文档介绍：6000吨/年磷酸铁锂电池正极材料项目
可行性研究报告
四川省有色冶金研究院
二〇一〇年十月
一概述
1、项目名称:磷酸铁锂电池正极材料
2、项目单位:四川省有色冶金研究院
3、合作伙伴:四川蜀祥投资有限公司
4、企业基本概况:
四川省有色冶金研究院成立于1960年,是我国西部重要的金属新材料和有色冶金科研单位。国家高新技术产业,省属国有独资企业,拥有700多项研究成果。在有色金属材料研发、矿产资源综合开发与利用研究领域具有,已发展成为科、工、贸为一体的科技创新型科研院所,在国内外同行中有较大影响力,尤其是在新能源材料、电子无铅焊接材料、航天军工材料方面形成自己的特色。
四川省有有色冶金研究院有在册职工219人,其中科技人员占60%以上,享受国务院特殊津贴人员,国家有色金属工业跨世纪中青年学术带头人,国家级科技成果评审专家等十三人。
二、项目背景
锂离子电池是近年来发展最快的可充电电池,与其它蓄电池相比(如与镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池等),由于锂离子电池比电容量高、循环性能好、无污染、自放电率低等优点,目前在手机电池、笔记本电脑电池领域以压倒性优势占领了市场份额。由于石油资源日趋枯竭,发展电动汽车产业是适应于低碳经济的一种必要选择,它将成为引领汽车产业发展的一个极有前景的方向,电动汽车的发展将大大减少汽车尾气排放;同时,动力电池将能够对电网谷电、水电、风电、太阳能和原子能发电等不同形式电能进行存储转换,可使电能得到充分利用;因此,锂离子电池在电动汽车、电力储能等所需要的大功率电池领域将会得到更大的发展。
对锂离子电池而言,其主要构成材料包括电解液、隔离膜、正负极材料等。一般来说,在锂离子电池产品组成成分中,正极材料占据着最重要的地位,正极材料的好坏,直接决定了最终二次电池产品的性能指标。而正极材料在电池成本中所占比重可高达40%以上。目前应用最广泛的是层状LiCoO2,有近90%的锂电池以钴酸锂作正极材料,其主要应用于移动通信、笔记本电脑等便携电器设备,但难以在大规模储能电池和动力电池中应用。由于连年开采,我国钴储量逐年减少。寻求成本低、储量丰富的原材料替代钴已是刻不容缓。锰酸锂的优点是倍率性能好,制备比较容易,成本较低。但是由于锰的溶解导致锰酸锂结构发生改变,尤其是温度高于 55℃时容量衰减特别快,因此锰酸锂的高温性能和循环性能不佳。另外从安全性角度看,大功率锂离子动力电池的正极材料如果还用做小型电池的上述原料,有可能引起燃烧甚至爆炸,已陆续出现过几起手机电池爆炸事故,使人们对其产生了恐惧。要解决安全问题,一定要换成安全性好的材料才不会有安全隐患,特别是动力电池,安全性问题显得更加突出。在动力锂离子电池的安全性问题中,电极材料中的正极材料是关键,也是引发锂离子动力电池安全隐患的主要原因。
因此,寻求高能量密度、高安全、环保和成本低廉的电极材料是动力电池发展的关键。
1997年,全球首次报道了橄榄石型的磷酸铁锂(LiFePO4)可用于锂离子电池正极材料。近年来,从安全和电池成本角度考虑,国际上普遍认为LiFePO4是高能动力电池的最佳新型正极材料。磷酸铁锂作为最有希望在大功率动力电池上应用的锂电池正极材料,其优点有:
1、超长寿命。长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右,最高也就500次,而磷酸铁锂动力电池,循环寿命达到2000次以上,标准充电(5小时率、)使用,可达到2000次。同质量的铅酸电池最多也就1—,而磷酸铁锂电池在同样条件下使用,将达到7-8年。
2、使用安全。磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题,钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁,而磷酸铁锂已经经过了严格的安全测试,即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。
3、可在大电流条件下进行快速充放电。在专用充电器下,,起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。
4、耐高温。磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃,而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。
5、大容量。
6、无记忆效应。
7、绿色环保。磷酸铁锂动力电池与其他电池相比,还具有不含铅、镉等有毒有害元素的优点,是一种几乎不污染环境的绿色电池。
由此可见,磷酸铁锂动力电池完全适合作为电动车、混合动力车的动力能源材料和发电站储能电源材料,应用前景十分广阔。
我国政府非常重视电动汽车的发展。2009年2月5日,财政部公布了由该部和科技部出台的《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》,北京等13城市已经率先试点推广节能和新能源汽车,在这些城市购买节油率在40%以上的混合动力乘用车,每辆可获得最高5万元的补贴,纯电动汽车每辆补贴6万元。鼓励在公交、出租、公务、环