目前合成鋰離子正極材料的實際生產(chǎn)中，一般都采用高溫固相合成法，煅燒是核心工序，也是最為考驗廠家技術(shù)的環(huán)節(jié)，當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粉狀，滲透能力強，材料中的鋰離子屬于強堿性物質(zhì)，對匣缽材料有很強的侵蝕性，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的氫氧化鋰作為原料，高溫下對匣缽的腐蝕更明顯，因此對匣缽消耗量更大。據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，受益于新能源市場的爆發(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、移動等造成合成粉體物料的損失和污染，同時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，機械強度高等優(yōu)點，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。一般來說鋁含量越高抗三元材料腐蝕能力越強，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，更利于腐蝕性滿級的高鎳正極材料的品質(zhì)提升，但其抗熱震性能差的特點，容易開裂損壞且造價高昂。

▲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2025年NCM811應(yīng)用占三元正極材料比將超過45%，同時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大約60元（主流尺寸330×330×160），單個匣缽可使用次數(shù)15 次，每噸消耗約11個匣缽，僅按普通三元材料需求匣缽換算市場容量便有6.6億，而實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，匣缽單價更貴（有市場調(diào)研報告支出，高鎳正極每噸消耗的匣缽費用是普通三元的近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份額，但當前及未來很長一段時間動力電池市場三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是絕對主力，前者成本高但續(xù)航時間長，后者續(xù)航略差但成本低且安全性高，在高端電動車領(lǐng)域，成本問題相對于中低端市場較小，且高端車型對續(xù)航里程的要求更高，中高端乘用車以三元正極材料為主，且三元正極會朝著高鎳化的趨勢發(fā)展，伴隨著全球汽車電動化的進程不斷發(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)沒有一個很標準的數(shù)據(jù)，如上的數(shù)據(jù)也是做一個大概的市場估算。總的來說對于主流正極材料企業(yè)，動力和消費型電池正極的燒結(jié)時間差異較大，一般來說動力正極的燒結(jié)時間長于消費型正極，高鎳正極的煅燒時間長于普通正極，動力電池消耗匣缽的數(shù)量更大，如下是一組國內(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，而一些國內(nèi)頭部動力電池企業(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，不僅是裝運電池正極材料的容器，同時又是一個需要周期性反復(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)濟效益，目前所使用的匣缽還是有很大的進步空間的。

編輯：粉體圈Alpha

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