磷酸铁锂的工艺路线探讨和发展.ppt

,磷酸铁锂的工艺路线探讨和发展,蒋华锋,二0一0年五月,Huafeng Chiang,1,第一部分 第二部分 第三部分,磷酸铁锂的产业化现状 工艺路线的发展探讨 磷酸铁锂产业的发展探讨,内容概要,Huafeng Chiang,2,1.磷酸铁锂产业化现状 典型厂家 铁锂材料生产商,Huafeng Chiang,3,1.磷酸铁锂产业化现状 厂家总结,Huafeng Chiang,4,1.磷酸铁锂产业化现状 路线比较 以年产300吨为例：,Huafeng Chiang,5,1.磷酸铁锂产业化现状 简要分析 （1）草酸亚铁路线仍然是目前最主流的合成路线，但设备依存度较高，生 产周期比较长 ，形貌调控问题是该路线的难点，导致稳定性不理想。 （2）氧化铁工艺路线比较成熟，产业化基础强，稳定性好，但V系路线的 市场竞争力较弱，在成熟市场会面临挑战；复合路线在成本和性能做 了很好的兼顾，成本方面也有较大优势。 （3）磷酸铁路线成本比较高，仅磷酸铁一项就达到原材料成本的50%以 上，必须大幅削减成本，才能让其优质的电性能和市场价格相匹配。 技术路线不统一，说明目前的磷酸铁锂市场仍然不成熟，预示整个产业还处于“从有到优”的竞争阶 段，稳定性是现阶段的重点，V系工艺会有较好的表现，在下一个阶段”从优到廉“的发展过程中，复 合路线和磷酸铁将成为发展的主流，毕竟“稳定性，加工性，电特性”才是符合动力电池产业发展的 主流特征。,Huafeng Chiang,6,2.工艺路线的发展探讨 铁源追溯,草酸亚铁,氧化铁红,磷酸铁,硫酸亚铁,磷酸,草酸,氢氧化钠,氢氧化钠,双氧水,双氧水,氨水,还原铁粉,工业硫酸,Huafeng Chiang,7,2.工艺路线的发展探讨 磷源追溯,Huafeng Chiang,8,2.工艺路线的发展探讨 锂源追溯 电池级碳酸锂制备工艺： （1）用盐酸中和氢氧化锂至一定pH值，然后加入草酸铵和氯化钡除去钙和硫 酸根离子。 （2）然后用氢氧化锂条件调节一定pH值，加入双氧水将亚铁离子氧化成铁离 子，在弱碱性条件下除去铁离子。 （3）为了提高锂的回收率，加入碳酸铵沉锂； （4）通入CO2将碳酸锂进一步氢化； （5）通过离子交换树脂深度除去钙、镁离子，然后将LiHCO3溶液加热结晶得 到99.9%电池级碳酸锂。,Huafeng Chiang,9,2.工艺路线的发展探讨 原材料小结 磷源合成离不开工业磷酸，锂源都是由氢氧化锂作为中间产物。 合成磷酸铁锂的基础原料可简单分为3种： （1）工业磷酸； （2）硫酸亚铁； （3）氢氧化锂； 归根到底，固相法和溶液法所用的原料完全相同，不同的工艺路线 只是原材料的不同排列组合而已；很显然物质利用率越高的搭配组合可 以实现较低的原材料成本。,Huafeng Chiang,10,2.工艺路线的发展探讨 烧失率统计 很显然，氧化铁红1路线和磷酸铁路线物质利用率最高，但由于目前磷酸二氢 锂和磷酸铁的价格压力较大，成为制约其路线发展的关键！,Huafeng Chiang,11,2.工艺路线的发展探讨 成本比较前提 （1）草酸亚铁产业化路线： 有机溶剂（考虑回收），二次静态热处理工艺； （2）磷酸铁产业化路线： 水系体系，一次静态热处理工艺。 生产线按年产300吨配置，实际产量按每月12吨来核算，设备利用率约50%。,Huafeng Chiang,12,2.工艺路线的发展探讨 亚铁项目核算 草酸亚铁工艺路线核算（以月产12吨为例）：,Huafeng Chiang,13,2.工艺路线的发展探讨 磷酸铁项目核算 磷酸铁工艺路线核算（以月产12吨为例）：,Huafeng Chiang,14,2.工艺路线的发展探讨 工业化路线成本小结 通过上述分析得出以下结论： （1）草酸亚铁工艺路线的成本可控制在7万以下，由于目前国 内大部分厂家设备投资额有限，溶剂回收利用率低，实 际成本控制在8万左右；该路线原材料价格比较成熟。 （2）磷酸铁成本占据总成本的50%以上，需在现有幅度下降 35%左右才能在成本和电性能优势方面更具竞争力。 （3）氧化铁红路线原材料成本约在5.5万左右，总体成本在8 万左右，磷酸二氢锂材料单项比例约50%左右。,Huafeng Chiang,15,2.工艺路线的发展探讨 正磷酸铁工艺流程,Huafeng Chiang,16,2.工艺路线的发展探讨 主要生产设备,Huafeng Chiang,17,2.工艺路线的发展探讨 磷酸铁原料成本核算 考虑到加工费用、设备折旧等预计正磷酸铁总体成本控制在2万元以下; 按照目前磷酸铁锂生产工艺，磷酸铁锂单吨总成本可以控制在5.5万以内。,Huafeng Chiang,18,2.工艺路线的发展探讨 硫酸亚铁精制的意义 当前我国绝大部分钛白粉仍采用传统的硫酸法生产工艺,采 用硫酸法生产一吨钛白将产生3. 54 t 的绿矾，年副产绿矾量 255340万t。 钛白生产的副产物废渣绿矾除含有约90%亚铁盐外，还含 有Ti、Mn、Mg、Al、Si、Cu等多种杂质。而其高附加值利用 途径要求硫酸亚铁的纯度达到99%以上,主要体现在氧化铁颜 料、磁性材料和磁粉工业。,Huafeng Chiang,19,2.工艺路线的发展探讨 硫酸铁的提纯和精制 高纯硫酸亚铁成本每吨成本可控制在2500元以内，保守估计磷酸铁成本每 吨可节省4000元左右。,Huafeng Chiang,20,2.工艺路线的发展探讨 磷酸铁成本变化 磷酸铁工艺成本变化（以月产12吨为例）：,Huafeng Chiang,21,2.工艺路线的发展探讨 磷酸铁锂成本变化 磷酸铁合成路线在未来的发展中将克服成本方面的障碍，体现更 优良的性价比，该路线符合动力电池产业对正极材料的需求。随 着生产量的扩大，人力成本和折旧费用可下降50%以上。 成熟市场的磷酸铁锂价格最终会降至在6万区间内！,Huafeng Chiang,22,2.工艺路线的发展探讨 锂电池设计比较 （1）磷酸铁锂1.5安时18650型电池： 正极片：面密度300g/m2，压实密度2.3g/ml； 活性物质含量90%。 （2）锰酸锂1.4安时18650型电池： 正极片：面密度380g/m2，压实密度2.8g/ml； 活性物质含量92%。 （3）镍钴锰酸锂2.1安时18650型电池： 正极片：面密度380g/m2，压实密度3.6g/ml； 活性物质含量92%。 负极采用中间相碳微球（MCMB），正负极粘结体系均采用有机体系。,Huafeng Chiang,23,2.工艺路线的发展探讨 磷酸铁锂电芯成本核算 磷酸铁锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型1.5Ah电池为例）：,Huafeng Chiang,24,2.工艺路线的发展探讨 锰酸锂电芯成本核算 锰酸锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型1.4Ah电池为例）：,Huafeng Chiang,25,2.工艺路线的发展探讨 三元系电芯成本核算 镍钴锰酸锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型2.1Ah电池为例）：,Huafeng Chiang,26,2.工艺路线的发展探讨 车用电池成本分析,Huafeng Chiang,27,2.工艺路线的发展探讨 成本定价策略探讨 设定磷酸铁锂价格为Pf，锰酸锂价格为Pm ，当两者wh成本相等 时满足下面关系式： (5.86+1.576*Pf/13)/1.5/3.2=(6.011+1.241*Pm/8)/1.4/3.7; Pf=1.186Pm-23.917; 上面涉及成本为每公斤单价，单位为元/公斤。,Huafeng Chiang,28,2.工艺路线的发展探讨 成本对比曲线图,Huafeng Chiang,29,2.工艺路线的发展探讨 正极材料点评 就现状而言，锰酸锂材料因为良好的加工性和较低的成本 在便携式电子产品和动力电池等领域都有广阔的应用；但随着 磷酸铁锂正极材料成本的持续下降，锰酸锂的市场空间会受到 极大地抑制，其成本优势将不复存在。 考虑到电池的安全性和循环寿命等综合表现，磷酸铁锂电 池将在未来的动力电池市场占据主导地位。,Huafeng Chiang,30,2.工艺路线的发展探讨 电池容量和平台,Huafeng Chiang,31,2.工艺路线的发展探讨 电池性能小结 从材料克容量发挥上来看，磷酸铁和草酸亚铁路线有较 大优势，据了解目前部分厂家比较好的扣式电池结果为 0.2C克容量155mAhg-1左右，1C克容量可达到150mAhg-1， 在成品电池中1C净粉放电容量可达142mAhg-1。,Huafeng Chiang,32,2.工艺路线的发展探讨 工艺的优化选择,Huafeng Chiang,33,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 汽车产业发展 1.国内汽车需求量统计情况； 2.国内汽车保有量和增长率统计； 3.国内原油年产量和进口产量对比； 注：上面所述汽车仅包括乘用车、商用车和交叉车三类。,需求量（万两）,增长率（%）,Huafeng Chiang,34,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 中国汽车产业发展 国内汽车需求量统计,200 100 0,1000 900 800,1996,1997,1998,1999,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,2008,年份（年） 1998-2008年是中国汽车市场迅速扩张的事情，汽车销售量年均增长18.6%。,10 5 0,700 30 600 25 500 20 400 15 300,45 40 35,保有量（万两）,增 长 率 （ %）,Huafeng Chiang,35,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 中国汽车产业发展 汽车保有量和增长率,1200 600 0,5400 4800 4200,1998,1999,2000,2001,2002,2003,2004,2005,2006,2007,2008,年份（年）,4 2 0,14 3600 12 3000 10 2400 8 1800 6,20 18 16,产量（万吨）,Huafeng Chiang,36,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 中国汽车产业发展 国内原油产量和进口量 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0,1990,1995,2000,2005,2006,2007,2008,年份（年）,Huafeng Chiang,37,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 我国汽车行业发展 截至2008年底，我国的汽车保有量已经高达6467万辆（包括客车和卡车），成 为世界第四大汽车生产国和第三大汽车消费国。据国务院发展研究中心估计，2020 年我国汽车保有量将达到将高达1.31亿辆。 随着汽车数量的增多，汽车排放的二氧化碳量急剧增加，加速了地球变暖趋 势。当前，二氧化碳的排放中有25%来自汽车。据有关部门测算，每燃烧1亿吨油将 产生二氧化碳3亿吨，按中国2008年原油产量4亿吨计算，约产生二氧化碳12亿吨。 2006年，我国的二氧化碳排放总量达62.3亿吨，占全球二氧化碳排放的23%， 已超过美国成为世界第一，其中新增排放占全球新增排放的2/3。2007年，我国的二 氧化碳排放总量达67.2亿吨，比美国高出14%，占全球二氧化碳排放的24%，美国 占21%，欧盟15 国占12%，印度为8%，俄罗斯占6%。因此作为世界上二氧化碳气 体最大排放国的中国和美国。 法国总统尼古拉萨科奇于2009年9月10日做出了决断：每吨二氧化碳的起始价格 定为17欧元 .欧盟计划对使用燃料产生的二氧化碳征收每吨30欧元（45美元）的税， 同时建议对使用供暖用煤、柴油、煤油和天然气征收较低的10欧元每吨的税 。 杨裕生院士呼吁：100万辆公交车，1000万辆轿车，每天可以代替20万吨汽油。,销售量（万辆）,Huafeng Chiang,38,数据来源：美国商务部。,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 美国新能源汽车 近些年美国新能源汽车销售情况 40 35 30 25 20 15 10 5 0,2001年,2002年,2003年,2004年,2005年,2006年,2007年,2008年,年份（年）,累计销售（万两）,Huafeng Chiang,39,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 日本新能源汽车 丰田混合动力销售情况 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0,1997年,2004年9月,2005年10月,2006年,2009年1月,年份（年）,Huafeng Chiang,40,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 国内混合动力车,Huafeng Chiang,41,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 新能源汽车瓶颈 能量密度 一致性 循环性能 电池成本 使用成本 充电站 快速充电,Huafeng Chiang,42,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 成本分析 在电动汽车中，基于动力电池、电机、电力电子等关键部 件成本占整车成本的30至50。其中电池的成本较大，一个 电动行驶100公里的家用汽车（按每1千瓦时可行驶10公里计 算），锂电池价格平均3000元/千瓦时*10千瓦时=3万元；若将 续航里程提高到300公里，则电池的价格将接近10万元。按电 池能量密度90瓦时/公斤来计算，电池组重量约为330公斤，约 占汽车重量的30%左右。 按目前汽车百公里油耗6升计算，按北京地区2010年5月5 日93号汽油单价6.92元/升计算，每公里节省费用40.62元，电 池花费需要行驶7.4万公里才能收回成本。,Huafeng Chiang,43,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 应用范围,Huafeng Chiang,44,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 市场概况,Huafeng Chiang,45,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 市场机遇 浙江绿源电动车公司董事长倪捷给媒体算了一 笔帐：“17公斤的电池，6公斤的电机，8公斤的车 架、轮圈，还有七七八八的龙头等配件，除非用更 轻的锂电池，不超过40公斤很难 。 以36V10AH电池组为例，铅酸电池重量在12公斤 以上，锂电池重量不超过4公斤。,Huafeng Chiang,46,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 市场策略 电动汽车发展的形势已经趋于明朗，但要克服技术 难题、进一步降低制造成本保守估计还需要35年的成 熟期，发展电动汽车是我们的战略目标，但我们目前的 重点必须放在电动工具、电动自行车和路灯市场。“谋 生存求发展”是我们现阶段的重要任务。,Huafeng Chiang,47,苏,威 ： 6020，5030；,吴羽化学：KF 7200； 水性粘结体系： LA135，F105/F105A系列； 两种加工工艺对原材料的要求有何区别？哪种才是发展的主流？,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 加工工艺探讨 有机粘结剂体系： 阿科玛 ： HSV 900;,Huafeng Chiang,48,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 pH关注 pH对合浆过程中的影响如何？ 影响磷酸铁锂pH值的因素有哪些？ 合成路线和成品pH值的相关性如何？,Huafeng Chiang,49,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 添加剂 碳源如何筛选和优化？ 离子掺杂的功能性究竟如何？ 磷酸铁锂的高温性能如何改性？,Huafeng Chiang,50,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 电池发展探讨 如何看待A123的电芯形式变化？,Huafeng Chiang,51,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 值得关注的材料,Huafeng Chiang,52,3.磷酸铁锂产业的发展探讨 值得关注的材料,谢,谢！,