新能源汽车锂电池材料的制备及生产工艺概述

新能源汽车锂电池材料的制备及生产工艺概述一、当前国内磷酸铁锂现状目前国内外已经能实现量产的合成方法均是高温固相法,高温固相法又分传统的(以天津斯特兰、湖南瑞翔、北大先行等为代表)和改进的(以美国威能、苏州恒正为代表,也称碳热法)两种.本项目的合成方法与美国valence公司的合成方法相近,即采用碳热法.与大多数生产厂家不同之处有原材料选择和烧结工艺.1.市场前景需求国内方面,山东海霸通讯设备有限公司投资3亿人民币,新建厂房占地350亩.拟建成国内最大的磷酸铁锂动力电池生产基地.万向集团实测了山东海霸的磷酸铁锂聚合物动力电池,发现其性能比锰酸锂电池性能还要好,通常所担心的低温性能在-20℃已经达到80%设计容量,而高倍率放电10C时也可达到80%容量,仅温升过快而已.这表明,磷酸铁锂已经基本达到电动汽车的使用要求!当然磷酸铁锂要大行其道,可能还有一些工艺完善,产品质量稳定化的过程,但据预测,2-3年内必是磷酸铁锂作为动力电池的主流,这个观点是绝大多数动力锂电池生产者和研究者的共识.另外,深圳市比亚迪电池股份有限公司正致力于研究动力汽车,目前该公司大批量采购国内生产的磷酸铁锂,凡是能批量生产的,比亚迪公司都成吨的采购,据称目前磷酸铁锂月需求是40吨.该公司已经先购入三条不同的烧结设备准备进行中试研究.此外,ATL广东新能源目前每月对磷酸铁锂的需求是10吨,天津力神在经过长时间的为ValenceOEM后,每月也有固定的磷酸铁锂需求.河南环宇集团和青岛澳柯玛都希望能寻找到供应磷酸铁锂材料的国内生产厂家.还有一些锂离子电池生产厂家都已经对磷酸铁锂系列的电池进行了较长的研究,已经获得了使用经验,市场已经逐渐成熟.欧美、台湾、日本方面对磷酸铁锂材料也有很大的需求量,目前磷酸铁锂材料在国内和国际市场上都处于供不应求状态,苏州恒正科技制备的磷酸铁锂材料售价高达30多万/吨,另外,台湾必翔愿意独家包销湖南瑞翔的磷酸铁锂材料5年,足见国际市场磷酸铁锂的需求之旺盛.据某公司的一份磷酸铁锂生产可行性分析报告估计,至20XX年,锂离子动力电池总需求量为50.69亿Ah(单体电池工作电压3.6伏),折算为正极材料其消耗量为36200吨.而以上数据仅仅只包含了国内市场,考虑到国外市场的拓展及电动轿车的潜在发展,对动力型锂离子电池正极材料的需求量要远远超出36200吨.综合上述分析,磷酸铁锂作为新型高能锂离子电池的正极活性材料及电子材料产品,随着电池工业及电子工业的发展,具有广阔的市场前景.在未来的两三年内,磷酸铁锂的市场需求量将达5万吨以上,尤其是在动力型电池应用方面对磷酸铁锂的需求将大幅增加.但目前磷酸铁锂还没有达到像钴酸锂这样的应用广度,主要原因是锂离子电池生产厂家没有稳定的货源供应情况下,也不能进行电池生产线的扩产,问题解决的关键还是在于磷酸铁锂材料产量的提高和产品质量稳定性的解决.解决产品的稳定性也正是本技术团队的优势所在.2.目前消费需求和潜在客户目前磷酸铁锂尚没有达到大规模商品化的主要原因是磷酸铁锂产品质量的稳定性,这一问题正被某些公司所解决.正由于部分技术问题尚未得到完美解决,磷酸铁锂材料目前主要用在高尔夫球场推车用电源,矿灯,电动摩托,电动自行车,动力工具、以及电动汽车23等方面.3.推广应用领域磷酸铁锂的应用领域主要有:(1)储能设备太阳能、风力发电系统之储能设备;不断电系统UPS;?配合太阳能电池使用作为储能设备(比亚迪已经在生产此类电池);(2)电动工具类高功率电动工具(无线);电钻、除草机等;(3)轻型电动车辆电动机车,电动自行车,休闲车,高尔夫球车,电动推高机,清洁车;混合动力汽车(HEV),近期2-3年的目标;(4)小型设备医疗设备:电动轮椅车,电动代步车);玩具(遥控电动飞机,车,船);(5)其它小型电器矿灯;植入性的医疗器械(磷酸铁锂无毒性,锂电池仅铁锂可满足要求);替代铅酸,镍氢,镍镉,锂钴,锂锰类电池在小型电器上的应用(20XX镍镉将全面退出市场);目前已经实现的应用:1.8Ah及以下的18650型圆柱电池.应用市场:18650型是一种通用标准,可用于小型电器.全球需求为5000万个电池/年,折算为正极材料需求600吨.磷酸铁锂的总生产能力预计到20XX年底将达到3000-4000吨/年左右.磷酸铁锂市场价格目前比较高,国内售价为18万/吨,国外公司和董明的价格为30万/吨.主要原因有1)锂源上涨,目前Li2CO3和LiOH等价格均在6.5万/吨左右,而20XX年价格为3万多,20XX年初为4万左右.(2)生产成本高,生产企业采用LiH2PO4(磷酸二氢锂)作为锂源,解决了环境污染问题,但原材料成本提高.(3)目前这个材料应用主要是出口,正极材料能提供更好的安全性和稳定性,价格因素不太敏感.预计近3年内,将会出现磷酸铁锂和锰酸锂,三元系材料在市场并存的局面,主要看谁能提供批量稳定的正极材料,谁就能占领更多的市场份额.预计3年后磷酸铁锂的应用将会有一个很大的增加,并将会占据主导地位.据国内大型锂离子电池正极材料供应商的预测,磷酸铁锂的实际需求有望在三年内达到上万吨/年.3.4竞争性分析主要竞争来自于美国valence、美国A123公司,天津斯特兰.(1)美国valence公司及在华企业威能美国Valence公司20XX年开始LiFePO4的产业化,解决了其电池的倍率放电及低温性能等问题,并和中国的部分锂离子电池厂家进行合作,并以OEM方式生产4~10Ah的聚合物电池,同时,在中国苏州拟建生产基地(威能和威泰),自己生产聚合物电池.但是由于Valence公司面对国内的客户并不出售电池材料.而与其合作的电池厂家利润空间和主动性受到了限制,因此对能够提供稳定的正极材料的厂家非常渴望.预计近几年,Valence还不足构成实质竞争.(2)美国A123公司及其在华企业高博2425A123公司主要从事掺杂金属离子的LiFePO4材料的商品化运作,但相关网站上涉及技术指标的公开资料不多,部分产品已在台湾的部分厂家试用,但据称无量产能力,且批次稳定性差.A123公司与Valence公司类是,也是以OEM的方式和国内的一些电池厂家进行合作.A123公司在中国的常州建设生产基地高博.A123公司目前定位为潜在的竞争者.(3)其它企业的竞争国内的其它企业例如天津斯特兰,湖南瑞翔,北大先行和恒正纳米科技也都进行了中试实验,但是他们的生产工艺和产品各有不利的方面.其中,湖南瑞翔和北大先行据称是较早地完成中试的厂家,但是他们目前尚不能解决产品批次间稳定性的问题.他们用的原料和技术路线都不是最具有竞争力.原料主要是运用铁的有机盐,工艺存在煅烧时间长,而生产的产品批次间不稳定,产品在做成品电池的时候粘着性差.恒正纳米科技目前在产量上还未形成规模,而且在最终产品中为了提高导电性,添加了价格昂贵的Ni、Co和Mn过渡金属层状材料;并且广泛采用进口设备和原材料,因此成本很高.因此他们的产品价格是目前商业价格的两倍还要多.天津斯特兰收购了北京中辉振宇,目前有4条网带式烧结炉,计划07年扩产至20条,产品质量已经基本成熟,目前产品供不应求,预计3年后会有一定的竞争威胁.总之,目前磷酸铁锂产品正处于行业的萌芽阶段,而中国环境问题突出,能源问题紧张,因此磷酸铁锂产品潜在市场巨大,而国内外的电池材料厂家要么不具备稳定的生产能力要么生产的产品质量存在诸多问题或产量太小.结论:磷酸铁锂的生产在近2-3年不会发生争夺客户的竞争,目前的市场现状是客户寻找市场.从事磷酸铁锂生产(中试或者生产)的主要单位(排名不分先后):北大先行完成中试,年产60吨天津斯特兰(原北京中辉振宇)年产200吨,计划07年扩产至2000吨/年青岛乾运年产30吨山西力之源年产30吨横店东磁15吨/年中试线建设批准阶段山东海霸中试,已购入推板式烧结炉;湖南瑞翔中试完成;计划07年实现300吨/年产量;后期扩产到1000吨/年深圳比亚迪中试