【正文】 有價(jià)格低廉，資源豐富，安全性好、循環(huán)更穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而成為鋰離子動(dòng)力電池的最佳正極材料。其主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：（ 1）能解決 LiCoO2及其他現(xiàn)有正極材料不 能解決的安全問題：由于采用磷酸根取代了氧，在濫用條件下不會(huì)有氧氣析出，所以安全性能大大提高。（ 3）無毒、無污染，是真正的綠色能源。 自 2020 年初， 功能材料化學(xué)研究所組織了來自國(guó)內(nèi)知名大學(xué)的教授、博士以及國(guó)內(nèi)知名企業(yè)從事磷酸亞鐵鋰生產(chǎn)的技術(shù)人員成立項(xiàng)目組，開始小批量生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)，目前已經(jīng)掌握了磷酸亞鐵鋰的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。所生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)電池廠 家檢測(cè)，各項(xiàng)性能均處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。 項(xiàng)目建成后，將有利于緩解未來的能源緊缺、有利改善城市的環(huán)境污染、有利于解決失業(yè)問題，必將推動(dòng)中國(guó)磷酸亞鐵鋰電池材料產(chǎn)業(yè)的崛起，為實(shí)現(xiàn) 我 市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和科技創(chuàng)新帶來新動(dòng)力。在以新能源為突破的工業(yè)革命發(fā)展上與世界主要國(guó)家站在同一起跑線上，新能源的發(fā)展應(yīng)長(zhǎng)期強(qiáng)烈關(guān)注。隨著電子信有限公司 4000 噸 /年磷酸亞鐵鋰電池材料建設(shè)項(xiàng)目 — 3— 息技術(shù)、數(shù)碼科技的發(fā)展，各種便攜式電器、通訊設(shè)施、音像產(chǎn)品、醫(yī)療器械等用電器具將不斷增加。未來產(chǎn)業(yè)、科技、軍事國(guó)防、航空航天、日常生活對(duì)各類電池的需求將持續(xù)增加，對(duì)電池?zé)o害化的要求也將越來越高。石油的替代能源 (包括太陽(yáng)能、風(fēng)力、水力發(fā)電等 ) 未來將日趨受到重視，儲(chǔ)存電能的重要媒介 電池的市場(chǎng)需求將是非常龐大，各種電動(dòng)車輛、儲(chǔ)能設(shè)備 (UPS 等 )、電動(dòng)工具等產(chǎn)品的電池需求，將帶動(dòng)第一波磷酸亞鐵鋰動(dòng)力電池的需求。在能源問題日益突出的情況下，鋰離子電池特別是鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展特別迅速。綜合分析，項(xiàng)目建設(shè)是必要的。具有高插入電位的過渡金屬氧化物常作鋰離子電池的正極材料，目前研究較多的主要是層狀結(jié)構(gòu)的鋰鈷氧（ LiCoO2） 、鋰鎳氧 (LiNiO2)，具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰錳氧 (LiMn2O4)以及橄欖石 結(jié)構(gòu)的磷酸亞鐵鋰 (LiFePO4)。鋰鎳氧 (LiNiO2) 較鋰鈷氧價(jià)格略低，性能與鋰鈷氧相當(dāng)，具有較優(yōu)秀的嵌鋰性能，但制備困難，熱穩(wěn)定性差，產(chǎn)品性能難以穩(wěn)定，并且也存在較大的安全隱患。正交晶系橄欖石型磷酸亞鐵鋰 (LiFePO4)具有成本低、無毒、對(duì)環(huán)境友好、原材料來源豐富、理論容量和工作電壓較高等優(yōu)點(diǎn)，并且它具有更好的循環(huán)性能和更高的安全性能。 LiFePO4 在自然界中以磷鐵鋰礦的形式存在，具有有序的橄欖石結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系 (D162h， Pmnb)。在 LiFePO4中，氧原子近似呈六方緊密堆積，磷原子在四面體的空隙，鐵原子、鋰原子分別在八面體的空隙。一個(gè) FeO6八面體與兩個(gè) LiO6八面體共邊，而一個(gè) PO4 四面體則與一個(gè) FeO6八面體和兩個(gè) LiO6八面體共邊。 強(qiáng)的 P— O 共價(jià)鍵形成離域的三維立體化學(xué)鍵，使 LiFePO4具有很強(qiáng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。針對(duì)這種情況，人們通過各種方法提高磷酸亞鐵鋰的電導(dǎo)率，將導(dǎo)電碳包覆在磷酸亞鐵鋰顆粒表面以 形成磷酸亞鐵鋰 碳復(fù)合正極材料是一種較好的解決方法。層狀鈷酸鋰中鋰的脫嵌只能控制在 50%左右（理論容量 274mAh/g，實(shí)際容量 140mAh/g） ，否則會(huì)引起體積較大變化，進(jìn)而引起發(fā)熱發(fā)火。錳酸鋰的最大缺點(diǎn)是，在深度放電過程中，當(dāng)錳的價(jià)態(tài)低于或者等于 時(shí)，會(huì)發(fā)生JahnTeller 畸變效應(yīng)，使尖晶石中的 MnO6八面體由正八面體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗拿骟w結(jié)構(gòu)，造成材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。 圖 1 鈷酸鋰、錳酸鋰與磷酸亞鐵鋰充電放過程晶體結(jié)構(gòu)變化示意圖 目前直接合成磷酸亞鐵鋰的方法主要有高溫固相反應(yīng)法、水熱法。從產(chǎn)業(yè)化的角度來講高溫固相法具有工藝簡(jiǎn)單，容易操作，工藝可調(diào)性好，成本低等特點(diǎn)而成為首選方法。 影響 LiFePO4商業(yè)化的最主要障礙有兩個(gè)： 就材料本身而言是其導(dǎo)電性差，電阻率較大，電化學(xué)過程為擴(kuò)散控制，使之在大電流放電時(shí)容量 衰減較大，而大電流放電又是評(píng)價(jià)動(dòng)力電池性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。 產(chǎn)品一致性差。產(chǎn)品一致性差主要跟原材料的控制，燒結(jié)工藝以及產(chǎn)物的最后整形與處理工藝有關(guān)。 在國(guó)際上，美國(guó) Valence公司 (美國(guó)上市公司 )2020年 實(shí)現(xiàn)了 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，并已在中國(guó)的部分鋰離子 電池廠家（東莞新能源、青島澳柯瑪及邦凱等）以 OEM 方式生產(chǎn) 4～ 10Ah 的聚合物電池， 其中東莞新能源的使用量就達(dá)到每年 120噸。近期開發(fā) Ucharge 及Kcharge 二個(gè)系列動(dòng)力電池，其中 Ucharge 為 、 40～ 130Ah 電池組， Kcharge 為 ～ 、 48～ 92Ah 電池組，比能量為 ～101Wh/kg、能量密度在 130～ 145Wh/L，除了優(yōu)良的安全性外，可在20℃ ～ 60℃ 放電，及 40℃ ～ 60℃ 儲(chǔ)存， 80%DOD 循環(huán)壽命為 2020 次，而且其模塊設(shè)計(jì)成可與鉛酸動(dòng)力電池互換，并且已經(jīng)有了大量使用。北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司近期 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)磷酸亞鐵鋰的量產(chǎn)，但產(chǎn)品性能還有待改進(jìn)。 磷酸亞鐵鋰材料技術(shù)解決比較完善的是美國(guó) valence 公司，其材料克容量雖然不高 (批量的為 135mAh/g)，但產(chǎn)品加工性能、高倍率放電性能、制成電池的自放電穩(wěn)定性等各方面均很好。/Wh） 產(chǎn)品性能與 同行業(yè) 工藝的比較 創(chuàng)新點(diǎn) 本項(xiàng)目 采用特殊結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)電碳材料聚并苯對(duì)活性材料 進(jìn)行包裹。 采用了高效的機(jī)械活化合成工藝和噴霧造粒工藝使一次粒子顆粒度降低到幾十納米，二次粒子顆粒度達(dá)到到幾個(gè)微米范圍，因而可提高合成材料的鋰離子擴(kuò)散速率。 聚并苯同 時(shí)起到了三個(gè)作用：導(dǎo)電性較好，可提高活性材料電子電導(dǎo)率；阻止活性材料晶粒的長(zhǎng)大，可提高活性材料的離子遷移率；低溫時(shí)電導(dǎo)率恒定，所以也會(huì)改善合成材料的低溫性能。 核殼結(jié)構(gòu)的磷酸亞鐵鋰 /聚并苯復(fù)合材料的合成路線 將酚醛樹脂聚合物與磷酸亞鐵鋰前 驅(qū)物在合成前期進(jìn)行高能球磨有限公司 4000 噸 /年磷酸亞鐵鋰電池材料建設(shè)項(xiàng)目 — 9— 活化、并經(jīng)噴霧造粒、高溫煅燒，在高溫煅燒的過程中，磷酸亞鐵鋰形成的同時(shí)，酚醛樹脂進(jìn)一步發(fā)生縮合聚合反應(yīng)，直接在磷酸亞鐵鋰表面形成聚并苯并實(shí)現(xiàn)包覆。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的磷酸亞鐵鋰制備工藝一部分仍沿用傳統(tǒng)的產(chǎn)氣法合成工藝，即以草酸亞鐵、 磷酸二氫銨和碳酸鋰為原材料，此法的特點(diǎn)是 工藝成熟穩(wěn)定，易合成， 但是在整個(gè)合成過程中，三種原材料 在高溫煅燒過程中均發(fā)生強(qiáng)烈分解，產(chǎn)生 CO2和 NH3等大量的尾氣，為后期處理帶來負(fù)擔(dān)。 （ 2） 價(jià)格優(yōu)勢(shì) 本項(xiàng)目 實(shí)施的磷鋰離子動(dòng)力電池正極材料酸亞鐵鋰應(yīng)用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)設(shè)備要求低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，質(zhì)量更易保障，非常適合我國(guó)國(guó)情，有著極高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 （ 3） 產(chǎn)品性能優(yōu)勢(shì) 本項(xiàng)目 生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)多家鋰離子電池廠家試制成鋰離子電池，并與同類產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比，測(cè)試結(jié)果表明， 本項(xiàng)目 提供的批量生產(chǎn)產(chǎn)品具有較高的比容量和較優(yōu)良的循環(huán)性能，性能指標(biāo)已超過了國(guó)內(nèi)以及國(guó)外某有限公司 4000 噸 /年磷酸亞鐵鋰電池材料建設(shè)項(xiàng)目 — 11— 些同類產(chǎn)品水平 對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用與影響 科技有限公司 ，依托 功能材料化學(xué)研究所研究磷酸亞鐵鋰的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)磷酸亞鐵鋰電池材料，所生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)電池廠家檢測(cè)，各項(xiàng)性能均處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。 項(xiàng)目建設(shè)后，可提高磷酸亞鐵鋰動(dòng)力電池產(chǎn)品的市 場(chǎng)供應(yīng)量及產(chǎn)品品質(zhì)，滿足國(guó)家扶持新能源產(chǎn)品的戰(zhàn)略需求，對(duì)與之相關(guān)的其它行業(yè)有促進(jìn)作用，間接的促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的良性循環(huán)發(fā)展。 目前， 最小的鋰動(dòng)力電池 (不銹鋼殼 )為 φ42120(mm) ，電壓 ，額定容量 10Ah。最輕型的電動(dòng)自行車和電滑板車，僅用 6 只電池串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，續(xù)駛里程即可達(dá)到 36kM。不 論 是通迅、照明、驅(qū)動(dòng)，這種 ，均可做為一種輕便可移動(dòng)式的電力源泉而走向市場(chǎng)。 2020 年，我國(guó)的電動(dòng)自行車的產(chǎn)量已達(dá)到 100 萬(wàn)輛 以上 ，有 400 多家生產(chǎn)廠家。傳統(tǒng)的蓄電池裝在自行車上就如同裝上一塊 約 20kg 右重的大石頭，其本身的重量再加負(fù)載，使續(xù)駛里程不理想。電池裝在車上也壅腫難看。 據(jù)專家分析，未來 幾 年內(nèi)，電動(dòng)自行車將逐步取代自行車，鋰動(dòng)力電池，做為電動(dòng)自行車最理想的驅(qū)動(dòng)源泉，其市場(chǎng)保有量會(huì) 隨著電動(dòng)自行車的逐年增加而增加。 僅電動(dòng)自行車一項(xiàng)，國(guó)內(nèi)對(duì)鋰離子電池正極材料的需求已超過 1 萬(wàn)噸，其市場(chǎng)潛力更是巨大。其實(shí)采用電驅(qū)動(dòng)摩托車在國(guó)外一些先進(jìn)技術(shù)的國(guó)家和地區(qū)早巳研制開發(fā)，所有配件已經(jīng)完美成熟，但始終因?yàn)殡姵貑栴}，最主要的是續(xù)駛里程和速度達(dá)不到理想的指標(biāo)而嘆惜。只能跑 40～ 45km，最高時(shí)速也只有 40～ 50km， 不能滿足消費(fèi)者要求 。臺(tái)灣 EVT 電動(dòng)摩托車公司用鋰動(dòng)力電池組裝測(cè)試，一組選用 車，續(xù)駛里程達(dá)到 200km，最高時(shí)速可達(dá) 90～ 100km。在國(guó)內(nèi)，各大摩托車廠商也瞄準(zhǔn)有限公司 4000 噸 /年磷酸亞鐵鋰電池材料建設(shè)項(xiàng)目 — 13— 了鋰動(dòng)力電池作為動(dòng)力研發(fā)。 從今年起在未來五年內(nèi)，世界范圍內(nèi)將全面強(qiáng)制性實(shí)施新出廠轎車由原來 12V 蓄電池改為 36V 蓄電池。 1 只 12V/120Ah 的蓄電池 不 能滿足諸多電子系統(tǒng)的需要 ， 而使用鉛酸電池組合達(dá)到電壓容量的要求，就要增加 3 倍的重量和 3 倍的體積。 所以，鋰動(dòng)力電池以其體積小比能量大及質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，將做為首選蓄電池而進(jìn)入現(xiàn)代車一族。 鋰動(dòng)力電池 也應(yīng)用 在軍事領(lǐng)域，航天航空領(lǐng)域更存在不可估量的市場(chǎng)。 市場(chǎng)分析 鋰離子電池 市場(chǎng)需求分析 鋰離子電池自上世紀(jì)九十年代以來其應(yīng)用范圍越來越廣，從手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)到電動(dòng)自行車 和電動(dòng)汽車等。目前，手機(jī)、筆記本電腦大量使用的是以 LiCoO2 為正極材料的鋰離子電池。 有限公司 4000 噸 /年磷酸亞鐵鋰電池材料建設(shè)項(xiàng)目 — 14— 手機(jī)市場(chǎng) 對(duì)于鋰離子電池的第一大用戶手機(jī)而言，雖然近幾年全球手機(jī)銷售增速持續(xù)放緩，但由于新興市場(chǎng)特別是非洲市場(chǎng)需求強(qiáng)勁，全球手機(jī)市場(chǎng)仍將保持快速增速。而在我國(guó)，隨著農(nóng)民收入水平增加，低價(jià)手機(jī)的大力推廣，加之大中城市手機(jī)更新?lián)Q代加快 ， 據(jù)預(yù)計(jì)， 2020 年我國(guó)城市換機(jī)率將由 2020 年的 30%～ 40%提高到 50%～ 60%。 手機(jī)除在其數(shù)量增長(zhǎng)的帶動(dòng)下帶動(dòng)鋰離子電池需求增長(zhǎng)外，手機(jī)對(duì)數(shù)字相機(jī)、音樂播放、藍(lán)牙等功 能的整合也將在一定程度上帶動(dòng)鋰離子電池的消耗量，特別是配有藍(lán)牙的手機(jī)帶動(dòng)了鋰離子電池在藍(lán)牙耳機(jī)產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用 。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已有 %的網(wǎng)友使用手機(jī)上網(wǎng)，手機(jī)上網(wǎng)人口已達(dá) 4430 萬(wàn)，較 2006 年增長(zhǎng) 倍左右。在我國(guó)， NB 在市場(chǎng)需求和價(jià)格下降的共同作用下強(qiáng)勁增長(zhǎng)， 2020年我國(guó) NB 銷量達(dá)到了 萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng) %，銷售額同比增長(zhǎng) 33%，但 2020 年我國(guó) NB 滲透率僅為 %，距全球平均水平還有較大 差距，未來仍有較大的發(fā)揮空間。據(jù)國(guó)際研究機(jī)構(gòu)研究報(bào)告顯示目前全球電動(dòng)工具一年需要7 億多顆電池，其中只有略高于 1 成的量是用鋰電池及鎳氫電池，鎳鎘電池仍為主要材質(zhì)，但因鎳鎘電池的環(huán)境污染性，歐美國(guó)家已逐漸用法令限制其適用范圍，其中電動(dòng)手工具已開始提花，我國(guó)于 2020 年 3 月 1日起開始實(shí)施《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》也會(huì)使鎳鎘電池的使用受到一定的限制，而鎳氫 電池也因鎳價(jià)格上漲幅度較大對(duì)鋰電池的價(jià)格優(yōu)勢(shì)正逐步喪失，鋰電池在電動(dòng)工具上的應(yīng)用前景可期。 我國(guó)是電動(dòng)工具的生產(chǎn)大國(guó)和外貿(mào)出口大國(guó) 2020 年產(chǎn)量已達(dá)世界總產(chǎn)量的 80%，出口額已超過全球電動(dòng)工具出口量第二位的德國(guó)一倍以上，穩(wěn)居世界第一，而出口的電動(dòng)工具產(chǎn)品中近 80%出口到歐、美等發(fā)達(dá)國(guó)家，因此我國(guó)鋰電池將充分分享全球電動(dòng)工具自身需求的增長(zhǎng)以及對(duì)鎳鎘電池的替代所產(chǎn)生的廣闊市場(chǎng)空間。其中我國(guó)電動(dòng)車市場(chǎng)自 2020 年以來進(jìn)入高速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模和年銷售額保持 50%以上的增長(zhǎng)速度， 2020 年需求量將達(dá)到 1700 萬(wàn)臺(tái)，占全球需求總量的 90%。據(jù)預(yù)計(jì)， 2020 年我國(guó)電動(dòng)自行車需求量將達(dá)到 2200 萬(wàn)臺(tái) 。鋰離子電池憑借其體積小、質(zhì)量輕（ ～ 4.5kg）、循環(huán)壽命長(zhǎng)、續(xù)航能力強(qiáng)、環(huán)保等優(yōu)先將逐步取代鉛酸電池，同時(shí)鎳氫電池也因近年來鎳價(jià)格上漲幅度較大且成本降低難度較大而使其對(duì)鋰電池的價(jià)格優(yōu)勢(shì)逐步減弱，鋰電池代表了電動(dòng)自行車用電池的發(fā)展方向。 電動(dòng)汽車市場(chǎng) 目前包括豐田 Prius 在內(nèi)的混合動(dòng)力汽車都使使用鎳氫電池，但該電池的有效性被認(rèn)為已經(jīng)到了極限，而鋰離子電池因具備小型輕有限公司 4000 噸 /年磷酸亞鐵鋰電池材料建設(shè)項(xiàng)目 — 17— 量、高容量、高輸出功率等優(yōu)點(diǎn)而得到了北美、歐洲和亞洲汽車制造商的青睞，預(yù)計(jì)在該領(lǐng)域鋰離子充電電池也將逐步替