目前合成鋰離子正極材料的實(shí)際生產(chǎn)中，一般都采用高溫固相合成法，煅燒是核心工序，也是最為考驗(yàn)廠家技術(shù)的環(huán)節(jié)，當(dāng)前采用軌道窯的燒結(jié)方式需要匣缽作為載體，用于煅燒的鋰電池正極材料多為細(xì)粉狀，滲透能力強(qiáng)，材料中的鋰離子屬于強(qiáng)堿性物質(zhì)，對(duì)匣缽材料有很強(qiáng)的侵蝕性，因此煅燒工序需要消耗大量的匣缽，尤其是高鎳三元材料，使用了比碳酸鋰堿性更強(qiáng)的氫氧化鋰作為原料，高溫下對(duì)匣缽的腐蝕更明顯，因此對(duì)匣缽消耗量更大。據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，受益于新能源市場(chǎng)的爆發(fā)，正極材料專用陶瓷匣缽供不應(yīng)求。

▲三元材料生產(chǎn)關(guān)鍵流程及設(shè)備

匣缽屬于窯具材料的一種，通常配合棚板、推板等使用。匣缽最早主要用于陶瓷行業(yè)，因各學(xué)科相互交融，匣缽也逐漸作為承裝電池材料粉體的載體用于合成正極材料，其作用主要是避免在合成過程中由于鼓風(fēng)、吹氧、移動(dòng)等造成合成粉體物料的損失和污染，同時(shí)在正極材料入窯和出窯過程中方便工人操作。匣缽按材質(zhì)分類主要有粘土質(zhì)、堇青石質(zhì)、剛玉質(zhì)、莫來石質(zhì)、鎂質(zhì)、碳化硅質(zhì)、石墨等材料。

目前正極材料的實(shí)際生產(chǎn)過程中多采用莫來石材質(zhì)、莫來石-堇青石材質(zhì)匣缽材料。莫來石具有較高的荷重軟化溫度，機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但熱膨脹系數(shù)高，所以其抗熱震性不佳，所以作為匣缽材料，使用次數(shù)有限；堇青石熱膨脹系數(shù)小，有良好的抗熱震性，且不易變形，但是韌性差，燒成溫度窄，所以在匣缽方面的應(yīng)用受到一定的阻礙。將堇青石和莫來石進(jìn)行復(fù)合，研制出堇青石-莫來石匣缽，可以既有堇青石良好的抗熱震性，也有莫來石良好的力學(xué)性能，兼顧了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。一般來說鋁含量越高抗三元材料腐蝕能力越強(qiáng)，越不容易產(chǎn)生掉皮、掉渣等現(xiàn)象，例如剛玉-莫來石質(zhì)、氧化鋁質(zhì)具有較好的抗堿腐蝕性能，更利于腐蝕性滿級(jí)的高鎳正極材料的品質(zhì)提升，但其抗熱震性能差的特點(diǎn)，容易開裂損壞且造價(jià)高昂。

▲平底帶缺口-堇青石莫來石匣缽

（圖片來源：宜興益銘）

據(jù)GGII調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)2025年NCM811應(yīng)用占三元正極材料比將超過45%，同時(shí)NCM/NCA的需求將超過100萬噸。根據(jù)目前的行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，普通三元正極使用的匣缽每個(gè)大約60元（主流尺寸330×330×160），單個(gè)匣缽可使用次數(shù)15 次，每噸消耗約11個(gè)匣缽，僅按普通三元材料需求匣缽換算市場(chǎng)容量便有6.6億，而實(shí)際上高鎳三元正極工藝條件更苛刻，其單噸所消耗匣缽數(shù)量比比普通三元材料多很多，匣缽單價(jià)更貴（有市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告支出，高鎳正極每噸消耗的匣缽費(fèi)用是普通三元的近6倍）。因盡管“一鈷難求”讓資源更為豐富的磷酸鐵鋰搶了部分市場(chǎng)份額，但當(dāng)前及未來很長(zhǎng)一段時(shí)間動(dòng)力電池市場(chǎng)三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是絕對(duì)主力，前者成本高但續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，后者續(xù)航略差但成本低且安全性高，在高端電動(dòng)車領(lǐng)域，成本問題相對(duì)于中低端市場(chǎng)較小，且高端車型對(duì)續(xù)航里程的要求更高，中高端乘用車以三元正極材料為主，且三元正極會(huì)朝著高鎳化的趨勢(shì)發(fā)展，伴隨著全球汽車電動(dòng)化的進(jìn)程不斷發(fā)展，正極材料用陶瓷匣缽耗材的需求也必然是增長(zhǎng)的。

不過的應(yīng)用領(lǐng)域及各家工藝不同，匣缽的使用次數(shù)沒有一個(gè)很標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，如上的數(shù)據(jù)也是做一個(gè)大概的市場(chǎng)估算。總的來說對(duì)于主流正極材料企業(yè)，動(dòng)力和消費(fèi)型電池正極的燒結(jié)時(shí)間差異較大，一般來說動(dòng)力正極的燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)于消費(fèi)型正極，高鎳正極的煅燒時(shí)間長(zhǎng)于普通正極，動(dòng)力電池消耗匣缽的數(shù)量更大，如下是一組國(guó)內(nèi)一家中型正極材料企業(yè)生產(chǎn)中匣缽使用次數(shù)的數(shù)據(jù)參考，鈷酸鋰使用20多次，錳酸鋰60~70次，5系三元可以使用50次左右，8系則明顯消耗更快，僅使用15~20次就需更換，而一些國(guó)內(nèi)頭部動(dòng)力電池企業(yè)代工要求更高，往往使用約7次就要更換。

不過，值得我們注意的是，磷酸鐵鋰正極材料并不使用氧化物系的匣缽材料而是使用性價(jià)比更高的石墨匣缽。磷酸鐵鋰與三元材料、鈷酸鋰不同的是，它是在還原氣氛下燒結(jié)，因此可以使用石墨匣缽。

匣缽作為高溫固相合成法的承燒材料，不僅是裝運(yùn)電池正極材料的容器，同時(shí)又是一個(gè)需要周期性反復(fù)使用的器件，其性能的優(yōu)劣，直接影響到電池正極材料的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，目前所使用的匣缽還是有很大的進(jìn)步空間的。

編輯：粉體圈Alpha

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