【正文】 點小流量均勻送氣的設(shè)計思路，沿設(shè)備長度方向，設(shè)置保護(hù)氣體總輸入管，在各區(qū)段的分支，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥的必要調(diào)節(jié)和流量計的流量監(jiān)測，向加熱室輸入所需要的高純氬氣或高純氮?dú)猓⒔?jīng)過加熱組預(yù)熱后進(jìn)入合成區(qū)段。本設(shè)備采用獨(dú)特的爐內(nèi)氣氛凈化技術(shù)：下加熱室逐個凈化；上加熱室由一路保護(hù)氣體送入后，再分別送入該區(qū)其余各加熱室，同時，制備設(shè)備頂部、加熱室等處都預(yù)留放氣閥，當(dāng)制備設(shè)備初次啟用并充入保護(hù)氣體時，以較大的壓力通以較大流量的保護(hù)氣體，同時打開設(shè)備各頂蓋板、加熱室蓋板上的放氣閥，以排除窯內(nèi)襯所吸收的氧氣，保證合成室內(nèi)的氣氛要求。然而各種耐火材料的理化指標(biāo)與實際的使用條件差距較大，計算非常復(fù)雜，很難做到精確，因此需要對各種不同的使用條件下實際的熱場進(jìn)行模擬，建立科學(xué)的模型進(jìn)行分析，掌握熱場溫度變化的關(guān)鍵，提高制備時溫度的精確性和一致性，更加有效地利用熱能。本設(shè)備采用新的自動控制方式和方法來控制制備設(shè)備同一斷面的溫差，并設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)和控制軟件，使熱場溫度、氣氛控制更精確和穩(wěn)定，制備設(shè)備自動控制程度更高。h) /g 以上，大電流性能十分優(yōu)良，10C 放電時，放電容量在97 (mA采用該工藝技術(shù)和制備設(shè)備我們成功地實現(xiàn)了LiFePO4 的批量生產(chǎn)（產(chǎn)量可達(dá)120 噸/ 年）。正是由于磷酸鐵鋰低廉的價格和與鈷酸鋰不相上下的電化學(xué)性能，使其有望在對安全性和溫度要求較高的動力型二次電池領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，磷酸鐵鋰動力電池材料制備設(shè)備的研究也將會得到長足發(fā)展。1997 年,Goodenough 科研小組首先報道了具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFePO4 ) 能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子,LiFePO4 就以其低廉的價格、良好的循環(huán)性能、安全無毒、較高的理論容量、原材料來源廣泛等優(yōu)勢,引起電化學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。2. 2 材料性能測試與表征用日本Hitachi 公司S2550 型掃描電子顯微鏡(SEM) 觀察合成產(chǎn)物顆粒的形貌,采用日本理學(xué)D/MAX2PC2200 X 射線衍射儀(Cu 靶,λ= 0. 15405nm)對產(chǎn)品進(jìn)行物相晶體結(jié)構(gòu)分析, 電壓40kV , 電流20mA ,掃描范圍為10～60176。2. 3 電化學(xué)性能測試用涂布法制備正極片,將得到的LiFePO4 與乙炔黑、PVDF 按80 ∶15 ∶5 的質(zhì)量比攪拌均勻,以無水乙醇為溶劑,混合成漿料,然后將漿料涂布在鋁箔上,充分干燥后制成正極片,以金屬鋰為負(fù)極,Celgard2400聚丙烯多孔膜為隔膜, 1mol/ L LiPF6 / EC2DMC(體積比為1 ∶1) 為電解液,在充滿Ar 氣的手套箱中組裝成電池,將試驗電池置于BS9300 型充放電儀(廣州擎天實業(yè)有限公司) 上進(jìn)行電化學(xué)性能測試,充放電電壓范圍是2. 2～ 。 Fe 過量時,材料中會含有Fe 的雜相,而Li 過量時,也會產(chǎn)生Li2O 相,考慮到鋰在高溫時會揮發(fā)造成損失,所以在實驗過程中適宜的x(Li) ∶x ( Fe) = 1. 02 ∶1. 00 。該工藝條件下所得到的樣品以球形和類球形顆粒為主,平均粒徑為2. 0μm。原因可能是電流密度的增加,使得Li x FePO4 / Li1 x FePO4 的界面面積不斷縮小,電極的極化效應(yīng)增加,從而導(dǎo)致比容量的下降。這也說明LiFe2PO4 正極材料具有優(yōu)越的安全性能,能滿足動力電池在高溫下使用的要求。(2) 在單因素實驗的基礎(chǔ)上,通過正交實驗得到最佳工藝條件為: 球磨時間為7h , x(Li ) ∶x ( Fe) =1. 02 ∶1. 00 ,葡萄糖用量為反應(yīng)物料質(zhì)量的6 % ,焙燒溫度為700℃,焙燒時間為10h 。第七章 動力鋰電池生產(chǎn)工藝概述一、動力鋰電池生產(chǎn)設(shè)備鋰動力電池動態(tài)篩選設(shè)備解決電池組匹配問題，篩選出早期有內(nèi)在缺陷的不合格品，從而使每個單體電池能具有合格的循環(huán)使用壽命。動力電池組PACK 規(guī)范的核心內(nèi)容是封裝的標(biāo)準(zhǔn)化，該標(biāo)準(zhǔn)必須以保證品質(zhì)為前提，將動態(tài)篩選出的單體電芯經(jīng)過高效低成本的工裝設(shè)備進(jìn)行封裝，同時兼顧快速質(zhì)檢、BMS接駁、維修保養(yǎng)更換三大操作平臺，并在整個PACK 過程中，有效保障安全生產(chǎn)和高生產(chǎn)率。壽命測試設(shè)備是了解PACK 成品真正性能的重要一環(huán)，該設(shè)備往往在PACK 成品大批量投產(chǎn)前就必須投入運(yùn)行，其特點是自動化程度高，帶有能量循環(huán)再利用特性，無人值守的安全機(jī)制，以及海量數(shù)據(jù)存儲和全程數(shù)據(jù)分析功能。只要用戶有需求，新能源汽車路邊充電時間可以縮短至20 分鐘，我們目前設(shè)計的PACK 成品已經(jīng)能達(dá)到這個水平。經(jīng)過“八五”、“九五”規(guī)劃的實施，特別是“十五”國家863 電動汽車重大專項,我國已實現(xiàn)了官、產(chǎn)、學(xué)、研的資源整合,具有了電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)自主研發(fā)能力。隨電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,包括異步電機(jī)及永磁電機(jī)在內(nèi)的交流電機(jī)系統(tǒng)體現(xiàn)出比直流電機(jī)系統(tǒng)更加優(yōu)越的性能,目前已逐步取代了直流電機(jī)控制系統(tǒng)。特別是,由于具有高效、高功率密度的特點,目前在混合動力轎車中采用的基本都是永磁同步電動機(jī)。部分系統(tǒng)指標(biāo)（如比功率和系統(tǒng)效率）達(dá)到了國際先進(jìn)水平。與普通工業(yè)用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)及通用變頻器不同，電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的特點是高性能、高功率密度、高可靠性，低成本、低污染和良好的環(huán)境適應(yīng)性，如表2 所示。電動汽車中常用的交流電機(jī)主要有異步、永磁、開關(guān)磁阻三大類型，其特點如表1所示。 二、 電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的特點及分類電動汽車對驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的要求至少包括：（1）基速以下輸出大轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)車輛的啟動、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停等復(fù)雜工況；（2）基速以上為恒功率運(yùn)行，以適應(yīng)最高車速、超車等要求；（3）全轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以提高車輛的續(xù)駛里程；（4）結(jié)構(gòu)堅固、體積小、重量輕、良好的環(huán)境適應(yīng)性和高可靠性；（5）低成本及大批量生產(chǎn)能力。隨著近幾年汽車保有量的快速增加，汽車能源消耗增長呈現(xiàn)加速趨勢，進(jìn)一步加劇了我國石油供需矛盾。二、動力鋰電池工藝流程PACK 成品由三部分構(gòu)成，即電池組、BMS 和固定架外殼，其中固定架外殼由應(yīng)用的具體結(jié)構(gòu)來決定，涉及到整車的位置、配重、充電接口、通風(fēng)管道布置以及空間立體尺寸等，這需要與具體車型進(jìn)行匹配，在承攬加工前必須事先雙方確認(rèn)好相關(guān)設(shè)計圖紙，不能有任何差錯。快速質(zhì)檢設(shè)備和壽命測試設(shè)備動力電池組PACK 成品出廠前必須進(jìn)行整體全面質(zhì)檢，因為PACK 成品不但包含數(shù)只動力電池，還有動態(tài)一致控制的BMS 系統(tǒng)，質(zhì)檢的目的是全面檢驗成品的整體性能，把好出廠前的最后一道質(zhì)量關(guān)。篩選條件是在模擬工況充放電環(huán)境下測量單體電芯的充放電工作平臺和動態(tài)內(nèi)阻，除了原有的靜態(tài)參數(shù)作為配組的依據(jù)外，還增加了工作平臺和動態(tài)內(nèi)阻匹配標(biāo)準(zhǔn)，如此下來，現(xiàn)有的許多電池生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的單體電芯均達(dá)不到汽車動力電池的使用標(biāo)準(zhǔn)。(3) 在最佳工藝條件下,材料的振實密度達(dá)到1. 61g/ cm3 ,室溫下在0. 1 、0. 5 和1C 放電電流密度下首次放電比容量分別為147. 6 、136. 7 和122. 3mAh/g ,循環(huán)50 次后容量分別為142. 8 、127. 3 和106. 7mAh/ g 。而在溫度為60 ℃時,在低電流密度(0. 5C) ,循環(huán)20 次之后,其容量從163. 8mAh/ g 下降到161. 5mAh/ g ,容量保持率為98. 6 % ,提高電流密度(1C) 時,再循環(huán)20 次,其容量從154. 4mAh/ g 下降到151. 2mAh/ g ,容量保持率為97. 9 % ,這說明在高溫下,材料的循環(huán)性能比室溫好。說明在該工藝條件下,材料具有良好的循環(huán)性能。電流密度為0. 1C 時首次充電容量為163. 4mAh/ g ,放電容量為147. 6mAh/ g ,首次充放電效率達(dá)到了90. 3 % , 放電容量達(dá)到了理論容量的86. 8 %。葡萄糖用量決定產(chǎn)品中的含碳量,碳包覆雖然能夠提高材料的電子導(dǎo)電率,但也會降低材料的振實密度,所以葡萄糖的適宜用量是反應(yīng)物料質(zhì)量的6 %。從正交實驗的結(jié)果來分析,在一定的實驗條件下,隨著焙燒溫度的升高,材料的首次放電比容量先升高后減小,當(dāng)溫度過低時,不利于LiFePO4 的生成,含有少量的雜質(zhì)相,當(dāng)溫度過高時,顆粒變大,存在燒結(jié)的現(xiàn)象,降低了材料的離子擴(kuò)散速率,影響材料的放電容量。/ min 。本文應(yīng)用液相共沉淀法聯(lián)合固相焙燒法來制備LiFePO4 / C 復(fù)合材料,以材料首次放電比容量為考察標(biāo)準(zhǔn)通過正交實驗來優(yōu)化制備工藝,并對材料的理化性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了測試。鎳酸鋰 (LiNiO2 ) 雖然容量較高、自放電率低,但是材料制備困難。5 發(fā)展趨勢大規(guī)模連續(xù)式制備代表了磷酸鐵鋰材料制備的發(fā)展方向，今后對磷酸鐵鋰制備設(shè)備的研究以下幾個方面值得我們的重視：磷酸鐵鋰制備時的特殊氣氛要求，制備設(shè)備氣密結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)和氣氛凈化方式的研究；爐襯材料和加熱元件的抗腐蝕技術(shù)研究；既能提高材料電導(dǎo)率又能降低材料粒徑的制備工藝及制備設(shè)備的研究；納米級磷酸鐵鋰正極材料的制備技術(shù)研究等。高溫性能更佳，采用C/10 倍率的電流充放電時可逆容量達(dá)161 (mA我們研發(fā)的制備設(shè)備具有合成工藝先進(jìn)、產(chǎn)品成本低、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、溫度氣氛均勻和產(chǎn)能大等特點，其生產(chǎn)工藝和合成技術(shù)均屬國內(nèi)首創(chuàng)，處于國際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。這三者之間是相互關(guān)聯(lián)又相互制約的，即制備設(shè)備必須按一定的合成制度對材料進(jìn)行合成。對加熱元件采取特殊的保護(hù)措施———獨(dú)特的馬弗式加熱結(jié)構(gòu)，即加熱元件與合成室內(nèi)腐蝕氣體隔離，從而防止腐蝕氣體的侵入，同時加熱室通有保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)，使加熱元件的使用壽命大大延長，降低用戶的使用成本。窯體進(jìn)氣全部采用下部進(jìn)氣，廢物排放區(qū)上部排氣方式：保護(hù)氣體進(jìn)入窯內(nèi)后，先進(jìn)入下加熱室，經(jīng)加熱室預(yù)熱以后分多點層流式進(jìn)入爐膛。嚴(yán)格保證在密封倉換氣凈化之后，內(nèi)閘門打開之前，密封倉內(nèi)部的惰性氣體壓力和氧分壓等同于爐體與密封倉相接處的壓力和氧分壓值。 氣密結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)為滿足直通式的窯腔通道內(nèi)氧分壓要求，設(shè)備采用全密封爐體、氣氛隔離倉（前后各1個）與氣幕相結(jié)合的方式進(jìn)行密封。它包含先進(jìn)的密封隔離技術(shù)、獨(dú)特的爐內(nèi)氣氛凈化技術(shù)、特別的內(nèi)襯材料和加熱體抗腐蝕技術(shù)、先進(jìn)的智能自動控溫技術(shù)、復(fù)雜的自動送料控制技術(shù)等。目前，國際上磷酸鐵鋰材料的制備基本上都是采用間歇式設(shè)備：如氣氛保護(hù)鐘罩爐、氣氛保護(hù)箱式爐等。制備設(shè)備是支撐新一代鋰離子動力電池正極材料產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的基礎(chǔ)。后期擴(kuò)產(chǎn)到1000 噸/年深圳比亞迪 中試線生產(chǎn)(購買了三條不同的燒結(jié)爐設(shè)備準(zhǔn)備進(jìn)行中試)余姚金和 中試寧波彬彬 中試廣州鵬輝 日產(chǎn)100 公斤級小批量生產(chǎn), 小批量試生蘇州恒正 07 年1Q 實現(xiàn)年產(chǎn)500 噸(生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)到位)。目前已經(jīng)實現(xiàn)的應(yīng)用: 及以下的18650 :18650 型是一種通用標(biāo)準(zhǔn), 萬個電池/年,折算為正極材料需求600 噸 .磷酸鐵鋰的總生產(chǎn)能力預(yù)計到2007 年底將達(dá)到30004000 噸/,國內(nèi)售價為18 萬/噸,國外公司和董明的價格為30 萬/)鋰源上漲,目前Li2CO3 和LiOH 萬/噸左右,而2005 年價格為3 萬多,2006 年初為4 萬左右.(2)生產(chǎn)成本高,生產(chǎn)企業(yè)采用LiH2PO4(磷酸二氫鋰)作為鋰源,解決了環(huán)境污染問題,但原材料成本提高.(3)目前這個材料應(yīng)用主要是出口,正極材料能提供更好的安全性和穩(wěn)定性, 年內(nèi),將會出現(xiàn)磷酸鐵鋰和錳酸鋰,三元系材料在市場并存的局面,主要看誰能提供批量穩(wěn)定的正極材料, 年后磷酸鐵鋰的應(yīng)用將會有一個很大的增加,磷酸鐵鋰的實際需求有望在三年內(nèi)達(dá)到上萬噸/年. 競爭性分析主要競爭來自于美國valence、美國A123 公司,天津斯特蘭.(1)美國valence 公司及在華企業(yè)威能美國Valence 公司2003 年開始LiFePO4 的產(chǎn)業(yè)化,解決了其電池的倍率放電及低溫性能等問題,并和中國的部分鋰離子電池廠家進(jìn)行合作,并以O(shè)EM 方式生產(chǎn)4~10Ah 的聚合物電池,同時,在中國蘇州擬建生產(chǎn)基地(威能和威泰), ,Valence 還不足構(gòu)成實質(zhì)競爭.(2)美國A123 公司及其在華企業(yè)高博A123 公司主要從事?lián)诫s金屬離子的LiFePO4 材料的商品化運(yùn)作,但相關(guān)網(wǎng)站上涉及技術(shù)指標(biāo)的公開資料不多,部分產(chǎn)品已在臺灣的部分廠家試用,但據(jù)稱無量產(chǎn)能力, 公司與Valence 公司類是,也是以O(shè)EM 公司目前定位為潛在的競爭者.(3)其它企業(yè)的競爭國內(nèi)的其它企業(yè)例如天津斯特蘭,湖南瑞翔,北大先行和恒正納米科技也都進(jìn)行了中試實驗,湖南瑞翔和北大先行據(jù)稱是較早地完成中試的廠家,工藝存在煅燒時間長,而生產(chǎn)的產(chǎn)品批次間不穩(wěn)定,而且在最終產(chǎn)品中為了提高導(dǎo)電性,添加了價格昂貴的Ni、Co 和Mn 過渡金屬層狀材料。玩具( 遙控電動飛機(jī),車,船 )。電鉆、除草機(jī)等。第五章 國內(nèi)主要鋰離子動力電池及材料廠家概況一、國內(nèi)主要鋰離子動力電池廠家統(tǒng)計：深圳比亞迪，天空能源（洛陽），蘇州星恒，深圳雷天，河南環(huán)宇，青島澳柯瑪，武漢力興，天津力神，北京盟固利，TCL 金能，北京中潤恒動，浙江興海，山西光宇，天津航力源，蘇州迪耐特，雙一力（天津）新能源，深圳興科特，江西美亞能源，天津藍(lán)天雙環(huán)，湖南海星高科，深圳德朗能電池二、國內(nèi)鋰電池材料供應(yīng)商統(tǒng)計：正極：北京當(dāng)升、中信國安、湖南衫衫、湖南瑞祥、北大先行，無錫博節(jié)能、沈陽北泰集團(tuán)、西安榮華、美特、鎢業(yè)、博杰、深圳振華、河南思維、重慶普瑞格斯、天驕、恒力電源、新鄉(xiāng)創(chuàng)佳、濟(jì)寧**、浙江黃巖江口、冀州遠(yuǎn)新、鹽光科技、青島乾運(yùn)高科、廣州洪森、深圳源源、余姚金和、煙臺卓能、西安鐵虎能源新材料有限公司新鄉(xiāng)華鑫能源材料股份有限公司（原新鄉(xiāng)八化），正極：磷酸鐵鋰，三元；負(fù)極：石墨西安鐵虎能源新材料有限公司(TIHOO)電池正極材料——磷酸鐵鋰（LiFePO4負(fù)極：杉杉、BTR、長沙海容、汕頭誠翔、湖南輝宇、青島大華、遠(yuǎn)東、弘光、紅頂、金卡本、瑞富特、華容、斯諾、湖南星光、余姚宏遠(yuǎn)、北京創(chuàng)亞、佛山三高、電解液：張家港國泰華榮化工新材料有限公司、東莞市杉杉電池材料有限公司、深圳宙邦化工有限公司、廣州天賜高新材料股份公司、汕頭金光高科有限公司、北京創(chuàng)亞恒業(yè)新材料科技有限公司、北京化學(xué)試劑廠、天津金牛電源材料有限責(zé)任公司、福祿（蘇州）