磷酸铁锂合成工艺路线探讨和发展

《磷酸铁锂合成工艺路线探讨和发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磷酸铁锂合成工艺路线探讨和发展（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、磷酸铁锂的工艺路线探讨和发展 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 2 1.磷酸铁锂产业化现状 典型厂家 铁锂材料生产商 生产厂家技术路线产品特性综合评估 A123systems草酸亚铁 高倍率 STL 较高容量和倍率 PULEAD 高平台 GX-TECH 较高容量和倍率 ZN 较高容量和倍率 VALENCE氧化铁红 稳定性好，易加工 FPG-CY 稳定性好，易加工 Phostech磷酸铁 易加工；高倍率 DATUNG 高容量和高倍率 Aleees 高容量 3 1.磷酸铁锂产业化现状 厂家总结 工艺路线 （铁源选择） 原材

2、料成本 （元/吨） 生产设备投资 (万元） 路线瓶颈 草酸亚铁53500（42200）700 成本略高，品质不易 稳定控制。 氧化铁红1（V系）55000450 容量不理想，产品性 价比偏低。 氧化铁红2（复合）40000400产业化经验需要摸索 磷酸铁58500400 现阶段原材料成本过 高，比例超过50%。 4 1.磷酸铁锂产业化现状 路线比较 以年产300吨为例： 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

3、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。 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

4、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 7 2.工艺路线的发展探讨 磷源追溯 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。 9 2.工艺路线的发展探讨 原材料小结 磷源合成离不开

5、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。 工艺路线 （铁源选择） 产率 （%） 百分比 （%） 备注 草酸亚铁47.657.3两次烧成，有机体系 氧化铁红1（V系）83.1100水系 氧化铁红2（复合）66.479.9水系或有机系 磷酸铁68.6（81.4）98.0水系 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

6、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！ 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%。 项目成本 （元/吨） 成本比例 （%） 备注 原材料4220063.21考虑溶剂回收 水力和电力700010.49 人力成本1270019.02 折旧费用48617.28折旧基数：700万元 合计66761100 不考虑回收，每吨成 本增加16000元。 12 2.

7、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）： 项目成本 （元/吨） 成本比例 （%） 备注 原材料5950072.05 磷酸铁成本在总体成 本比例50%以上。 水力和电力76009.20 人力成本1270015.38 折旧费用27783.36折旧基数：400万元 合计82578100 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）： 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

8、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。 15 2.工艺路线的发展探讨 正磷酸铁工艺流程 主要生产设备一览表 序号规格型号设备名称材质数量 12000L 反应釜 SU316L3 22000L 高位槽 SU3041 3800mm 离心机 SU316L3 42000L 干燥箱 SU3042 5100Kg/h 粉碎机 SU3041 16 2.工艺路线的发展探讨 主要生产设备 序号名称 单价

9、 (元/吨） 吨耗用量 （吨） 吨耗费用 （元） 成本比例 （%） 1 硫酸亚铁 46001.52699258.53 2 工业磷酸 40000.62248020.76 3 氢氧化钠 25000.4511259.42 4 氧化剂 12001.00120010.04 5 去离子水 1015.001501.26 产品正磷酸铁 11947 产率95% 12576 元/吨 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。 18 2.工艺路线的发展探讨 硫酸亚铁精制的意义

10、 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。 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。 项目成本 （元/吨） 成本比例 （%） 备注 原材料3200058.10 磷酸铁成本在总体成 本比例35%以下

11、。 水力和电力7600 人力成本12700 折旧费用2778折旧基数：400万元 合计55078成本下降27500元 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）： 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！ 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

12、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。 物质名称单项成本1 （元） 成本比例 （%） 单项成本2 （元） 备注 磷酸铁锂1.57621.196.5万（10万）（1）成本1以磷 酸铁锂每吨销售 价13万来计算； （2）成本2以磷 酸铁锂每吨销售 价6.5万和10万来 计算。 隔膜1.2511

13、6.83 壳体1.00013.45 碳微球0.91212.26 电解液0.7299.80 其它1.96826.47 合计7.4361006.648（7.072） 实际成本预估8.923元7.978（8.487） 每Ah成本5.949元/安.时5.318（5.658） 每Wh成本1.859元/瓦.时1.662（1.768） 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）： 物质名称单项成本1 （元） 成本比例 （%） 单项成本2 （元） 备注 锰酸锂1.24117.111.862（23.65%）（1）成本1以锰 酸锂每吨销售价

14、8 万来计算； （2）成本2以锰 酸锂每吨销售价 12万来计算。 隔膜1.41519.51 壳体1.00013.79 碳微球0.92112.70 电解液0.73110.08 其它1.94426.81 合计7.2521007.873 实际成本预估8.702元9.448 每Ah成本6.216元/安.时6.748 每Wh成本1.680元/瓦.时1.824 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）： 物质名称单项成本1 （元） 成本比例 （%） 单项成本2 （元） 备注 镍钴锰酸锂4.93341.62（1）成本1以三 元系每吨销售

15、价 30万来计算； （2）成本2以三 元系每吨销售价 18万来计算。 隔膜1.49412.60 壳体1.0008.44 碳微球1.0889.18 电解液1.0859.15 其它2.25219.00 合计11.852100 实际成本预估14.222元 每Ah成本6.773元/安.时 每Wh成本1.881元/瓦.时 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）： 物质名称磷酸铁锂1磷酸铁锂2磷酸铁锂3锰酸锂镍钴锰酸锂 每Wh成本 (元） 1.8591.7681.6621.6801.881 36V10Ah 电池组成本 669.2

16、636.5598.32604.8677.16 42V24Ah 电池组成本 1873.91782.11675.31693.41896.0 320V120Ah 电池组成本 71385.667891.263820.864512.072230.4 400V300Ah 电池组成本 223080212160199440201600225720 26 2.工艺路线的发展探讨 车用电池成本分析 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。 28 2.工艺路线的发展探讨 成本对比曲线图 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