锂离子电池基础知识暨电池级硫酸锰产品介绍(全)

1、锂离子电池基础知识暨电池级硫酸锂离子电池基础知识暨电池级硫酸锰产品介绍锰产品介绍中国中国长沙长沙2013.092013.09目目 录录 一一 锂离子电池基础知识锂离子电池基础知识 二二 正极材料及其发展趋势正极材料及其发展趋势 三三 三元材料及其发展趋势三元材料及其发展趋势 四四 801 801应用领域及其工艺路线应用领域及其工艺路线 五五 ISKY801 ISKY801产品工艺介绍产品工艺介绍 六六 ISKY801 ISKY801产品差异性产品差异性( (优势点优势点) )一一 锂离子电池基础知识锂离子电池基础知识1 1 电池分类电池分类2 2 锂离子电池的结构锂离子电池的结构3 3 锂离子

2、电池主要组分常见材料锂离子电池主要组分常见材料4 4 锂离子电池特点锂离子电池特点5 5 锂离子电池电化学反应机理锂离子电池电化学反应机理6 6 使用锂离子电池注意点使用锂离子电池注意点1 1 电池分类电池分类电池太阳能电池太阳能电池双层电气电容双层电气电容热电池热电池物理电池物理电池生物电池生物电池酶解电池酶解电池微生物电池微生物电池化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池镍铬电池镍铬电池镍氢电池镍氢电池锂离子电池锂离子电池铅酸电池铅酸电池锂电池：锂电池：正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。锂离子电池：锂离子电池：在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子。2 2

3、 锂离子电池的结构锂离子电池的结构3 3 锂离子电池主要组分常见材料锂离子电池主要组分常见材料4 4 锂离子电池特点锂离子电池特点锂离子电池锂离子电池优点优点无环境污染，绿色电池无环境污染，绿色电池输出电压高输出电压高能量密度高能量密度高安全，循环性好安全，循环性好自放电率小自放电率小快速充放电快速充放电充电效率高充电效率高85 5 锂离子电池电化学反应机理锂离子电池电化学反应机理96 6 使用锂离子电池注意点使用锂离子电池注意点 锂电池的使用就是电少就充，充饱就拔。 用自有或匹配的充电器充电，不要用万能充，无 保护装置。 不用潮湿电池和电源线。二二 正极材料及其发展趋势正极材料及其发展趋势1

4、 1 锂离子电池对正极材料性能的要求锂离子电池对正极材料性能的要求2 2 正极材料的分类正极材料的分类3 3 各正极材料特点各正极材料特点4 4 正极材料容量和电压关系图正极材料容量和电压关系图5 5 常见正极材料及其性能比较常见正极材料及其性能比较6 6 锂离子电池正极材料市场应用现状锂离子电池正极材料市场应用现状7 7 正极材料发展趋势正极材料发展趋势8 8 全球及中国各正极材料增速对比全球及中国各正极材料增速对比1 1 锂离子电池对正极材料性能的要求锂离子电池对正极材料性能的要求能量越高，电动车能量越高，电动车续航里程越远续航里程越远功率越高，电动车功率越高，电动车加速、爬坡性能越加速、

5、爬坡性能越好好电动车的安全性的电动车的安全性的决定因素决定因素循环性越好，电动循环性越好，电动车寿命越长车寿命越长比能量高比能量高比功率大比功率大自放电少自放电少价格低廉价格低廉使用寿命长使用寿命长安全性好安全性好比能量密度是描述电池活性物质通过电池反应所能放出电能的能力。比功率密度是描述电池在瞬间能放出较大能量的能力。 锰酸锂正极材料正极材料三元素系磷酸铁锂系镍酸锂二元素系钴酸锂 正极材料是锂离子电池中最为关键的原材料，直接决定了电池的安全性能和电池能否大型化，约占锂离子电池电芯材料成本的30%左右。2 2 正极材料的分类正极材料的分类引入钴稳定其二维层状结构价格低廉放电比容量低高温性能不佳

6、二价锰溶于电解液比容量高放电倍率佳安全性好成本低(融合了锰酸锂和钴酸锂的优点)容量高价格低廉结构不稳定合成难度大高放电功率成本低快速充电好循环性能好高温高热下稳定性好(300)低温性能差(0)合成的批次稳定性差合成环境需要还原性气体性能稳定安全性差(150炸)价格高循环寿命短锰酸锂钴酸锂镍酸锂二元素系磷酸铁锂系三元素系3 3 各正极材料特点各正极材料特点4 4 正极材料容量和电压关系图正极材料容量和电压关系图5 5 常见正极材料及其性能比较常见正极材料及其性能比较磷酸铁锂磷酸铁锂锰酸锂锰酸锂钴酸锂钴酸锂镍酸锂镍酸锂镍钴锰三元材料镍钴锰三元材料材料主成分材料主成分LiFePO4LiMn2O4Li

7、MnO2LiCoO2LiNiO2LiNiCoMnO2理论能量密理论能量密度（度（mAh/g）170148286274274278实际能量密实际能量密度（度（mAh/g）130-140100-120200135-140190-210155-165电压（电压（V）3.2-3.73.8-3.93.4-4.33.62.5-4.13.0-4.5循环性（次）循环性（次）2000500差差300差差800过渡金属过渡金属非常丰富非常丰富丰富丰富丰富丰富贫乏贫乏丰富丰富贫乏贫乏环保性环保性无毒无毒无毒无毒无毒无毒钴有放射性钴有放射性镍有毒镍有毒钴、镍有毒钴、镍有毒安全性能安全性能好好良好良好良好良好差差差差尚

8、好尚好166 6 锂离子电池正极材料市场应用现状锂离子电池正极材料市场应用现状7 7 正极材料发展趋势正极材料发展趋势三元系三元系据机构调查，2015年三元材料在正极材料中的占比将上升至35%,锰酸锂占比将上升至30%,而钴酸锂将下降至25%。8 8 全球及中国各正极材料增速对比全球及中国各正极材料增速对比三三 三元材料及其发展趋势三元材料及其发展趋势1 三元材料定义2 三元材料特征3 三元材料LiNixCoyMnzO2的主要制备方法4 目前商业化的三元系列材料及其特点5 三元材料市场发展历程及影响因素6 三元材料的发展趋势7 三元材料在动力电池成长的可能性8 三元材料成长前景9 三元材料有待

9、解决的问题10 国家政策支持1 1 三元材料定义三元材料定义钴酸锂电池的正极材料是钴酸锂LiCoO2，三元材料则是镍钴锰酸锂Li(NixCoyMnz)O2。2 2 三元材料特征三元材料特征优点比容量高循环寿命长安全性能好价格低廉缺点平台相对较低首次充放电效率低Ni/Co/Mn作用Ni:可提高材料的容量Co:减少阳离子混合占位，稳定层状结构Mn:降低材料成本，提高安全性和稳定性3 3 三元材料三元材料LiNiLiNix xCoCoy yMnMnz zO O2 2的主要制备方法的主要制备方法溶胶溶胶- -凝胶法凝胶法喷雾干燥法喷雾干燥法振实密度高振实密度高形貌容易控制形貌容易控制加工性能好加工性能

10、好工业化主要方法工业化主要方法振实密度较低振实密度较低形貌难控制形貌难控制加工性能差加工性能差前驱体前驱体LiNiLiNix xCoCoy yMnMnz zO O2 2LiLi源源+ +球磨球磨+ +烧结烧结4 4 目前商业化的三元系列材料及其特点目前商业化的三元系列材料及其特点 333333：LiNiLiNi1/31/3CoCo1/31/3MnMn1/31/3O O2 2 增加了Ni和Mn，但成本还是比较高。 424424：LiNiLiNi0.40.4CoCo0.20.2MnMn0.40.4O O2 2由于降低了钴含量，增加了锰含量，使产品更具有成本优势。 523523：LiNiLiNi0.

11、50.5CoCo0.20.2MnMn0.30.3O O2 2与333相比具有更高的镍含量，可以使材料的克容量发挥的更高，提高电池的体积能量密度，且低成本，是目前用量很大的三元材料。5 三元材料市场发展历程及影响因素三元材料市场发展历程及影响因素2008年火爆的三元市场(NCM523)钴价强劲被动型增长2009年低迷的三元市场钴价乏力新品技术未成熟2010年逐步抬升的三元市场钴价乏力新品技术成熟2011-2013年逐步发展的三元市场钴价乏力新品技术成熟主动型增长 三元材料市场影响因素(1) 钴的价格(2) 技术推动 发展历程6 6 三元材料的发展趋势三元材料的发展趋势 向高容量和低成本方向发展向

12、高容量和低成本方向发展 高能量密度是锂电池追求的永恒目标，三元正极材料中的Ni、Co、Mn三者不同比例的组合为我们提供了极大的发挥空间，在三元体系中，随着Ni组分的增加，容量不断提高，同时因Co的含量减少，材料成本也随之下降。 往动力电池方向发展往动力电池方向发展 目前国内普遍认为动力型锂电池正极材料主要竞争将在LiFePO4和LiMn2O4二者之间，然而NCM却被日本锂电厂家看好，他们认为磷酸铁锂专利不是主要制约问题，而是磷酸铁锂能量密度低，在小型化上无优势，即不适用小轿车，但可适用于大巴。坚持坚持NiCoMn三元动力电池路线的厂家三元动力电池路线的厂家电池厂商股东厂商正极材料三洋电机三洋镍

13、钴锰三元PEVE丰田、松下镍钴锰三元GS汤浅汤浅镍钴锰三元HVE日立、神户电机镍钴锰三元住友化学住友化学镍钴锰三元1 在电动工具电动工具方面，作为小功率锂电池会占有一份市场。 目前NCM333材料在18650型小功率锂电池上已得到普遍使用，NCM523已处于开发试用阶段。事实上也为NCM材料应用到电动汽车上积累技术储备。2 在电动汽车电动汽车方面，取决于日本电池厂家对该材料的开发和推广。7 7 三元在动力电池成长的可能性三元在动力电池成长的可能性PKNCMNCMLMOLMOLiFePOLiFePO4 48 8 三元材料成长前景三元材料成长前景三元材料逐步挤压钴酸锂市场，其优势在：1 成本优势

14、2 更高的容量 3 发展空间大发展空间大1 NCM压实密度低(3.6g/cm3)，与LCO(3.9g/cm3)比较明显处于劣势。2 高温涨气，尤其是高Ni的NCM。3 品质的稳定性，NCM对环境、工艺参数的敏感度远高于LCO。9 9 三元材料有待解决的问题三元材料有待解决的问题10 10 国家政策支持国家政策支持2012年10月16日，工信部、科技部、财政部曾经联合发文关于组织申报2012年度新能源汽车产业技术创新工程项目的通知，明确要求2015年电池单体的能量密度达到180Wh/kg以上。磷酸铁锂磷酸铁锂锰酸锂锰酸锂钴酸锂钴酸锂镍酸锂镍酸锂镍钴锰三元材料镍钴锰三元材料材料主成分材料主成分Li

15、FePO4LiMn2O4LiMnO2LiCoO2LiNiO2LiNiCoMnO2理论能量密度理论能量密度（mAh/g）170148286274274278实际能量密度实际能量密度（mAh/g）130-140100-120200135-140190-210155-165电压（电压（V）3.2-3.73.8-3.93.4-4.33.62.5-4.13.0-4.5 四四 801801应用领域及其工艺路线应用领域及其工艺路线1 1 锰在锂离子电池材料中的应用锰在锂离子电池材料中的应用( (前驱体前驱体) )2 2 高纯硫酸锰制备技术工艺路线高纯硫酸锰制备技术工艺路线1 1 锰在锂离子电池材料中的应用锰

16、在锂离子电池材料中的应用锰酸锂制备Mn源：醋酸锰、电解二氧化锰，极少量用高纯硫酸锰。三元材料制备Mn源( (前驱体前驱体) ) ：高纯硫酸锰、高纯氯化锰等。碳酸锰矿石 酸浸2 2 高纯硫酸锰制备技术工艺路线高纯硫酸锰制备技术工艺路线软锰矿+硫铁矿 酸浸电解金属锰 酸浸工业硫酸锰 水溶除杂 过滤 结晶 离心 干燥 成品软锰矿+SO2 酸浸五五 ISKY801产品工艺介绍产品工艺介绍1 原料：预处理水(渗透)，化合桶的放40m3，硫酸；2 硫酸浸出过程中99.7%电解金属锰片调pH值为自制碳酸锰调；3 氟化剂或外购有机物除杂经除Ca/Mg(过滤)、BaS除重金属(CuCoNiZn等)(过滤)、H2O2除铁(三次过滤，最后一次为精滤)；4 结晶工序用油加热(130-140)，压滤后结晶体经1.5s闪蒸干燥产品，经旋风分离，高纯硫酸锰粉末包装成品。尾气有专门的处理，如除尘袋等。电解金属锰酸浸除杂过滤结晶压滤干燥成品六六 ISK