噴霧干燥機(jī)在富鋰錳基正極材料制備中的應(yīng)用優(yōu)勢

富鋰錳基正極材料是一類具有高比容量的鋰離子電池正極材料，一般表示為（，$M$為過渡金屬）。

高比容量：放電比容量通常大于 250mAh?g，可達(dá)到 300mAh/g 左右，遠(yuǎn)超目前商業(yè)化應(yīng)用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料。

高工作電壓：電壓窗口寬廣，一般在 2.0 - 4.8V，能提供較高的輸出電壓。

高能量密度：具備較高的能量密度，與硅碳負(fù)極相匹配時(shí)，電芯能量密度有望超過 400Wh/kg。

成本較低：以相對(duì)廉價(jià)的錳為主要成分，減少了鈷鎳等稀缺金屬的使用，與常見的鈷酸鋰和鎳鈷錳三元正極材料相比，成本大幅降低。

環(huán)境友好：由于材料中大量使用錳元素，安全性好且對(duì)環(huán)境較為友好。

其應(yīng)用前景廣闊：

在新能源汽車領(lǐng)域：隨著人們對(duì)新能源汽車?yán)m(xù)航里程要求的不斷提高，富鋰錳基正極材料的高能量密度特性使其成為提升電池能量密度、增加續(xù)航里程的理想選擇之一。例如，太藍(lán)新能源研發(fā)的 720Wh/kg 全固態(tài)電池采用了富鋰錳基材料作為正極，若產(chǎn)品成功落地，將推動(dòng)新能源汽車向更高能量密度方向發(fā)展3。

在儲(chǔ)能領(lǐng)域：儲(chǔ)能電站需要大容量、長循環(huán)壽命的電池來存儲(chǔ)電能。富鋰錳基正極材料的高比容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性，能夠滿足儲(chǔ)能電站對(duì)電池性能的要求，有助于提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域：消費(fèi)者對(duì)電子產(chǎn)品的輕薄化、高性能化有較高需求，富鋰錳基正極材料可以為手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品提供更高的能量密度，使設(shè)備在更小的體積和重量下實(shí)現(xiàn)更長的續(xù)航時(shí)間。

噴霧干燥工藝在富鋰錳基正極材料制備中具有諸多優(yōu)勢：

提高電池性能：該工藝能夠使鋰和錳等金屬元素均勻分布在電池正負(fù)極材料中，從而提高電池的容量和使用壽命，還能降低電池內(nèi)部電阻，減少熱失控和電池爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，提高電池的性能和穩(wěn)定性。

降低成本與污染：相比傳統(tǒng)電池制造技術(shù)，噴霧干燥機(jī)制備富鋰錳的方法不需要高溫和高壓，也無需使用有害物質(zhì)，因此能夠減少能源消耗和環(huán)境污染。

提升材料均勻性：通過高壓噴霧裝置將溶液以微小液滴的形式均勻噴入高溫干燥塔內(nèi)，這些微小的液滴在高溫環(huán)境下迅速蒸發(fā)，同時(shí)發(fā)生快速的化學(xué)反應(yīng)，形成微小的富鋰錳顆粒。這種方法能夠確保材料的均勻性和一致性，進(jìn)而優(yōu)化電池的性能。

適合大規(guī)模生產(chǎn)：噴霧干燥制備富鋰錳的方法簡單快捷，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。通過精確控制噴霧速率、干燥溫度以及氣流速度等參數(shù)，可以進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品的性能。

靈活調(diào)整性能：該技術(shù)還可以根據(jù)具體需求進(jìn)行靈活調(diào)整，如改變摻雜元素種類和比例，以進(jìn)一步優(yōu)化材料的電化學(xué)性能。

采用噴霧干燥法制備富鋰錳基正極材料通常包括原料準(zhǔn)備、噴霧干燥、焙燒等步驟。將鎳化合物、鈷化合物、錳化合物以及鋰化合物溶于水混合攪拌后，進(jìn)行噴霧干燥得到前驅(qū)體，再在前驅(qū)體中加入適量的高分子聚合物進(jìn)行焙燒處理，通常采用兩段法焙燒。