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1、锂离子电池基础知识暨电池级硫酸 锰产品介绍 中国长沙2013.09 目 录 一 锂离子电池基础知识 二 正极材料及其发展趋势 三 三元材料及其发展趋势 四 801应用领域及其工艺路线 五 ISKY801产品工艺介绍 六 ISKY801产品差异性(优势点) 一 锂离子电池基础知识 1 电池分类 2 锂离子电池的结构 3 锂离子电池主要组分常见材料 4 锂离子电池特点 5 锂离子电池电化学反应机理 6 使用锂离子电池注意点 1 电池分类 电池 太阳能电池 双层电气电容 热电池 物理电池 生物电池 酶解电池 微生物电池 化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池 镍铬电池 镍氢电池 锂离子电池 铅酸电池
2、 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： 在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离 子。 2 锂离子电池的结构 3 锂离子电池主要组分常见材料 4 锂离子电池特点 锂离子电池 优点 无环境污染，绿色电池 输出电压高 能量密度高 安全，循环性好 自放电率小 快速充放电 充电效率高 8 5 锂离子电池电化学反应机理 9 6 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 正极材料及其发展趋势 1 锂离子电池对正极材料性能的要求 2 正极材料的分类 3 各正极材料特点 4 正极
3、材料容量和电压关系图 5 常见正极材料及其性能比较 6 锂离子电池正极材料市场应用现状 7 正极材料发展趋势 8 全球及中国各正极材料增速对比 1 锂离子电池对正极材料性能的要求 能量越高，电动车电动车 续续航里程越远远 功率越高，电动车电动车 加速、爬坡性能越 好 电动车电动车 的安全性的 决定因素 循环环性越好，电动电动 车车寿命越长长 比能量高 比功率大 自放电少 价格低廉 使用寿命长 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 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
4、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 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 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 各正极材料特点 4 正极
5、材料容量和电压关系图 1 5 5 常见正极材料及其性能比较 磷酸铁锂锰酸锂钴酸锂镍酸锂镍钴锰三元材料 材料主成分LiFePO4LiMn2O4LiMnO2LiCoO2LiNiO2LiNiCoMnO2 理论能量密 度（mAh/g ） 170148286274274278 实际能量密 度（mAh/g ） 130-140100-120200135-140190-210155-165 电压（V）3.2-3.73.8-3.93.4-4.33.62.5-4.13.0-4.5 循环性（次 ） 2000500差300差800 过渡金属非常丰富丰富丰富贫乏丰富贫乏 环保性无毒无毒无毒钴有放射性镍有毒钴、镍有毒 安
6、全性能好良好良好差差尚好 1 6 6 锂离子电池正极材料市场应用现状 7 正极材料发展趋势 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 全球及中国各正极材料增速对比 三 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 三元材料有待解决的问题 10 国家政策支持 1 三元材料定义 钴酸锂
7、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 三元材料特征 3 三元材料LiNixCoyMnzO2的主要制备方法 溶胶-凝胶法 喷雾干燥法 共沉淀法共沉淀法 固相反应法固相反应法 氢氧化物共沉淀法氢氧化物共沉淀法碳酸盐共沉淀法碳酸盐共沉淀法 振实密度高 形貌容易控制 加工性能好 工业化主要方法 振实密度较低 形貌难控制 加工性能差 前驱体 LiNixCoyMnzO2 Li源+球磨+烧结 4 目前商业化的三元系列材料及其特点 333：LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 增加了Ni和Mn，但成本还是比较高。 424：LiNi0.4Co0.2M
8、n0.4O2 由于降低了钴含量，增加了锰含量，使产品更具有成本优势。 523：LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 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 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
9、历程 6 三元材料的发展趋势 向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 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NiCoMn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
10、电机三洋镍钴锰三元 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 在电动汽车方面，取决于日本电池厂家对该材料的开发和推广。 7 三元在动力电池成长的可能性 PKNCMLMO LiFePO4 8 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 2 更高的容量 3 发展空间大 1 NCM压实密度低(3
11、.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 三元材料有待解决的问题 10 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。 磷酸铁锂铁锂锰锰酸锂锂钴钴酸锂锂镍镍酸锂锂镍钴锰镍钴锰 三元材 料 材料主成分LiFePO4LiMn2O4LiMnO2LiCoO2LiNiO2LiNiCoMnO2 理论论能量密度 （mAh/g）
12、170148286274274278 实际实际 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 801应用领域及其工艺路线 1 锰在锂离子电池材料中的应用(前驱体) 2 高纯硫酸锰制备技术工艺路线 1 锰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) ：高纯硫酸锰、高纯氯化锰等。 碳酸锰矿石 酸浸 2 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
13、硫酸锰 水溶 除杂 过滤 结晶 离心 干燥 成品 软锰矿+SO2 酸浸 五 ISKY801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 ISKY801产品差异点 (优势点) 整个工艺相比其它产商的优点是： 1：原料杂质含量低，电解金属锰含量达99.7%；而其它大部分公司均用矿或工业硫 酸锰做； 2：除铁工艺共过滤了3次，除铁效果能达1ppm以下； 3：整个工艺过程全封闭式生产，采用油浴加热，无其它污染源产生，产品K、Na、 Ca、Mg不超过50ppm；其它杂质均不超过10ppm；自制质量标准高； 4：产品包装袋子高档，内膜外塑，表面覆膜，体现出了高纯、高档及品牌概念，对 塑造公司品牌形象有很大好处，在外包装上实现了差异化。
