在上海有色网（SMM）、上海期货交易所共同举办的2022SMM新能源材料年度价格发布会上，中南大学教授胡国荣简要介绍了锂离子电池及正极材料的应用市场，对于正极材料前驱体的技术和装备现状分别做出分析，并对锂离子电池正极材料前驱体的发展做出展望。
锂离子电池及正极材料的应用市场介绍
近年来，正极材料市场整体呈快速增长态势，出货量持续增长。2017年正极材料出货量仅20.8万吨，2020年突破50万吨。尤其是2021年新能源汽车高速增长，带动磷酸铁锂正极材料和三元正极材料高速增长；受平板电脑、笔记本、5G手机换购、TWS、智能穿戴等终端需求增加，带动钴酸锂电池及相关材料市场需求增长，正极材料出货量大幅增加。数据显示，2021年中国正极材料市场出货量为113万吨，同比增长116%。
从产品出货结构来看，2021年磷酸铁锂正极材料出货量48万吨，同比增长258%；三元正极材料出货量43万吨，同比增长80%；钴酸锂正极材料出货量10.6万吨，同比上升31%；锰酸锂正极材料出货量10.9万吨，同比上升60%。2021年正极材料领域磷酸铁锂正极材料市场占比由24%上升到43%，三元正极材料市场份额占比略微下滑，市场份额由46%下降到38%。
正极材料前驱体的技术现状和装备现状
前驱体是获得目标产物前的一种存在形式，大多是以有机-无机配合物或混合物固体存在，也有部分是以溶胶形式存在。前驱体这一说法多见于溶胶凝胶法、共沉淀法等材料制备方法中，但不是一个确切的科学术语，没有特定的概念。也有人把它定义为目标产物的雏形样品，即在经过某些步骤就可实现目标产物的前级产物。
钴酸锂前驱体四氧化三钴主要通过碳酸钴煅烧法、氢氧化钴煅烧法或氯化钴溶液喷雾焙烧法制备。这几种方法相对成本较高。随着高电压钴酸锂的发展，未来四氧化三钴要求体相掺杂和表面包覆，即大粒径25∽30μm以及小粒径1 ∽3μm的四氧化三钴，以便合成高压实钴酸锂。
三元材料前驱体氢氧化镍钴锰/氢氧化镍钴铝的制备方法有三种。其一是控制结晶沉淀法，目前国内外主流三元前驱体企业均采用此方法；其二是金属合金熔融喷雾氧化法，此法工艺简单环保但易氧化不完全；其三是镍钴锰盐溶液喷雾焙烧法，用此方法可以制备镍钴锰的球形氧化物，工艺简单环保、成本低，但设备复杂，易腐蚀。
磷酸铁锂前驱体磷酸铁的合成目前有一步法和两步法。一步法即在同一个反应釜中进行磷酸铁的沉淀和晶型转化；二步法即将第一个反应釜中生成的黄色磷酸铁沉淀过滤后转移至另一个反应釜中。随着技术进步与产能扩张，磷酸铁的售价未来竞争激烈。此方法需要处理大量含硫酸铵或硫酸钠废水，环保处理成本较高。
锰酸锂前驱体电解二氧化锰或四氧化三锰的工艺比较成熟。前者成本偏高，因此现在生产高品质锰酸锂开始采用高纯四氧化三锰。四氧化三锰是一个成熟产品，早期主要应用于磁性材料生产。主流生产工艺采用电解金属锰锈蚀法生产。该法生产的四氧化三锰含铁偏高，不适用于做生产锰酸锂的原料。现在许多公司采用了改进的方法，铁含量可以降低至100ppm以下。
关于制备正极材料前驱体的装备，反应器是湿法合成正极材料前驱体的核心关键设备，一般采用反应釜。日本推出新型反应器，相较于传统反应器，新设备在多方便具有显著优势：产品比表面积高、设备占地面积小、空间占用小、反应效率高、能耗低。
此外，三元前驱体计量系统对精度的要求越来越高。计量泵+体积式流量计是目前前驱体行业内应用相对较广的计量方式，此法不能使反应釜内共沉淀反应达到固定稳态，且人工干预条件要求高，即依赖操作工人的熟练度及技术水平。加拿大Walsn公司推出了EM-SCS能源材料合成控制系统，优点是更加智能化、可减少人工干预次数、提高合成重复性、逐步摆脱对pH电极的依赖，这是新能源前驱体材料反应段核心系统设备，直接决定前驱体产品物化性能和电化学性能发挥。
锂离子电池正极材料前驱体的发展趋势
前文可知，前驱体材料号称锂电池正极材料的基因材料，决定正极材料的性能。
材料方面，钴酸锂材料前驱体四氧化三钴是成熟产品，未来要适应高电压钴酸锂的而发展。三元材料前驱体氢氧化镍钴锰/镍钴铝主流生产工艺是控制结晶沉淀法，喷雾热解法具有成本和环保优势。钛白粉副产硫酸亚铁是生产磷酸铁的主流工艺，未来铁粉与磷酸直接生产磷酸铁具有环保优势。四氧化三锰是生产高品质锰酸锂的原料，未来市场前景看好。
装备方面，前驱体合成反应器是生产关键设备，未来要朝着提高产品性能和产能降低能耗方面发展，前驱体生产线将会朝着精密控制和自动化与智能化方向发展。
