【正文】 正是由于磷酸鐵鋰低廉的價(jià)格和與鈷酸鋰不相上下的電化學(xué)性能，使其有望在對(duì)安全性和溫度要求較高的動(dòng)力型二次電池領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池材料制備設(shè)備的研究也 將會(huì)得到長足發(fā)展。 5 發(fā)展趨勢(shì) 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(duì)磷酸鐵鋰制備設(shè)備的 研究以下幾個(gè)方面值得我們的重視：磷酸鐵鋰制備時(shí)的特殊氣氛要求，制備設(shè)備氣密結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jí)磷酸鐵鋰正極材料的制備技術(shù)研究等。采用該工藝技術(shù)和制備設(shè)備我們成功地實(shí)現(xiàn)了 LiFePO4 的批量生產(chǎn)（產(chǎn)量可達(dá) 120 噸 / 年）。高溫性能更佳，采用 C/10 倍率的電流充放電時(shí)可逆容量達(dá) 161 (mA178。 h) /g 以上，大電流性能十分優(yōu)良， 10C 放電時(shí)，放電容量在 97 (mA178。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(diǎn)，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。本設(shè)備采用新的自動(dòng)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(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)和控制軟件，使熱場(chǎng)溫度、氣氛控制更精確和穩(wěn)定，制備設(shè)備自動(dòng)控制程度更高。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(duì)材料進(jìn)行合成。然而各種耐火材料的理化指標(biāo)與實(shí)際的使用條件差距較大，計(jì)算非常復(fù)雜，很難做到精確，因此需要對(duì)各種不 同的使用條件下實(shí)際的熱場(chǎng)進(jìn)行模擬，建立科學(xué)的模型進(jìn)行分析，掌握熱場(chǎng)溫度變化的關(guān)鍵，提高制備時(shí)溫度的精確性和一致性，更加有效地利用熱能。對(duì)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(shí)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。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(gè)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(shí)，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(shí)，以較大的壓力通以較大流量的保護(hù)氣體，同時(shí)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。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(diǎn)層流式進(jìn)入爐膛。 氣氛穩(wěn)定、均勻性技術(shù) 采用多點(diǎn)小流量均勻送氣的設(shè)計(jì)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(jì)的流量監(jiān)測(cè)，向加熱室輸入所需要的高純氬氣或高純氮?dú)?，并?jīng)過加熱組預(yù)熱后進(jìn)入合成區(qū)段。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。同時(shí)設(shè)置大流量惰性氣體垂直氣幕封門，使空氣不能進(jìn)入爐體內(nèi)。 氣密結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)）與氣幕 相結(jié)合的方式進(jìn)行密封。氣氛的動(dòng)態(tài)平衡控制主要通過壓力閉環(huán)自動(dòng)控制技術(shù)、氣源的低擾動(dòng)輸送技術(shù)、高密封技術(shù)等來實(shí)現(xiàn)，全部控制過程均采用計(jì)算機(jī)發(fā)布指令，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作和參數(shù)最佳化的全自動(dòng)控制，全方位地滿足氣體傳輸與氣氛精密控制的系統(tǒng)要求。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(dòng)控溫技術(shù)、復(fù)雜的自動(dòng)送料控制技術(shù)等。 3 ℃ 保護(hù)氣氛 : Ar 合成室內(nèi)氧含量 : 100179。國內(nèi)我們最早在這方面進(jìn)行了自主研發(fā)，在對(duì)試驗(yàn)型和小規(guī)模生產(chǎn)型的合成設(shè)備取得階段性成果的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了大規(guī)模連續(xù)式氣密保護(hù)制備設(shè)備，該型設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo) : 設(shè)備長度： 20 000 mm 有效口徑 : 680 mm（ W）179。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。如何在熱處理的過程中防止二價(jià)鐵的氧化是合成的關(guān)鍵控制點(diǎn)，也是制備設(shè)備必須解決的關(guān)鍵問題。制備設(shè)備是支撐新一代鋰離子動(dòng)力電池正極材料產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的基礎(chǔ)。然而，鈷資源的嚴(yán)重缺乏造成鈷價(jià)格的高昂，同時(shí)，鈷酸鋰 (LiCoO2)安全性能差，很難滿足大眾化的鋰離子動(dòng)力電池的需求；而比容量低和高溫性能差又成為長期以來困擾錳酸鋰 (LiMnO2)實(shí)現(xiàn)商品化的關(guān)鍵技術(shù)難題；三方晶系的鎳酸鋰 (LiNiO2)在制備的過程中很容易生成無電化學(xué)活性的立方晶系的鎳鋰， 實(shí)用化的難度較大；新型的三元復(fù)合氧 化物鎳鈷錳酸鋰 (LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) 因兼有LiNiO2 和 LiCoO2 的優(yōu)點(diǎn)，一度被人們認(rèn)為是最有可能取代 LiCoO2 的新型正極材料，但仍存在合成條件較為苛刻、安全性較差、綜合性能有待改進(jìn)、成本也較高等缺點(diǎn)；正交晶系橄欖石型的磷酸鐵鋰 (LiFePO4)材料由于具有比容量高、價(jià)格低廉、無環(huán)境污染、安全性和熱穩(wěn)定 性好等優(yōu)點(diǎn)而成為一種最有潛力的鋰離子動(dòng)力電池材料。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(jí)小批量生產(chǎn) ,據(jù)說準(zhǔn)備量產(chǎn) . 新鄉(xiāng)八化 小批量試生產(chǎn) 蘇州恒正 07 年 1Q 實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 500 噸 (生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)到位 )。 湖南瑞翔 中試完 成 。 目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用 : 18650型圓柱電池 .應(yīng)用市場(chǎng) :18650型是一種通用標(biāo)準(zhǔn) ,可用于小型電器 .全球需求為 5000 萬個(gè)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(jì)到 2020 年底將達(dá)到 30004000 噸 /年左右 . 磷酸鐵鋰市場(chǎng)價(jià)格目前比較高 ,國內(nèi)售價(jià)為 18萬 /噸 ,國外公司和董明的價(jià)格為 30萬 /噸 .主要原因有 1)鋰源上漲 ,目前 Li2CO3和 LiOH等價(jià)格均在 /噸左右 ,而 2020年價(jià)格為 3萬多 ,2020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(gè)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 ,價(jià)格因素不太敏感 . 預(yù)計(jì)近 3 年內(nèi) ,將會(huì)出現(xiàn)磷 酸鐵鋰和錳酸鋰 ,三元系材料在市場(chǎng)并存的局面 ,主要看誰能提供批量穩(wěn)定的正極材料 ,誰就能占領(lǐng)更多的市場(chǎng)份額 .預(yù)計(jì) 3年后磷酸鐵鋰的應(yīng)用將會(huì)有一個(gè)很大的增加 ,并將會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位 .據(jù)國內(nèi)大型鋰離子電池正極材料供應(yīng)商的預(yù)測(cè) ,磷酸鐵鋰的實(shí)際需求有望在三年內(nèi)達(dá)到上萬噸 /年 . 競(jìng)爭性分析 主要競(jìng)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 2020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 OEM 方式生產(chǎn) 4~10Ah 的聚合物電池 ,同時(shí) ,在中國蘇州擬建生產(chǎn)基地 (威能和威泰 ),自己生產(chǎn)聚合物電池 . 但是由于 Valence 公司面對(duì)國內(nèi)的客戶并不出售電池材料 .而與其合作的電池廠家利潤空間和主動(dòng)性受到了限制 ,因此對(duì)能夠提供穩(wěn)定的正極材料的廠家非常渴望 . 預(yù)計(jì)近幾年 ,Valence 還不足構(gòu)成實(shí)質(zhì)競(jìng)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(tái)灣的部分廠家試用 ,但據(jù)稱 無量產(chǎn)能力 ,且批次穩(wěn)定性差 .A123公司與 Valence公司類是 ,也是以 OEM的方式和國內(nèi)的一些電池廠家進(jìn)行合作 .A123 公司在中國的常州建設(shè)生產(chǎn)基地高博 .A123 公司目前定位為潛在的競(jìng)爭者 . (3)其它企業(yè)的競(jìng)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(shí)驗(yàn) ,但是他們的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品各有不利的方面 .其中 ,湖南瑞翔和北大先行據(jù)稱是較早地完成中試的廠家 ,但是他們目前尚不能解決產(chǎn)品批次間穩(wěn)定性的問題 .他們用的原料和技術(shù)路線都不是最具有競(jìng)爭力 .原料主要是運(yùn)用鐵的有機(jī)鹽 ,工藝存在 煅燒時(shí)間長 ,而生產(chǎn)的產(chǎn)品批次間不穩(wěn)定 ,產(chǎn)品在做成品電池的時(shí)候粘著性差 .恒正納米科技目前在產(chǎn)量上還未形成規(guī)模 ,而且在最終產(chǎn)品中為了提高導(dǎo)電性 ,添加了價(jià)格昂貴的 Ni、 Co和 Mn過渡金屬層狀材料 。 植入性的醫(yī)療器械 (磷酸鐵鋰無毒性 ,鋰電池僅鐵鋰可滿足要求 ) 。 玩具 ( 遙控電動(dòng)飛機(jī) ,車 ,船 )。 混合動(dòng)力汽車 (HEV),近期 23年的目標(biāo) 。 電鉆、除草機(jī)等 。 ? 配合太陽能電池使用作為儲(chǔ)能設(shè)備 (比亞迪已經(jīng)在生產(chǎn)此類電池 )。 第五章 國 內(nèi) 主要鋰離子動(dòng)力電池 及材料 廠家 概況 一、 國內(nèi)主要鋰離子動(dòng)力電池廠家統(tǒng)計(jì)： 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(dòng)， 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(jì)： 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(tái)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） 新型材料有限公司（ Ferro 美資企業(yè)）、河北香河昆侖、上海圖爾實(shí)業(yè)、珠海賽維 PVDF:廈門物投、深圳市華爾電子科技有限公司、 CMC:美國斯比凱可、赫克力士 SUP:上海匯普工業(yè)化學(xué)品有限公司 SO:青島星遠(yuǎn)、中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院 NMP:偉源 SBR:廣州石油化工 鋁箔：福來順、深圳市振鑫箔電子包裝材料有限公司、四方達(dá)公司、中南鋁業(yè)、上海美鋁 1銅箔：聯(lián)合、梅雁、佛岡、深圳市國興銅箔有限公司、佛岡建滔實(shí)業(yè)有限公司 1鋁帶：惠華 1鎳帶 ：無錫廣翔合金材料、宜興市大宏電子有限公司、湖南德先新材料有限公司、 1復(fù)合帶：宜興市惠華復(fù)合材料有限公司 1隔膜：恩太克、環(huán)島科技（東莞）有限公司、深圳市納光科技有限公司 1鋁殼：同力高科、日亞星、深圳市億進(jìn)利科技發(fā)展有限公司、常熟市高科電池材料有限公司、溫州市高科鎖具有限公司、深圳市新洋電器有限公司、溫州市鹿城巨星鋰電池殼體廠、余姚市岳華塑膠制品廠、深圳市龍?zhí)炜萍加邢薰尽? 1蓋板：深圳市億進(jìn)利科技發(fā)展有限公司、同力高科、溫州市宏藝鋰電池配件有限公司 第六章 鋰電池材料的制備及生產(chǎn)工藝概述 一、當(dāng)前國內(nèi)磷酸鐵鋰現(xiàn)狀 目前國內(nèi)外已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的合成方法均是高溫固相法 ,高溫固相法又分傳統(tǒng)的 (以天津斯特蘭、湖南瑞翔、北大先行等為代表 )和改進(jìn)的 (以美國威能、蘇州恒正為代表 ,也稱碳熱法 )兩種 .本項(xiàng)目的合成方法與美國 valence公司的合成方法相近 ,即采用碳熱法 .與大多數(shù)生產(chǎn)廠家不同之處有原材料選擇和燒結(jié)工藝 . 國內(nèi)方面 ,山東海霸通訊設(shè)備有限公司投資 3億人民幣 ,新建廠房占地 350 畝 .擬建成國內(nèi)最大的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池生產(chǎn)基地 .萬向集團(tuán)實(shí)測(cè)了山東 海霸的磷酸鐵鋰聚合物動(dòng)力電池 ,發(fā)現(xiàn)其性能比錳酸鋰電池性能還要好 ,通常所擔(dān)心的低溫性能在 20℃ 已經(jīng)達(dá)到 80%設(shè)計(jì)容量 ,而高倍率放電 10C時(shí)也可達(dá)到 80%容量 ,僅溫升過快而已 .這表明 ,磷酸鐵鋰已經(jīng)基本達(dá)到電動(dòng)汽車的使用要求 !當(dāng)然磷酸鐵鋰要大行其道 ,可能還有一些工藝完善 ,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定化的過程 ,但據(jù)預(yù)測(cè) ,23年內(nèi)必是磷酸鐵鋰作為動(dòng)力電池的主流 ,這個(gè)觀點(diǎn)是絕大多數(shù)動(dòng)力鋰電池生產(chǎn)者和研究者的共識(shí) .另外 ,深圳市比亞迪電池