三元材料還是一個新型行業(yè)，近年來規(guī)模迅速擴(kuò)大，工藝裝備技術(shù)和市場應(yīng)用日新月異，是一片藍(lán)海。
筆者在這個領(lǐng)域躬耕10年，目前是業(yè)內(nèi)翹楚，在我們的爭取下，筆者今將10年理論與實踐經(jīng)驗匯集出書以饗讀者。
王偉東博士簡介
深圳市天驕科技開發(fā)有限公司總經(jīng)理。1988年畢業(yè)于中南大學(xué)獲碩士學(xué)位。1995年畢業(yè)于英國帝國學(xué)院，獲電化學(xué)工程博士學(xué)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(chǎn)工作。在加拿大工作期間開發(fā)的鋰離子電池技術(shù)被加拿大產(chǎn)業(yè)界成功應(yīng)用于生產(chǎn)，1997年獲得“加拿大國家研究院新技術(shù)產(chǎn)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(shè)計制造了國內(nèi)首條鋰電池三元材料生產(chǎn)線，實現(xiàn)了鎳鈷錳酸鋰系列三元材料的產(chǎn)業(yè)化。
曾獲得國務(wù)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(rèn)定為深圳市海外高層次人才。
仇衛(wèi)華： 北京科技大學(xué)退休教師，現(xiàn)任深圳天驕科技有限公司首席技術(shù)專家。1976年12月畢業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院冶金物理化學(xué)專業(yè)(現(xiàn)北京科技大學(xué))。1977-1978年在中南大學(xué)化學(xué)系冶金部物理化學(xué)教師進(jìn)修班學(xué)習(xí)。畢業(yè)后主要從事本科生和研究生的教學(xué)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(yīng)用等科研項目。從1990年開始從事鋰電池關(guān)鍵材料的研究和開發(fā)工作。1993年在美國賓西法尼亞大學(xué)進(jìn)行了鋰離子電池負(fù)極材料的合作研究。20多年來研究過鋰離子電池正、負(fù)極材料和電解質(zhì)材料。取得一項美國專利，作為及時申請人申請國家發(fā)明專利十余項，已授權(quán)十項，在國內(nèi)外核心刊物發(fā)表學(xué)術(shù)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(xué)，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(chǎn)相關(guān)工作。主持和參與天驕NCM523、NCM701515、NCA等材料的開發(fā)，并成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；申請國家發(fā)明專利6項；發(fā)表三元材料相關(guān)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(guān)術(shù)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(nèi)阻 / 010
1.2.9電池壽命 / 010
參考文獻(xiàn) / 011
2 鋰離子電池正極材料簡介
2.1層狀正極材料 / 014
2.1.1LiCoO2正極材料 / 014
2.1.2LiNiO2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(jié)構(gòu)特征 / 029
2.2.2富鋰材料的電化學(xué)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
2.3.14V尖晶石錳酸鋰 / 035
2.3.25V尖晶石鎳錳酸鋰 / 039
2.4聚陰離子正極材料 / 043
2.4.1LiMPO4(M=Fe，Mn)材料 / 043
2.4.2Li3V2(PO4)3材料 / 048
2.4.3LiVPO4F材料 / 050
2.4.4硅酸鹽類材料 / 051
參考文獻(xiàn) / 058
3 三元正極材料的性能
3.1三元正極材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能 / 068
3.1.1三元材料的結(jié)構(gòu) / 068
3.1.2三元材料的電化學(xué)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(jìn) / 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(xiàn) / 095
4 三元材料的應(yīng)用領(lǐng)域和市場預(yù)測
4.1全球二次電池產(chǎn)能及消耗 / 099
4.2鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用和市場預(yù)測 / 103
4.4.13C數(shù)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(yīng)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
4.5.310A 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(yīng)用 / 125
4.5.5三元材料電池組在電動大巴上的應(yīng)用 / 126
參考文獻(xiàn) / 128
5 三元材料相關(guān)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(yù)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(xiàn) / 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(yīng) / 167
6.1.5流變相反應(yīng)法 / 168
6.1.6自蔓延燃燒合成 / 169
6.2共沉淀反應(yīng) / 170
6.2.1基本概念 / 170
6.2.2工藝參數(shù)對M(OH)2(M=Ni，Co，Mn)前驅(qū)體的影響 / 173
6.3高溫固相反應(yīng) / 177
6.3.1高溫的獲得和測量 / 177
6.3.2高溫固相合成反應(yīng)機理 / 178
6.3.3高溫固相合成反應(yīng)中的幾個問題 / 180
6.3.4高溫固相合成反應(yīng)應(yīng)用實例 / 181
參考文獻(xiàn) / 186
7 前驅(qū)體制備工藝及設(shè)備
7.1前驅(qū)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(shè)備 / 197
7.3.1水中的雜質(zhì)[9] / 197
7.3.2前驅(qū)體純水水質(zhì)要求 / 198
7.3.3純水制備 / 199
7.4氮氣 / 200
7.5前驅(qū)體反應(yīng)工藝 / 202
7.5.1氨水濃度 / 202
7.5.2pH值 / 203
7.5.3不同組分前驅(qū)體的反應(yīng)控制 / 208
7.5.4反應(yīng)時間 / 210
7.5.5反應(yīng)氣氛 / 212
7.5.6固含量 / 213
7.5.7反應(yīng)溫度 / 215
7.5.8流量 / 215
7.5.9雜質(zhì) / 215
7.6攪拌設(shè)備 / 216
7.6.1材質(zhì)的選擇 / 216
7.6.2攪拌器選擇 / 217
7.6.3反應(yīng)釜 / 220
7.7自動化反應(yīng)控制 / 220
7.7.1pH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(shè)備 / 226
7.8.1成餅過濾原理 / 226
7.8.2過濾介質(zhì) / 227
7.8.3過濾設(shè)備 / 229
7.9干燥工藝及設(shè)備 / 231
7.9.1干燥工藝 / 231
7.9.2干燥設(shè)備 / 232
7.10前驅(qū)體的各項指標(biāo)及檢測方法 / 236
參考文獻(xiàn) / 237
8 成品制備工藝及設(shè)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(shè)備 / 245
8.3.1鋰化工藝 / 245
8.3.2稱量設(shè)備 / 248
8.4混合工藝及設(shè)備 / 249
8.4.1混合設(shè)備分類 / 250
8.4.2三元材料混合設(shè)備的選擇 / 250
8.4.3三元材料常見混合設(shè)備 / 251
8.4.4高速混合機和球磨混合機對比 / 254
8.5煅燒設(shè)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(shù)和裝料量 / 270
8.7前驅(qū)體對煅燒工藝及成品性能的影響 / 272
8.7.1前驅(qū)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(shè)備 / 275
8.8.1粉碎設(shè)備的分類 / 275
8.8.2常見三元材料粉碎設(shè)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(shè)備 / 285
8.10.2磁選除鐵案例 / 286
8.11成品的各項指標(biāo)及檢測方法 / 287
8.12三元材料關(guān)鍵指標(biāo)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(shè)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(xiàn) / 306
9 三元材料性能的測試方法、原理及設(shè)備
9.1X射線衍射 / 309
9.1.1基本原理 / 309
9.1.2XRD分析實例 / 310
9.1.3主要設(shè)備廠家 / 316
9.2掃描電子顯微鏡(SEM) / 316
9.2.1SEM基本工作原理及應(yīng)用 / 317
9.2.2SEM應(yīng)用實例 / 317
9.2.3主要設(shè)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(jié)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(jié)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(jié)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(xué)滴定分析 / 330
9.7.4ICP-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(jié)果比對 / 334
9.8熱分析 / 335
9.8.1基本原理 / 335
9.8.2應(yīng)用實例 / 336
9.9材料電化學(xué)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(shè)備和方法 / 341
9.9.5扣式電池制備工藝及設(shè)備 / 341
9.9.6軟包電池制備工藝及設(shè)備 / 342
9.9.7圓柱電池制備工藝及設(shè)備 / 343
9.9.8鋰離子電池安全性能測試 / 345
參考文獻(xiàn) / 346
10 三元材料使用建議
10.1首放效率及正負(fù)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(fù)極的選擇 / 368
10.7.3電解液的選擇 / 369
10.7.4隔膜的改進(jìn) / 370
參考文獻(xiàn) / 371
11 國內(nèi)外主要三元材料企業(yè)
11.1前驅(qū)體生產(chǎn)企業(yè) / 373
11.2三元材料生產(chǎn)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
12.1.2NCM材料的重要專利 / 383
12.1.3國內(nèi)外主要企業(yè)分析 / 384
12.1.4小結(jié) / 391
12.2NCA專利分析 / 392
12.2.1專利申請總體情況 / 392
12.2.2NCA材料的重要專利 / 393
12.2.3國內(nèi)外主要企業(yè)分析 / 394
12.2.4小結(jié) / 401
附錄Ⅰ 三元材料相關(guān)化學(xué)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(jīng)多年在3C 數(shù)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(chǎn)品性能不斷完善，可以更好地幫助車企達(dá)成延長續(xù)航里程的目標(biāo)。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(yīng)用于電動車動力電池的及時步。隨著電動汽車產(chǎn)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正極材料體系。
三元材料的迅速發(fā)展在國內(nèi)外帶動了一大批相關(guān)產(chǎn)業(yè)群。包括相關(guān)礦產(chǎn)資源、金屬鹽類、正極材料生產(chǎn)、電池加工企業(yè)、電池后續(xù)應(yīng)用企業(yè)。據(jù)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(chǎn)值。
目前國內(nèi)外還沒有專門系統(tǒng)介紹三元材料技術(shù)及市場應(yīng)用方面的書籍。筆者把自己十年來專注于三元材料產(chǎn)業(yè)化的實際經(jīng)驗和合成理論、工藝技術(shù)、制造裝備、檢驗方法、資源消耗、應(yīng)用技術(shù)、市場分析和預(yù)測等相結(jié)合，闡述了三元材料的
1.三元材料(包括NCA)是應(yīng)用面很廣的鋰離子電池正極材料。在動力電池中,日韓廠商已普遍采用三元材料作正極，配以新型負(fù)極材料(如硅碳復(fù)合材料)，已經(jīng)能夠?qū)㈦姵乇饶芰孔龅?50Wh/Kg左右。由于市場、技術(shù)、競爭等多個方面的因素，國內(nèi)鋰電池企業(yè)才剛剛開始在動力電池中試用三元材料，電芯性能尚有差距。國內(nèi)對三元材料及其在電池中的應(yīng)用早就開展了研究，但工程化和產(chǎn)業(yè)化不夠。國內(nèi)電池企業(yè)應(yīng)盡快與研究單位和原材料企業(yè)合作，在短期內(nèi)生產(chǎn)出高能量密度的合格動力電池產(chǎn)品。希望《鋰離子電池三元材料》這本書的出版能加速三元材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，從而推動我國動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
--中國工程院院士，陳立泉
2.王偉東博士2004年創(chuàng)建中國首家三元材料企業(yè)—深圳市天驕科技開發(fā)有限公司，天驕的成長史就是中國三元材料行業(yè)的發(fā)展簡史。電動汽車的快速發(fā)展必將帶動電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈再次騰飛。
--深圳市天驕科技開發(fā)有限公司天使投資人松禾資本合伙人，厲偉
3.三元材料作為高能量密度正極材料，有望成為新能源汽車動力電池的主流正極材料。該專著的出版發(fā)行，將對我國三元材料的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起到重要的促進(jìn)作用！
--中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長，劉彥龍
4.我一直是作者的三元材料用戶，我相信這本書應(yīng)該是作者多年來在這個領(lǐng)域耕耘的經(jīng)驗總結(jié)，鋰電池材料制造和研發(fā)的一族應(yīng)該從本書受益良多。
--毛煥宇博士
5.這是國內(nèi)外首次出版的關(guān)于鋰離子電池三元材料的專著。作者把自己10年來專注于三元材料產(chǎn)業(yè)化的實際經(jīng)驗和合成理論，新工藝新設(shè)備，檢驗方法，資源消耗，應(yīng)用技術(shù)，市場分析和預(yù)測相結(jié)合， 闡述了三元材料的技術(shù)現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，對于電池材料研究及生產(chǎn)有重要的參考作用。
--北京大學(xué)教授，夏定國
6.天驕科技是眾和股份整合資源、布局新能源產(chǎn)業(yè)鏈的核心，王偉東博士出版三元材料著作體現(xiàn)了天驕科技的技術(shù)引領(lǐng)與開放共贏。
--福建眾和股份有限公司董事長、總裁，許建成
7.電動車使我們減少對化石能源的依賴，實現(xiàn)環(huán)保的汽車夢。三元材料成功應(yīng)用于動力電池為我們實現(xiàn)夢想又走出了堅實的一步。
--北京恒基偉業(yè)集團(tuán)董事長，張征宇博士
不錯，挺有用的一本書
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書的質(zhì)量好，發(fā)貨速度快
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對于剛接觸三元材料的人幫助很大，好評！
不錯
還可以，可以沒有負(fù)極的工藝
很好
不錯不錯，整體感覺不錯
收到之后很滿意 推薦大家購買
書的內(nèi)容不錯，價格很好，性價比較高，對工作有很大的幫助，很值得學(xué)習(xí)
書的內(nèi)容不錯，價格很好，性價比較高，對工作有很大的幫助，很值得學(xué)習(xí)
給公司買的書，內(nèi)容還算詳實，值得閱讀。
專業(yè)，實用
寶貝收到了，外觀很好看，這樣效果也很好，是正品，發(fā)貨快，質(zhì)量也不錯，還比實體書店價格便宜，不錯的寶貝，好評
新概念是經(jīng)典中俄經(jīng)典，所以沒有什么可挑剔的。不過這套B的后半部門還是有點難度的，個人感覺比1A的前半部分難。也許是AB和1A1B之后不是同一個教育專家出的緣故吧。
不錯…………
一如既往的好，物流很快，是正版書。
書很滿意，裝幀典雅、大方，包裝精美，是一本值得收藏的好書正版，印刷業(yè)很清晰，內(nèi)容更不用說。是一本性價比很高的書。
不錯的一本書，強烈推薦
紙質(zhì)很好，內(nèi)容還在看，不錯
包裝的一點都不嚴(yán)密，郵過來袋子都破了，導(dǎo)致書籍邊上都有蹭到！物流不滿意！
很好的一本書，內(nèi)容全面，排版清晰，全彩頁，看著舒服。
很不錯，就是看到后面的時候開頁了，不知道是我的問題還是書的問題
我是第二次從網(wǎng)上購書了，首先這個發(fā)貨速度挺給力的。包裝精美。里面沒有什么氣味。很高興的一次購物活動。而且價格要比實體店便宜一些。下次我還會從當(dāng)當(dāng)網(wǎng)買的。
科研換方向了，以后做鋰電池了，希望這本書有用