目前主要的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂等几种。其中磷酸铁锂的橄榄石结构，具有先天性的结构稳定特性，特别是在安全性和循环性能等方面具有无可比拟的优势，被广泛应用于多个领域。

磷酸铁锂电池示意图

目前市场上销售的磷酸铁锂产品不同批次性能相差比较大，而采用“两步法”的生产工艺，则具有生产过程稳定、所制备的产品振实密度高、比表面积小等特点。

磷酸铁锂的“两步法”生产工艺流程图

根据对生产工艺的研究，产品一致性差主要跟原材料的控制、烧结工艺以及产物的后续处理工艺有关。

磷酸铁锂的烧结及设备

磷酸铁锂的烧结分为预烧和第二次烧结，相对于磷酸铁锂制备的第二步烧结工艺，第一步预烧工艺更加困难，主要是因为：

（1）在预烧过程中，物料反应会产生大量的氨气、二氧化碳和水蒸气，这种混合废气会对炉膛材料和加热元件产生腐蚀作用，气味刺鼻，不允许直接排放。

（2）物料在100℃以上就必须严格控制氧含量小于10×10–5，以防止二价铁氧化，要求炉体加热时密封良好。

（3）为使物料充分反应，一是对预烧的温度均匀度有要求，一般控制在±5℃左右；二是装料不能过厚过密，防止内部反应不完全，废气排出受阻。

（4）预烧工艺要求物料反应完成后，快速升温至600℃左右，然后在尽可能短的时间内降到室温出炉。

目前，磷酸铁锂材料的制备已从最初的间歇式设备（如气氛保护钟罩炉、气氛保护箱式炉等）发展为连续性设备。例如：推板窑、钢带炉、回转窑等。在磷酸铁锂生产中，氧含量和水含量是必须要稳定控制的，虽然回转窑密闭性好，但是排气不好，窑炉内容易累积水蒸气，这些水蒸汽不可避免地会扩散到高温还原区，并会消耗产品中的碳，因此采用回转窑设备很难将产品做稳定，相对而言，推板窑和钢带炉比较适合作为磷酸铁锂的煅烧设备。

管式回转炉

回转窑炉

优势：连续生产，产量大。

缺点：炉管内部摩擦因素不同，不同颗粒粉末在炉内的运动轨迹也不同，物料在炉内分布不均，带的热量大小不一且行程各有长短，造成炉管内不同位置点的温度差异，影响材料的性能。并且在高温下粉末容易粘附在炉管内壁，出现粉末粒度不均匀情况。

氮气循环厢式炉

氮气循环厢式炉工作原理图

特点：现场运行表明，该设备稳定可靠。单台成本40万元，保温功率25kW，年维修费用低于1000元。在炉体结构、制造成本、生产费效比上都具有很大的优势，它甚至可作为磷酸铁锂的后道烧结设备使用。

推板窑炉

磷酸铁锂材料的性能很容易受到材料组分结构的影响，为了防止二价铁的氧化并实现连续生产，磷酸铁锂的煅烧合成中多采用氮气气氛进行保护。

全自动气氛保护锂电池材料烧结推板窑炉

氮气推板炉的机械结构：

采用全新液压推进机构的氮气保护推板炉主要由置换气室、炉膛温区、回推滚道、液压推进系统、密封装置、气氛管路、水路、电气控制柜组成。整个设备控制系统为自动运行，只需把需烧结的磷酸铁锂粉料置于滚道上，设备自动将粉料送进气室置换，置换完毕后送进炉膛进行气氛保护烧结，最后在计量好的工艺时间内自动把烧成的粉料送出炉膛，且出炉的粉料温度在50℃以下，保证粉料出炉后不被空气氧化。

氮气推板炉的控制系统：

窑炉的控制系统由温度控制系统，液压控制系统，炉膛气氛控制系统和计算机数据采集系统四大部分组成。

推板炉控制系统结构

氮气推板炉的主要特点：

（1）控温采用先进的PID控制算法仪表，温度控制精度高，减小了炉膛温度的波动。

（2）炉膛氧含量控制在20×10-6以下。

（3）设备采用液压系统控制推进速度，速度平滑稳定，有效地解决了电动推杆推力过小的不足。

（4）设备在保温过程中能耗较低，保温功率只有满功率的50%左右。

（5）整个推进系统自动运行，可以连续放料和出料，能保证产量。

（6）计算机全程记录各个温区参数、推进速度，记录炉子运行状态，以便查询。

（7）窑炉生产时为全自动运行，检修时候可以切换到手动运行。

钢带窑炉

特点：

• 无人工干预，铺料均匀，温度场稳定；
• 无舟皿装料无烧结或还原死角，气氛均匀；
• 温度控制精确，分布均匀，质量稳定可靠；
• 自动化程度高，减少劳动强度，节约人工成本；
• 钢带传热快，接近钢带物料层过热，出现物料垂直方向加热不均匀现象，可通过调节铺料厚度与控制带速等工艺参数来解决；
• 采用二段式合成时，Fe2+不容易被氧化，基本无杂相，产品均一，性能稳定可靠。