
Ⅰ.1 原料硫酸鎳/氯化鎳中鎳含量的測定 / 403
Ⅰ.2 硫酸鈷/氯化鈷/鈷酸鋰中鈷含量的測定 / 404
Ⅰ.3 硫酸錳/氯化錳中錳含量的測定 / 404
Ⅰ.4 三元材料中的鎳鈷錳總含量測定 / 405
附錄Ⅱ 軟包電池和圓柱電池制作工序
Ⅱ.1 軟包電池制作程序 / 407
Ⅱ.2 圓柱電池18650制作程序 / 409
三元系正極材料歷經多年在3C數碼電池、電動自行車等動力電池體系歷練，能量密度不斷提高，產品性能不斷完善，可以更好地幫助車企達成延長續(xù)航里程的目標。近年來美國特斯拉純電動車成功使用日本松下制造的鎳鈷鋁酸鋰（NCA）圓柱電池體系，只是三元材料廣泛應用于電動車動力電池的第一步。隨著電動汽車產業(yè)的迅速發(fā)展，三元材料會不斷拓展市場份額，有望成為電動汽車動力電池的首選正極材料體系。
三元材料的迅速發(fā)展在國內外帶動了一大批相關產業(yè)群。包括相關礦產資源、金屬鹽類、正極材料生產、電池加工企業(yè)、電池后續(xù)應用企業(yè)。據統(tǒng)計，2013年全球三元材料銷售量近5萬噸，帶動上下游近百億美元產值。
目前國內外還沒有專門系統(tǒng)介紹三元材料技術及市場應用方面的書籍。筆者把自己十年來專注于三元材料產業(yè)化的實際經驗和合成理論、工藝技術、制造裝備、檢驗方法、資源消耗、應用技術、市場分析和預測等相結合，闡述了三元材料的技術現狀和應用前景。
《鋰離子電池三元材料—工藝技術及生產應用》總結了三元材料制造各個環(huán)節(jié)的基本原理和工藝特點。具體內容包括三元材料的特點、合成理論和研發(fā)方向；三元材料相關金屬資源；三元材料前驅體制備、成品、煅燒和粉體制備；三元材料關鍵技術指標控制優(yōu)化；三元材料檢測方法；三元材料應用技術、應用領域、市場前景和專利分析。
本書既有豐富具體和全面的實踐內容，又有相適應的理論分析，是從事新能源汽車、鋰離子電池、鋰離子電池正極材料以及正極材料相關原材料和礦產資源投資開發(fā)、行業(yè)研究人員的重要參考書，更是從事正極材料產品研發(fā)、設計、生產、銷售的技術人員、管理人員、教學人員、分析檢測人員、研究生、本科生的工具書。
國內三元材料近年來快速發(fā)展的主要問題是研發(fā)投入、技術、工藝和裝備水平與國外差距較大；在產品性能不能滿足電動汽車動力電池要求的同時低端產品卻產能過剩。筆者希望通過總結十年來國內三元材料行業(yè)的技術實踐，推動三元材料行業(yè)產業(yè)升級。
全書由王偉東策劃、構思和組織編寫。本書編寫人員有國內三元材料制造技術專家、學者和多年從事三元材料研發(fā)的高級工程師。深圳市天驕科技開發(fā)有限公司研究院的研發(fā)人員參與了資料收集和整理工作。具體各章節(jié)內容及編寫人員是，第1～3章、第6章由仇衛(wèi)華編寫；第4章由王偉東編寫；第5～第7章由丁倩倩編寫；第8章由王海濤、丁倩倩編寫；第9章由仇衛(wèi)華、丁倩倩、張芳編寫；第10章由丁倩倩、仇衛(wèi)華、王偉東編寫；第11章由張芳編寫；第12章由余碧濤編寫。
尹春鵬繪制了工藝流程圖和設備結構圖，提供了部分前驅體反應設備、干燥設備和自動控制的編寫資料。關豪元為成品制備工藝、三元材料關鍵指標控制，金屬資源回收提供了資料和數據。張祥為電池制作工藝和電池檢測部分提供了資料。楊凱為前驅體制備工藝提供了部分數據和資料。段小剛為三元材料合成理論和三元材料混合使用提供了部分數據和資料。鐘毅為成品制備設備提供了部分資料。張芳為本書做了大量的資料整理工作。
感謝李建剛、陳光森、王慶生多年來對天驕科技三元材料研發(fā)、應用等方面給予的支持和幫助。
三元材料制造還是一個新型行業(yè)，近年來規(guī)模迅速擴大，工藝裝備技術和市場應用日新月異，本書很多資料收集還不夠完善，對于實際生產的經驗總結不夠全面，書中不足之處，敬請有關專家與廣大讀者批評指正。
……
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