機械行業先進制造業研究框架系列九：鋰電正負極材料設備研究框架鋰電需求旺盛聚焦正負極材料生產設備-20220217（44頁）.pdf

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1、BoseraAssetManagementCo.,Ltd.鋰電正負極材料設備研究框架請仔細閱讀在本報告尾部的重要法律聲明請仔細閱讀在本報告尾部的重要法律聲明僅供機構投資者使用僅供機構投資者使用證券研究報告證券研究報告2022年2月鋰電需求旺盛，聚焦正負極材料生產設備【華西機械】先進制造業研究框架系列九2常用方法：高溫固相反應預處理造粒石墨化混料包覆整形計量包裝反應釜連續性造粒設備球磨機等真空上料機氣流磨旋風除塵器混料機三元次振動篩設備混料機連續性反應釜混料篩分超微整形機石墨化爐計量包裝系統鋰電材料需求正極35%其他28%隔膜12%電解液13%負極12%三元材料磷酸鐵鋰鈷酸鋰錳酸鋰天然石墨人造石

2、墨其他，如非碳類人造石墨負極設備投資額約1億元+/萬噸（石墨化自主加工預計接近2億元）設備投資額：高鎳三元鋰約2億元/萬噸常規三元鋰約1.5億元/萬噸磷酸鐵鋰約1.2億元/萬噸鈷酸鋰約1.7億元/萬噸人造石墨占比提升鋰電材料設備需求（=新能產能單位投資額）動力、消費、儲能 測算注：設備投資額僅作為參考，不同項目會有所差異鋰電池正負極材料設備研究框架以人造石墨負極為例1）三元高鎳化2）磷酸鐵鋰和三元材料占比較高投料配混料裝缽燒結粉碎除鐵包裝投料站配料秤裝缽機窯爐粉碎機除鐵器包裝機前驅體等dVaXyXgVnVaZzWmNpOrRaQcM7NsQpPmOoMfQpPpNlOmNvN9PnNzQvPp

3、NpPuOtPoN主要觀點鋰離子電池應用廣泛，正負極材料成本占比較高：鋰電池在動力電池市場、消費電池市場和儲能電池市場有著廣泛應用，其原理是利用鋰離子在電場的作用下的定向運動來完成電荷的傳遞，其正負極均為化學勢隨著鋰離子含量變化的化合物，鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、電解液等組成。其中，正極（成本約占總成本比例約35%）是整個電池中可嵌脫鋰離子的來源，負極（約占總成本比例的12% ）是鋰離子的受體。正極材料包括磷酸鐵鋰、三元材料、鈷酸鋰、錳酸鋰等，且以磷酸鐵鋰和三元材料為主；負極材料包括天然石墨、人造石墨等，且以人造石墨為主。新能源汽車滲透率不斷提升，正負極材料產能快速擴張：2021年我國

4、正極材料產量約111.17萬噸，產量同比增加約100%。2021年我國鋰電負極材料產量約81.59萬噸，同比增長76%。主要受益于新能源汽車滲透率不斷提升，對正負極材料需求逐漸加大。根據我們測算，2025年，全球（動力+消費+儲能）正極和負極材料的需求將分別由2021年的118萬噸和59萬噸提升至603萬噸和302萬噸，預計至2025年我國正極材料產能有望達到640萬噸，負極材料產能有望達到250萬噸，2021-2025年期間產能擴張復合增速分別約為44%和26%。正負極材料設備投資額較高，產能擴張提振設備需求：1）正極加工生產線由配混系統、燒結系統、粉碎系統、水洗系統（僅高鎳）、包裝系統、粉

5、體輸送系統和智能化控制系統構成。以常州當升科技二期工程年產5萬噸的高鎳正極項目為例，其設備購置費約10.90億元，其中輥道窯價值量最高，占比接近36%。2）負極材料以人造石墨為例，基本步驟就包括預處理、熱解、磨球、石墨化（即熱處理，使原本分布雜亂無章的碳原子整齊排列，關鍵技術環節）、混料、包覆、混料篩分、計重、包裝入庫。以璞泰來年產5萬噸高性能鋰離子電池負極材料建設項目為例，主要設備購置費約6.17億元。3）根據我們測算，2021-2025年國內正極材料年均設備需求約162億元（不含前驅體生產設備市場規模），正極前驅體生產設備需求約81億元，負極材料設備年均需求約59億元。受益標的：百利科技具

6、備正負極材料全流程服務能力稀缺標的，設備自制率有望持續提高，鋰電業務在手訂單飽滿。其他受益標的如天通股份等。風險提示：鋰電正負極材料產能擴張不及預期、新能源汽車行業景氣度不及預期、行業競爭加劇。3目錄1 1鋰電正負極材料介紹及需求測算鋰電正負極材料介紹及需求測算正極材料生產工藝及關鍵設備2 2負極材料生產工藝及關鍵設備3 34 4受益標的受益標的5 5風險提示風險提示4 鋰離子電池簡介 正極材料 負極材料 全球正負極材料需求測算1.1 鋰離子電池簡介鋰離子電池：利用鋰離子在電場的作用下的定向運動來完成電荷的傳遞（氧化還原反應），其正負極均為化學勢隨著鋰離子含量變化的化合物。粒子總是從高化學勢向

7、低化學勢區域、相或組元轉移，直到兩者相等才相互處于化學平衡。使用領域較為廣泛：鋰電池在動力電池市場、消費電池市場和儲能電池市場應用廣泛。鋰離子電池的原材料：主要由正極、負極、隔膜、電解液、銅鋁箔、結構件等構成。 正極材料：為層狀過渡金屬氧化物，正極是整個電池中可嵌脫鋰離子的來源； 負極材料：一般為碳素材料（石墨等）和非碳材料，負極是鋰離子的受體。成本拆分：根據真理研究數據，正極材料成本約占總成本的35%，負極材料占總成本的比例約12%。5圖：鋰離子原理圖資料來源： 鋰離子電池正極材料原理、性能與生產工藝，華西證券研究所圖：鋰離子電池成本構成 35%12%12%13%13%13%2%正極負極隔膜

8、電解液銅鋁箔結構件其他1.2 正極材料：用途與分類正極是電池中可嵌脫鋰離子來源，基本要求包括： 放電反應應該有較負的吉布斯自由能（較高的放電電壓）； 基本結構的分子量要低且能插入大量的Li+（高質量比熱容）； 主體結構的Li+擴散和電子遷移速度必須快（高功率密度）； Li+嵌入與脫出可逆，嵌脫過程中主體結構變化要?。ㄩL循環壽命）； 化學穩定性要好，無毒，廉價； 材料制備容易。主流的正極材料包括磷酸鐵鋰、三元鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰等。其中，三元鋰和磷酸鐵鋰在性能、壽命、安全性等方面綜合優勢相對于鈷酸鋰、錳酸鋰較大。6表：鋰離子電池正極材料比較 1.2 正極材料：磷酸鐵鋰和三元并駕齊驅磷酸鐵鋰和三元材

9、料各有優勢。憑借磷酸鐵鋰低成本、循環壽命長、安全性較高等優勢，其裝機量不斷提升，磷酸鐵鋰電池的裝機量于2021年7月實現了對三元鋰電池的反超。而三元材料具有成本高、循環壽命短、安全性差的缺陷，但在能量密度、低溫性能方面更具優勢。7圖：2021年國內動力電池裝機量分析（kWh，按電池類型） 05,000,00010,000,00015,000,00020,000,00025,000,00030,000,000三元磷酸鐵鋰錳酸鋰鈦酸鋰其它1.2 正極材料：磷酸鐵鋰和三元并駕齊驅正極材料產量&裝機量快速增長。2021年我國正極材料產量約111.17萬噸，產量同比增加約100.78%，2021年我國動

10、力電池裝機量也出現大幅增長。我們預計，2025年，我國新能源汽車銷量有望達到1000萬輛以上，全球新能源汽車銷量達到2000萬輛以上，催生巨大正極材料需求。各企業加碼正極材料產能布局。2021年廈門新能、容百科技等及新進入者如海螺創業等也在積極加碼磷酸鐵鋰產能布局。8公司金額（億元）產能（萬噸）項目概要國軒高科/20擬建年產20萬噸高端正極材料生產基地/10擬在宜豐、奉新兩地投建的碳酸鋰項目，預計年產10萬噸廈門新能10016擬在四川雅安投建鋰電正極材料項目（10萬噸磷酸鐵鋰+6萬噸三元材料等）9.2710擬在四川雅安投建年產10萬噸磷酸鐵鋰生產線（首期）6.22海璟基地2萬噸鋰離子高鎳三元正

11、極材料生產線設備采購安裝項目容百科技/40擬在湖北仙桃投建鋰電池整機制造基地，年產能40萬噸2910啟動年產10萬噸高鎳正極材料生產線二期及后續項目海螺創業105（規劃50）擬在安徽蕪湖建設年產50萬噸磷酸鐵鋰正極材料項目一期項目5萬噸中航創新1810年產10萬噸鋰電正極材料項目落戶四川眉山長遠鋰科33.394全資子公司長遠新能源擬投建車用鋰電池正極材料擴產二期項目，建設4萬噸/年正極材料生產線20.886全資子公司長遠新能源擬投建年產6萬噸磷酸鐵鋰正極材料項目市場品種2020A2021E2022E2023E2025E國內鈷酸鋰8.1610.110.2311.2613.62三元23.4644.

12、0556.9874.07125.18磷酸鐵鋰12.7545.9167.3287.52147.9錳酸鋰6.6311.1115.1520.1335.64合計51111.17149.68192.99322.34國外鈷酸鋰2.462.953.13.263.59三元20.7631.1440.4952.6388.95磷酸鐵鋰0.351.052.12.815.05錳酸鋰0.470.490.520.540.6合計240435.6446.259.2598.19合計產量72.34133.82195.88252.23420.53表：正極材料產量及預測（萬噸） 表：部分正極材料生產企業產能規劃1.2 負極材料：用途與

13、分類負極材料是鋰離子受體，主要分為碳類材料與非碳類材料。前者被量產的鋰離子電池廣泛采用，具有安全無毒、循環壽命長、成本低廉的優點，但質量比與能量比均較低導致功率較小。后者體積能量密度高，可以達到很大功率，但是目前穩定性較低、制作成本較高，仍有許多技術困難亟待克服。9表：各類鋰電池負極材料性能特點具體分類比容量（mAh/g）首次功率循環壽命安全性快充特征碳類負極天然石墨340-37090%1000次一般一般人造石墨310-36093%1000次一般一般中間相碳微球300-34094%1000次一般一般石墨烯400-60030%1000次一般差軟碳230-27080%1000次一般好硬碳500-7

14、0080%1500次一般好非碳負極鈦酸鋰165-17099%30000次最高最好硅碳復合材料100060%300-500次差差圖：負極材料大致分類 負極材料碳材料石墨化碳天然石墨復合石墨人造石墨中間相碳微球無定形碳硬碳軟碳碳納米材料石墨烯非碳材料鈦基材料錫基材料硅基材料硅碳復合材料氮化物1.3 負極材料：用途與分類10碳類材料是傳統的鋰電池負極材料。根據材料性能可以再細分為天然石墨、人造石墨、中間相碳微球與石墨烯等。碳類材料合成方法簡單、循環壽命長等優點，是現階段應用最廣泛的負極材料。根據轉化為石墨的容易程度，可以將非石墨電極分為硬碳和軟碳。軟碳與電解液相性很好，但首次充放電不可逆容量高，輸出

15、電壓較低，所以一般不直接做負極材料。類型優點缺點應用領域發展方向天然石墨技術及配套工藝成熟，成本低比能量已到極限，循環性能及倍率性能較差，安全性能差鋼殼、鋁殼、聚合物、圓柱等鋰離子電池低成本化，改善循環人造石墨技術及配套供應成熟，循環性能好比能量低，倍率性能較差，安全性能差各類長循環方形、圓柱、聚合物電池提高容量，低成本化，降低內阻中間相炭微球技術及配套工藝成熟，倍率性能好，循環性能好比能量低，安全性能較差，成本高EV、HEV、電動工具、儲能、消費電子類電池提高容量，低成本化石墨烯電化學儲能性能優異，充電速度快，可提高鋰電池的負載能力技術及配套工藝不成熟，成本高-低成本化，解決與其他材料的配套

16、問題鈦酸鋰倍率性能優異，高低溫性能優異，循環性能優異，安全性能優異技術及配套工藝不成熟，成本高，能量密度低動力性鋰離子電池、儲能型鋰離子電池、超級電容器解決鈦酸鋰與正極、電解液的匹配問題，提高電池能量密度硅碳復合材料理論比能量高技術及配套工藝不成熟，成本高，充放電體積變形，導電率低超高容量鋰離子電池低成本化，解決與其他材料的匹配問題表：各類負極材料現狀對比 1.3 負極材料：人造石墨負極占比不斷提升11根據高工鋰電數據，2016-2020年，我國負極材料出貨量逐年上升，2020年我國負極材料出貨量36.5萬噸。其中，人造石墨出貨量由2016年的8.03萬噸上升至2020年的30.7萬噸，年均復

17、合增長率近40%。根據鑫欏資訊數據顯示，2021年中國負極材料產量為81.59萬噸，同比增長76%。隨著新能源汽車滲透率不斷提升，對負極材料需求也不斷增大，主要負極材料生產企業紛紛加大產能規劃，并不斷有新進入者如杰瑞股份等加快負極材料布局。從負極產品結構來看，2020年人造石墨產品占比進一步提升，市場占比達到84%。以硅基負極為代表的其他負極材料，市場占比有所下滑。天然石墨占比出現下降，主要是因為2020年主流電池企業采購天然與人造石墨混合材料，降低純天然石墨的采購。0%20%40%60%80%100%20162017201820192020人造石墨天然石墨其他產品圖：負極材料出貨量 圖：負極

18、材料出貨量占比 0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%0510152025303520162017201820192020人造石墨（萬噸，左）天然石墨（萬噸，左）人造石墨YoY（右）天然石墨YoY（右）1.4 全球正負極材料需求測算12假設1：2025年新能源汽車銷量由2020年312萬輛提升至2500萬輛，單車帶電量提升至65kWh。假設2：2021-2025年期間消費鋰電池需求量復合增速為10%，2025年需求達到148GWh。假設3：2021-2025年期間儲能鋰電池保持旺盛，2025年需求提升至達到421GWh。其他假設：產銷比為1.25，單

19、GWh正負極材料用量分別約為0.22和0.11萬噸（不同材料需求會有所差異）。2020E2021E2022E2023E2024E2025E新能源汽車銷量（萬輛）3126501000150020002500單車帶電量（kWh）454655606065全球動力電池裝車量（GWh）14029655090012001625動力YoY111%86%64%33%35%消費電池（GWh）92101.2111.3122.5134.7148.2消費YoY10%10%10%10%10%儲能電池（GWh）273261117222421儲能YoY20%90%90%90%90%合計2594297231139155621

20、94YoY23%65%68%58%37%41%產銷比1.251.251.251.251.251.25鋰電池合計產量（GWh）324537903142419452743正極單位用量（萬噸/GWh）0.220.220.220.220.220.22負極單位用量（萬噸/GWh）0.110.110.110.110.110.11正極需求量（萬噸）72118199313428603負極需求量（萬噸）365999157214302表：全球鋰電正負極材料需求測算 目錄1 1鋰電正負極材料介紹及需求測算鋰電正負極材料介紹及需求測算正極材料生產工藝及關鍵設備2 2負極材料生產工藝及關鍵設備3 34 4受益標的受益標

21、的5 5風險提示風險提示13 正極材料常用方法：高溫固相反應 正極材料生產線組成及國內設備市場規模 正極材料生產工藝流程及關鍵設備 不同正極材料具體工藝流程介紹2.1 正極材料常用工藝：高溫固相反應在鋰離子電池無機電極材料的制備中，最常使用的是高溫固相反應。 高溫固相反應：指包括固相物質的反應物在一定的溫度下經過一段時間的反應，通過各種元素之間的相互擴散，發生化學反應，生成一定溫度下結構最穩定的化合物的過程，包括固固相反應、固氣相反應和固液相反應等。 即使是采用溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱法和溶劑熱法等，通常仍需要在較高的溫度下進行固相反應或固相燒結。這是因為鋰離子電池的工作原理要求其電極材料

22、能夠反復地嵌入和脫出Li+，因此其晶格結構必須有足夠的穩定性，這就要求活性材料的結晶度要高，晶體結構要規整。這是低溫條件下很難達到的，因此目前實際所用的鋰離子電池的電極材料基本上都是經過高溫固相反應獲得的。14圖：不同升溫速率下反應達到一定轉化率時的溫度資料來源： 鋰離子電池正極材料原理、性能與生產工藝 ，華西證券研究所圖：工業制備鈷酸鋰反應式在一定溫度之上才能自發反應 注：溫度越高，吉布斯自由能變化越負，自發反應趨勢越明顯。2.2 正極材料生產線組成及設備投資市場規模正極材料加工生產線主要包括配混系統、燒結系統、粉碎系統、水洗系統（僅高鎳）、包裝系統、粉體輸送系統和智能化控制系統等。設備投資

23、額較高。以常州當升科技二期工程年產5萬噸的高鎳正極項目為例，其設備購置費約11億元，其中輥道窯價值量占比接近36%。投料工序配混料工序裝缽工序燒結工序粉碎工序除鐵工序包裝工序投料站配料秤裝缽機窯爐粉碎機除鐵器包裝機15設備數量（臺）投資額（萬元）設備價值量占比噸包投料站731,237.351.14%精密稱重系統501,412.501.30%犁刀混料機286,644.406.10%螺帶混合機584,260.103.91%輥道窯3838,759.0035.57%外軌循環線309,661.508.87%旋輪磨20904.000.83%膠體磨482,278.082.09%氣流粉碎系統226,712.2

24、06.16%攪拌罐8135.600.12%壓濾機81,084.801.00%干燥機162,712.002.49%振動篩1202,712.002.49%電磁除鐵器604,068.003.73%包裝機351,977.501.81%氣力輸送系統706,039.855.54%倉頂除塵器60406.800.37%料倉破拱設備210689.300.63%車間收塵系統1502,702.962.48%料倉、旋轉閥、安全篩等生產設備和檢測設備14,564.8213.37%合計108,962.76100.00%表：常州當升二期5萬噸/年高鎳鋰電池正極材料設備擬購置情況 設備數量（臺）投資額（萬元）設備價值量占比噸

25、包投料站22372.901.06%精密稱重系統16452.001.28%高混機4949.202.69%犁刀混料機81898.405.38%螺帶混合機201469.004.16%輥道窯1211526.0032.67%外軌循環線123864.6010.95%旋輪磨8361.601.02%膠體磨8379.681.08%氣流粉碎系統61559.404.42%振動篩561139.043.23%電磁除鐵器241627.204.61%包裝機10565.001.60%氣力輸送系統242061.125.84%倉頂除塵器28189.840.54%料倉破拱設備52176.280.50%車間收塵系統561084.80

26、3.07%料倉、旋轉閥、安全篩等生產設備和檢測設備5604.8415.89%合計35280.90100.00%表：江蘇當升2萬噸/年鈷酸鋰正極材料設備擬購置情況 2.2 正極材料生產線組成及國內設備市場規模核心假設：1）磷酸鐵鋰憑借低成本、循環壽命長、安全性較高等優勢，產量增速預計保持高速增長，三元材料其次。2）2021年由于產能供應緊張，產能利用率有所提升，假設65%。2022-2025年各品種產能利用率隨著產能擴張我們預計會有所下降，假設分別為60%/55%/50%/50%；3）高鎳三元鋰設備投資額約2億元/萬噸，磷酸鐵鋰設備投資額約1.2億元/萬噸，鈷酸鋰設備投資額約1.7億元/萬噸，差

27、異較大。因此，為方便計算，暫不考慮品種，假設正極材料生產設備投資額為1.5億元/萬噸。測算結果：預計2021-2025年正極材料設備合計市場規模（不含前驅體生產設備市場規模）約811億元。另外，前驅體生產設備投資額約1億元/萬噸，按照前驅體和正極材料約1:1對應關系，產能擴張節奏或與正極材料相似。因此，預計2021-2025年正極前驅體生產設備市場規模約406億元。表：2021-2025年國內正極材料設備合計市場規模（不含前驅體生產設備市場規模）預計達到811億元 注：2020和2021年正極材料數據來自ICC鑫欏資訊，2022-2025年正極材料產量數據來自觀研天下預測，其余均為華西證券假設

28、及測算品種20202021E2022E2023E2024E2025E產量（萬噸）鈷酸鋰7.3810.110.2311.2612.513.62三元2144.0556.9874.0795.22125.18磷酸鐵鋰14.245.9167.3287.52112.45147.9錳酸鋰9.2911.1115.1520.1328.2135.64產量合計51.87111.17149.68192.98248.38322.34產能利用率50%65%60%55%50%50%產能（萬噸）鈷酸鋰14.7615.5417.0520.4725.0027.24三元4267.7794.97134.67190.44250.36磷

29、酸鐵鋰28.470.63112.20159.13224.90295.80錳酸鋰18.5817.0925.2536.6056.4271.28產能合計103.74171.03249.47350.87496.76644.68新增產能（萬噸）67.2978.44101.41145.89147.92單萬噸設備投資額（億元）1.501.501.501.501.50正極材料設備市場規模（億元）100.94117.65152.11218.83221.88162.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：計量與配料系統鋰離子電池正極材料在原料輸送、儲存、配料、混料、破碎粉磨、除塵以及包裝等方面采用了稱重計量作為工藝過

30、程中的檢測與控制手段。稱重計量的主要設備是電子衡器。應用場景：各種儲存料倉的稱重計量、配料過程中的定量稱重、成品物料包裝計量。目前工藝上采用的料倉稱重、混合機稱重系統、配料秤以及自動定量秤都是重力式裝料衡器，它們的共同結構都是包含供料裝置、稱重計量、顯示裝置、控制裝置以及具有產能統計和通信等功能。最后由中央控制將各部分連成一體，構成閉環自動控制系統。料倉稱重系統：能夠顯示出整個料倉的空倉重量，又可以顯示料倉內物料的凈重。配料秤：是電池正極材料生產中關鍵設備，既要求每一種料有獨立的定量值，又要求投入其中的料比例必須正確。17圖：智能稱重控制儀表的原理框架圖 1粉碎料倉；2密相正壓發送罐；3稱重式

31、粉料料倉；4開袋投輔料站；5顎式破碎機；6雙對輥破碎機；7，10暫存料倉；8文丘里管；9稀相負壓輸送；11配料秤；12振動輸送機；軟連接；空氣閥； 稱重傳感器；表面涂覆特氟龍的料位開關；壓力變送器圖：某生產線中物料流程示意圖 注：W代表稱重裝置，W1為以減量秤方式工作的料斗稱重系統，W2、W3、W4為有多個重量預置點設定的，對上對下有聯鎖控制要求的料斗稱重系統，W5為稱重式稀相負壓輸送系統，W6為配料秤。2.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：混合設備為了提高高溫固相反應的速率與材料結構的均勻性，物料的均勻混合是必要條件。物料的混合分濕法混合與干法混合，濕法混合主要有攪拌球磨機和砂磨機，干法混

32、合主要有高速混合機、高效循環混合機和機械融合機等。18 圖：主要混合設備示意圖2.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：混合設備19表：主要混合設備特點及應用 設備名稱特點應用攪拌球磨機由一個裝有小直徑研磨介質（如氧化鋯球）的筒體和一個攪拌裝置組成，通過攪拌裝置攪動研磨介質產生摩擦、剪切和沖擊粉碎物料。主要應用于鋰離子正極材料鈷酸鋰、磷酸鐵鋰高溫固相合成前的物料球磨與混合。砂磨機是攪拌球磨機的改進型，以珠代球，即砂磨機中的研磨介質比攪拌球磨機中的研磨介質更小。主要應用于磷酸鐵鋰高溫固相燒結前的物料的超細研磨與混合。斜式混料機克服了臥式干法球磨機在球磨混料過程中通常留有死角的缺點，經過斜式混料機混

33、合的物料不會因為團聚、物料的相對密度不一樣而出現分層現象。主要應用于錳酸鋰、三元系材料燒結前的混合。高速混合機在混合機底部設計一個攪拌葉片，通過葉片的高速旋轉實現各種粉末物料的強力對流混合、擴散混合、剪斷混合，從而快速混合均勻，一般混合時間為10-20min，對物料形貌不會有破壞性影響。主要應用于三元正極材料燒結前的混合。高速旋風式混合機能夠確?；旌暇鶆虻慕K端產品和非常短的混合時間。主要應用于錳酸鋰、三元材料燒結前物料的混合。機械融合精密混合機能使不同材料的成分顆粒之間進行復合化，降低產品的BET比表面積，讓產品顆粒致密化。主要應用于磷酸鐵鋰材料與包覆碳的機械融合、高溫固相燒結前的物料的精密深

34、度融合。2.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：干燥設備當鋰離子電池正極材料生產過程中采用濕法混料工藝時，經常遇到干燥問題，濕法混料所用溶劑不同，所采用的干燥工藝和設備也就不同。濕法混料工藝所用的溶劑目前主要有兩種：非水溶劑即有機溶劑如乙醇、丙酮等；水溶劑。鋰離子電池正極材料濕法混料的干燥設備主要有：真空回轉干燥機、真空耙式干燥機、噴霧干燥機、真空帶式干燥機。20表：主要干燥設備特點及應用資料來源： 鋰離子電池正極材料原理、性能與生產工藝，華西證券研究所設備名稱特點應用真空回轉干燥機設備生產成本低，對環境無污染早期鈷酸鋰生產工藝采用酒精濕法球磨混料和雙錐回轉真空干燥機干燥。目前有些企業仍在使用

35、該設備進行干燥。磷酸鐵鋰生產工藝也有采用此設備進行燒結前的漿料干燥。真空耙式干燥機成品物料質量較佳，工作過程較穩定我國有些企業的磷酸鐵鋰生產工藝采用此種設備進行物料干燥并回收溶劑酒精。噴霧干燥機敞開式離心噴霧干燥干燥速度快產品具有良好的均勻度、流動性和溶解性，產品純度高、質量好生產過程簡化，操作控制方便目前國內許多生產鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的企業以磷酸鐵和碳酸鋰為原料，以純水作分散介質，采用攪拌球磨和砂磨工藝后進行噴霧干燥，然后再進行氮氣保護燒結。防爆型閉式噴霧干燥相比敞開式離心噴霧干燥，防爆型閉式噴霧干燥可以避免酒精燃燒爆炸的危險，但該設備價格昂貴，目前國內還不能生產。有些企業在鋰離子電

36、池正極材料磷酸鐵鋰生產過程中，燒結前的物料采用酒精介質進行球磨混料，只能用防爆型閉式噴霧干燥。真空帶式干燥機可以較好地解決生產過程中的粘壁現象可以進行完全的在線清洗，使得更換產品非常方便，保證了產品質量適用于黏性高、易潔團、熱塑性、熱敏性的物料。2.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：燒結窯爐鋰離子電池正極材料工業化生產通常采用高溫固相燒結合成工藝，其核心關鍵設備是燒結窯爐。鋰離子電池正極材料生產原料經均勻混合、干燥后裝入窯爐進行燒結，然后從窯爐卸料后進入粉碎分級工序。對正極材料生產而言，窯爐的控溫溫度、溫度均勻性、氣氛控制與均勻性、連續性、產能、能耗和自動化程度等技術經濟指標至關重要。目前用

37、于正極材料生產的主要燒結設備有推板窯、輥道窯、鐘罩爐。燒結窯爐價值量較高，并以國外和合資品牌為主。以應用最廣的輥道窯（負極材料生產也用此設備）為例，其價值量占產線比約30%-40%。德國薩克米、日本NGK、日本則武、日本高砂、廣州中鵬、廣州高砂、蘇州匯科、湖南金爐、博濤機電、湖南新天力（天通股份）等廠家擁有窯爐生產制造能力。21表：主要燒結設備特點及應用資料來源： 鋰離子電池正極材料原理、性能與生產工藝，華西證券研究所設備名稱特點應用推板窯空氣推板窯工藝穩定、產量大（連續性生產）、性價比高。溫度與氣氛分布均勻性差，推進阻力大，設備長度不宜太長。在鋰離子電池正極材料生產過程中，特別是在早期的燒結

38、設備中，推板窯占有絕對的主導地位。目前已經不占主導地位。氣氛推板窯輥道窯空氣窯采用滾動摩擦工進，在窯爐長度上不會受到推進力的影響，理論上可以做到無限長度。燒制產品時一致性更好，更利于爐內氣流的運動和產品的排水排膠等。輥道窯在鋰離子電池正極材料的燒結設備中占據至關重要的地位，是替代推板窯真正實現大規模生產的首選設備。目前鋰離子電池正極材料鈷酸鋰、三元、錳酸鋰等均采用空氣輥道窯進行燒結，而磷酸鐵鋰采用氮氣保護的輥道窯進行燒結，NCA則采用氧氣保護的輥道窯進行燒結。氣氛窯鐘罩爐與隧道式推板窯或輥道窯相比，其操作使用更加靈活、控制精度更高，特別適合于各種新材料的研發、送樣，中小批次產品的燒結。各種新材

39、料越來越傾向高檔次、小批量和多品種，并且要求交貨周期短、一致性好，因此鐘罩爐應運而生。目前有少數廠家或實驗室用鐘罩爐來生產磷酸鐵鋰。2.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：燒結窯爐輥道窯是一種連續式加熱燒結的中型隧道窯。按照爐體氛圍，同推板窯一樣，輥道窯也分為空氣窯和氣氛窯。 空氣窯：主要用于錳酸鋰材料、鈷酸鋰材料、三元材料等需要氧化性氣氛的材料燒結； 氣氛窯：主要用于NCA三元材料、磷酸鐵鋰（LFP）材料、石墨負極材料等需要氣氛（如N2或O2）氣體保護的燒結材料。22 圖：輥道窯原理圖及實物圖輥道窯工作曲線及原理圖空氣輥道窯氣氛保護密封輥道窯2.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：燒結窯爐輥

40、道窯采用滾動摩擦工進，因此在窯爐長度上不會受到推進力的影響，理論上可以做到無限長度，而窯腔結構的特色，燒制產品時一致性更好，大窯腔結構更利于爐內氣流的運動和產品的排水排膠等，是替代推板窯真正實現大規模生產的首選設備。目前鋰離子電池正極材料鈷酸鋰、三元、錳酸鋰等均采用空氣輥道窯進行燒結，而磷酸鐵鋰采用氮氣保護的輥道窯進行燒結，NCA則采用氧氣保護的輥道窯進行燒結。23表：輥道窯和推板窯的主要區別資料來源： 鋰離子電池正極材料原理、性能與生產工藝，華西證券研究所區別產品工進方式推板窯是間歇性工進，輥道窯是連續性工進。推進動力推板窯是通過液壓或絲桿推進，而輥道窯是通過減速電機驅動鏈條或齒輪來帶動輥筒

41、滾動，一個屬于滑動摩擦，一個屬于滾動摩擦。窯腔大小結構相比推板窯而言，輥道窯是大窯腔，寬截面，在窯腔內布置有若干擋火墻，便于溫度、壓力及氣氛的調控和穩定。窯爐耗材輥道窯直接將匣缽或墊板放置在輥棒上滾動工進，較推板窯減少了推板的損耗。2.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：粉碎與分級設備經過高溫燒結工序出來的半成品一般需要經過粉碎分級才能達到產品標準，不同的正極材料燒結溫度不同，有些材料由于燒結溫度較高，結塊比較嚴重，需要進行不同級別的粉碎，如需要顎式破碎、輥式破碎和超細粉碎等，主要涉及到的設備有顎式破碎機、輥式破碎機、旋輪磨、高速機械沖擊式粉碎機和氣流粉碎機。24表：主要粉碎與分級設備特點及應

42、用資料來源： 鋰離子電池正極材料原理、性能與生產工藝，華西證券研究所設備名稱特點應用顎式破碎機結構簡單，制造容易，工作可靠。用于鋰離子電池正極材料的顎式破碎機一般均是小型機，要求與物料接觸的部件采用陶瓷材料如氧化鋁剛玉或氧化鋯陶瓷制成。廣泛應用于礦山冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化工等行業中各種礦 石與大塊物料的破碎。輥式破碎機一般經過輥式破碎可以將鋰離子電池正極材料的粒度破碎至1mm以下。目前用于鋰離子電池正極材料的對輥式破碎機的輥子表面都襯有氧化鋁或氧化鋯陶瓷，其他凡是與物料接觸的地方均有四氟涂層或其他非金屬涂層，以防帶進金屬磁性異物。鋰離子電池正極材料經過顎式破碎后粒度仍太粗，需要通過輥

43、式破碎將粒度破碎至1mm以下才能進入后續超微粉碎。旋輪磨鄂式破碎與輥式破碎的組合。進料粒度大，出料粒度均勻，產量高，無金屬離子污染。自動化程度高，無粉塵污染。占地面積小，能耗低?；緹o噪聲。高溫燒結后的鋰離子電池正極材料半成品經過顎式破碎和輥式破碎后才能進入超微粉碎工序。旋輪磨的功能相當于顎式破碎與輥式破碎之組合。高速機械沖擊式粉碎機是利用圍繞水平或直軸高速旋轉的回轉體(棒、錘、板等)對物料以猛烈的沖擊，使其與固定體碰撞或顆粒之間沖擊碰撞，從而使物料粉碎的一種超細粉碎設備。單位功率粉碎比大，易于調節粉碎粒度，應用范圍廣，機械安裝占地面積小，且可連續閉路粉碎。廣泛應用在化工、建建材、礦業、農藥、

44、食品、醫藥和非金屬等工業中粉碎中等硬度物料。近年來其廣泛用于鋰離子電池正極材料如三元材料、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等的粉碎。氣流粉碎機是利用高速氣流(3001200m/s)噴出時形成的強烈多相紊流場使其中的顆粒自撞、摩擦或與設備內壁碰撞、摩擦而引起顆粒粉碎的一種超細粉碎設備。產品細度可達125m可調，粒度分布較窄、顆粒表面光滑、顆粒形狀規則、分散性好。產品受污染少。適合粉碎低熔點和熱敏性材料及生物活動制品。生產過程連續，生產能力大，自控、自動化程度高。鋰離子電池正極材料鈷酸鋰由于硬度比較大，用高速機械沖擊式粉碎機時，對粉碎盤和分級葉輪磨損大，一般 采用氣流粉碎機進行粉碎。2.3 正極材料生產工藝流程及

45、關鍵設備：合批設備盡管在鋰離子電池正極材料生產過程中采取了嚴格品管手段，但為了保證產品的一致性，對不同批次生產的產品進行合批，合成一個大批次，使同一個大批次的產品均勻化。目前普遍采用大型混合機進行混合合批處理，主要有雙螺旋錐形混合機和臥式螺帶混合機。25表：主要合批設備特點及應用資料來源： 鋰離子電池正極材料原理、性能與生產工藝，華西證券研究所設備名稱示意圖特點應用雙螺旋錐型混合機設備通過螺旋的公、自轉使物料反復提升，在錐體內產生剪切、對流、擴散等復合運動，從而達到混合的目的。目前大部分鋰離子電池正極材料廠家選擇雙螺旋錐形混合機進行混合合批。1噴液器；2主減速器；3減速器；4電機；5減速機；6

46、傳動頭；7轉臂；8傳動箱；9錐體；10螺旋；11出料閥；12主電機臥式螺帶混合機設備采用底部出料方式：粉體物料采用氣動大開門結構形式，具有卸料快、無殘余等優點。有些廠家由于廠房高度的原因，會放棄雙螺旋錐形混合機而改用臥式螺帶混合機。2.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：除鐵設備由于微量單質鐵在正極材料中的分布是極不均勻的，有時帶有很大的偶然性，所以為了確保產品的品質，目前在產品最后進入包裝工序之前要加一套除鐵工序。磁選法尤其是電磁選法效率高、成本低、棄鐵簡單易行而被普遍采用。目前國內生產的電磁除鐵機難以滿足要求，通常從日本和韓國進口。26 圖：電磁除鐵機原理圖及實物圖電磁除鐵機原理圖電磁除鐵

47、機圖紙與實物照片2.3 正極材料生產工藝流程及關鍵設備：包裝計量設備為了防止在儲存和周轉過程中材料受到外界的污染，成品粉料制備完成后應盡快裝袋、計量和密封保存，為了在周轉過程中對其外包裝進行保護還需裝桶或裝箱并做好信息的貼標和記錄登記。用于鋰離子電池材料包裝計量設備的種類有自動上袋設備、熱合封口機、貼標與噴墨打印、自動碼垛機和纏包機。27 圖：自動化包裝線上的配套設備2.4 不同正極材料具體工藝流程介紹：磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰價格低廉、對環境友好、安全性能較高、高溫性能較好，使其已形成了較廣泛的市場應用。但其能量密度較低、低溫性能較差，目前主要使用在商用車（客車）領域，在下游乘用車動力電池領域的應用

48、不及能量密度更高的三元正極材料。隨著比亞迪刀片電池推廣，磷酸鐵鋰應用市場或打開。磷酸鐵鋰粉體的制備在一定程度上會影響其作為正極材料的性能。目前制備磷酸鐵鋰的方法較多，如高溫固相反應法、碳熱還原法以及尚末規?；ɑ驅嶒炇已芯侩A段）的水熱法、噴霧熱解法、溶膠-凝膠法、共沉淀法等。目前，磷酸鐵鋰生產線設備投資額（不含前驅體）大致為1億元/萬噸（不同廠家投資額有所差異）。28 整理圖：高溫固相法制備磷酸鐵鋰 整理圖：碳熱還原法制備磷酸鐵鋰（與高溫固相法結合）鐵源、鋰源、磷源共混干燥300-350燒結冷卻600-800燒結磷酸鐵鋰鐵源、鋰源、磷源共混干燥300-350燒結冷卻粉碎加碳源600-800燒結

49、磷酸鐵鋰熱還原法是在原材料混合中加入碳源（淀粉、蔗糖等）做還原劑，通常和高溫固相法一起使用，碳源在高溫煅燒中可以將Fe3+ 還原為Fe2+ ，避免了反應過程中Fe2+變成Fe3+，使合成過程更加合理，但是反應時間相對較長，對條件的控制更為嚴苛。2.4 不同正極材料具體工藝流程介紹：三元材料正極材料采用了包含鎳、鈷、錳（或鋁）三種金屬元素的三元聚合物，其中鎳鈷錳三元體NCM，鎳鈷鋁三元體為NCA。三元材料優點就在于能量密度高、成本相對較、低循環性能優異，是目前量產的正極材料中潛力最大的一種。NCM三元發展趨勢是高鎳化。三元正極材料主要是通過提高鎳含量、充電電壓上限和壓實密度使其能量密度不斷提升，

50、高鎳正極通常指鎳相對含量在0.6（含）以上的材料型號。因此，就能量密度而言，NCANCM811NCM622NCM523NCM333。三元材料生產以氫氧化鎳鈷錳、碳酸鋰及其他摻雜元素為原料，進行配料、混合、燒結、粉碎、合批、篩分、除鐵、包裝等工序。目前，三元材料生產線設備投資額（不含前驅體）大致為1.5-2億元/萬噸（高鎳三元投資額較大）。29 表：三元材料生產工序所使用設備工序使用設備計量配料與混合工序計量配料工序采用自動計量與配料設備；混合工序采用干法混合設備，目前有兩種工藝，一種是采用高效混合機，一種是采用干法球磨機。燒結工序目前生產普遍采用輥道窯。三元材料的合成反應必須采用氧化氣氛。粉碎