在新能源產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的今天，鋰離子電池作為核心儲(chǔ)能載體，其性能提升離不開關(guān)鍵正極材料的突破。鎳鈷錳酸鋰（LiNixCoyMn1?x?yO2，簡(jiǎn)稱NCM）就是這樣一種支撐起現(xiàn)代鋰電產(chǎn)業(yè)的核心三元正極材料，它憑借優(yōu)異的綜合性能，成為電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域的主流選擇。下面我們就從基礎(chǔ)認(rèn)知入手，詳細(xì)了解這種材料的特性、應(yīng)用場(chǎng)景，以及當(dāng)前主流的噴霧干燥制備技術(shù)及具體案例。

鎳鈷錳酸鋰是一種復(fù)合層狀氧化物，屬于鎳鈷多元氧化物體系，常見型號(hào)包括111、523、622、811等，不同型號(hào)對(duì)應(yīng)鎳、鈷、錳三種元素的比例差異。其核心優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了三種元素的性能協(xié)同：融合了鎳酸鋰的高容量、鈷酸鋰的優(yōu)異倍率性能與循環(huán)穩(wěn)定性，以及錳酸鋰的低成本和高安全性，因此被公認(rèn)為最具應(yīng)用前景的正極材料之一。不過它也存在一定缺陷，比如元素混排、熱穩(wěn)定性較差、循環(huán)過程中易產(chǎn)生微裂紋等問題，可能導(dǎo)致電池容量衰減和安全隱患，這也是當(dāng)前行業(yè)改性研究的重點(diǎn)方向。

從應(yīng)用場(chǎng)景來看，鎳鈷錳酸鋰的核心價(jià)值集中在鋰離子電池領(lǐng)域，進(jìn)而輻射到多個(gè)關(guān)鍵行業(yè)。首先是電動(dòng)汽車行業(yè)，隨著全球交通電氣化轉(zhuǎn)型，高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命的動(dòng)力電池需求激增，鎳鈷錳酸鋰憑借高容量特性，成為主流電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的核心正極材料，像主流的三元鋰電池大多采用該材料體系。其次是儲(chǔ)能行業(yè)，在電力系統(tǒng)儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能等場(chǎng)景中，該材料制成的電池因兼具能量密度與穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)，能滿足長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能、頻繁充放電的需求，是儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要核心材料。此外，消費(fèi)電子行業(yè)也是其重要應(yīng)用領(lǐng)域，手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦等便攜式設(shè)備使用的鋰離子電池，部分采用鎳鈷錳酸鋰材料以提升續(xù)航能力。截至2025年，該材料在全球鋰電正極材料市場(chǎng)的份額已超過30%，預(yù)計(jì)到2030年需求量將以年均18%以上的增速攀升，市場(chǎng)規(guī)模有望突破千億美元大關(guān)。

在鎳鈷錳酸鋰的制備工藝中，噴霧干燥技術(shù)因能實(shí)現(xiàn)前驅(qū)體的高效成型、保證產(chǎn)物均勻性，成為行業(yè)主流的關(guān)鍵工藝之一。該技術(shù)的核心原理是將含鎳、鈷、錳的金屬鹽混合溶液霧化成細(xì)小霧滴，在高溫氣流中快速干燥形成球形前驅(qū)體粉末，再經(jīng)后續(xù)燒結(jié)得到成品，具有干燥效率高、產(chǎn)物形貌可控、適合工業(yè)化量產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。下面為大家詳細(xì)介紹三個(gè)不同應(yīng)用導(dǎo)向的那艾儀器噴霧干燥機(jī)制備案例，涵蓋高鎳低鈷、富鋰錳基等主流研發(fā)方向。

第一個(gè)案例是高鎳低鈷型NCM材料的噴霧干燥制備，聚焦電動(dòng)汽車高能量密度需求。該案例以碳酸化合物為原料，制備Ni?.??Co?.??Mn?.??CO?前驅(qū)體，目標(biāo)產(chǎn)物為高鎳型LiNi?.??Co?.??Mn?.??O?材料。在噴霧干燥環(huán)節(jié)，原料配置為濃度15%的金屬鹽混合溶液，嚴(yán)格控制鐵、銅等雜質(zhì)含量在ppm級(jí)別，避免影響電池電化學(xué)性能。采用離心式噴霧干燥機(jī)，轉(zhuǎn)速設(shè)定為15000轉(zhuǎn)/分鐘，確保霧滴平均粒徑控制在5-10μm；進(jìn)風(fēng)溫度調(diào)節(jié)為200℃，因高鎳材料中鎳活性較高，較低的進(jìn)風(fēng)溫度可避免鎳離子過度氧化，出風(fēng)溫度控制在130℃左右，保證前驅(qū)體含水量在0.1%-0.5%之間。干燥后的前驅(qū)體與LiOH·H?O按比例混合（Li過量5wt%），先在480℃下煅燒5小時(shí)，再在氧氣氛圍中分別于780℃和800℃下燒結(jié)15小時(shí)得到成品。性能測(cè)試顯示，780℃燒結(jié)的材料電化學(xué)性能更優(yōu)，在0.1C倍率下首次放電容量達(dá)190.76mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后容量保持率仍有66.80%，能很好滿足電動(dòng)汽車動(dòng)力電池對(duì)高能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性的需求。

第二個(gè)案例是富鋰錳基型NCM材料的制備，側(cè)重提升電池循環(huán)壽命，適用于儲(chǔ)能場(chǎng)景。該案例目標(biāo)產(chǎn)物為L(zhǎng)i(1+x)Ni?.???Co?.???Mn?.???O(2.175+x/2)（x取值0.3-0.6），通過噴霧干燥制備多孔球形前驅(qū)體，以增強(qiáng)材料的離子傳輸能力。原料為鎳、鈷、錳金屬鹽混合溶液，濃度控制在20%，進(jìn)料速度通過高精度蠕動(dòng)泵穩(wěn)定在0.3kg/h，波動(dòng)范圍不超過±3%，確保霧化穩(wěn)定性。噴霧干燥參數(shù)設(shè)定為：離心式霧化器轉(zhuǎn)速12000轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)風(fēng)溫度220℃，出風(fēng)溫度150℃，風(fēng)量調(diào)節(jié)為800m3/h，使霧滴在干燥室內(nèi)停留時(shí)間約15秒，充分干燥后形成多孔球形前驅(qū)體。后續(xù)燒結(jié)工藝為：先在空氣中500℃預(yù)燒3小時(shí)，再升溫至850℃燒結(jié)10小時(shí)。性能測(cè)試表明，當(dāng)x=0.4時(shí)材料性能最優(yōu)，在2.0-4.8V電壓范圍、25mA/g電流密度下，首次放電比容量高達(dá)277.5mAh/g，20周循環(huán)后容量保持率達(dá)95.3%，即使在500mA/g的高倍率下，放電比容量仍有192.5mAh/g，能滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)長(zhǎng)循環(huán)、高穩(wěn)定性的使用要求。

第三個(gè)案例是工業(yè)級(jí)規(guī)模化制備案例，聚焦生產(chǎn)效率與環(huán)保性，適用于大批量動(dòng)力電池材料生產(chǎn)。該案例以硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳為原料，配置濃度25%的混合溶液，通過在線凈化裝置進(jìn)一步降低雜質(zhì)含量，保障原料純度。采用大型離心式噴霧干燥機(jī)，霧化器轉(zhuǎn)速8000轉(zhuǎn)/分鐘，霧化盤直徑150mm，進(jìn)料速度提升至15kg/h，滿足工業(yè)化量產(chǎn)需求。干燥參數(shù)優(yōu)化為：進(jìn)風(fēng)溫度260℃，出風(fēng)溫度190℃，風(fēng)量調(diào)節(jié)為6000m3/h，霧滴停留時(shí)間約20秒，通過兩級(jí)分離系統(tǒng)（旋風(fēng)分離器+袋式過濾器）收集產(chǎn)物，分離效率達(dá)95%以上，既保證產(chǎn)物回收率，又確保尾氣排放符合環(huán)保要求。前驅(qū)體經(jīng)燒結(jié)后得到NCM523型成品，其平均粒徑為12μm，比表面積15m2/g，在0.2C倍率下首次放電容量165mAh/g，循環(huán)50次容量保持率96%，各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定，且生產(chǎn)過程中污水排放量較傳統(tǒng)共沉淀法減少30%，實(shí)現(xiàn)了高效與環(huán)保的平衡。

綜上，鎳鈷錳酸鋰作為鋰電產(chǎn)業(yè)的核心材料，其應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋了電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、消費(fèi)電子等關(guān)鍵領(lǐng)域，而噴霧干燥技術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為實(shí)現(xiàn)該材料高性能、規(guī)?；苽涞年P(guān)鍵支撐。不同導(dǎo)向的制備案例表明，通過優(yōu)化噴霧干燥參數(shù)與后續(xù)燒結(jié)工藝，可精準(zhǔn)調(diào)控材料性能，以匹配不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。隨著行業(yè)對(duì)高鎳低鈷、長(zhǎng)循環(huán)壽命材料的需求提升，噴霧干燥技術(shù)也將朝著更精準(zhǔn)的參數(shù)控制、更環(huán)保的生產(chǎn)流程方向升級(jí)，進(jìn)一步推動(dòng)鎳鈷錳酸鋰材料的性能突破與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用拓展。