磷酸亚铁锂大颗粒开发计划书

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1、 密级 磷酸亚铁锂大颗粒开发计划书 项目名称：项目名称：磷酸亚铁锂大颗粒开发计划磷酸亚铁锂大颗粒开发计划项目负责人：项目负责人： 项目日期： 项目日期： 磷酸亚铁锂大颗粒开发计划书 一、 项目的目的、意义一、 项目的目的、意义 磷酸亚铁锂因为其优良的循环性能， 极高的安全性能和低廉的价格成为了锂动力电池首选的正极材料。随着锂电池产业的不断发展和进步，磷酸亚铁锂电池广泛应用于储能设备、电动工具、矿灯、HEV 和 EV 等领域；根据市场需求的特性可初步将材料的应用领域大致分为 3 类：高能量型，通用型，高功率型；其中在储能设备领域，电芯在工作期间的充放电电流教小（充电放过程一般不超过1C） ，而对

2、于以太阳能以及风能结合的风光互补储能系统的充放电电流更低（小于 0.2C） 。在我公司和政府紧密合作下，启动了风光互补锂电池储能路灯项目系统，整个项目产值约 3 个亿，经过核算，仅该项对锂电池正极材料磷酸亚铁锂材料的需求量就达 100 吨左右。根据该种储能设备的工作特点，结合我们的研发思路，本着“技术服务于市场”的宗旨，提出了磷酸亚铁锂一次大颗粒的项目开发计划。 该项目的目的是计划开发出适用于低倍率储能型的磷酸亚铁锂材料， 不仅能彻底改善磷酸亚铁锂材料面临的加工性能不佳的问题， 而且能较大幅度的提升锂电池的能量密度和成品率，进而降低电芯的制造成本。该项目开发的磷酸亚铁锂材料具有以下几个特点：一

3、次颗粒较大（一次粒子 0.5m1.5m） ，振实密度教高（大于 1.6g/cm3） ，比表面较低（约 10m2/g） ，放电克容量较高（0.2C放电净粉容量不小于 135mAh/g） 。该项目开发的大颗粒磷酸亚铁锂有望将合浆工序的PVDF的用量减至 4%以下，极片涂布面密度 180g/ m2（单面） ，压实密度不低于2.3 g/cm3。 本项目的开展和实施不仅能丰富我司的产品结构， 而且能改变磷酸亚铁锂的市场格局，提高我司在高品质磷酸亚铁锂市场的竞争力。通过前期实验表明，该产品综合性能将大大超越国外公司的同类型产品（如 Phostech 的 P1 和江苏某企业的 DM01） ，比目前我司主流的

4、磷酸亚铁锂的体积能量密度提高 5%左右，该产品的出现能显著提高我司产品以及下游电芯公司的竞争力的品质， 是我们向国内高端市场进军的第一步。? 二、 项目所属领域国内外开发现状和发展趋势二、 项目所属领域国内外开发现状和发展趋势 磷酸亚铁锂产业已经经历了萌芽时期，在环境问题日益突出，能源问题紧张的情况下，磷酸亚铁锂显示了巨大的市场潜力；目前国内外对磷酸亚铁锂材料铁人 1磷酸亚铁锂大颗粒开发计划书 进行了广泛的基础和产业化研究，解决了大规模商品化的产品稳定性问题。以下列举了国外的和国内（包括台湾地区）主流的磷酸亚铁锂厂家，并给予了简单的说明。 2.1 国外磷酸亚铁锂生产厂家概况：国外磷酸亚铁锂生产

5、厂家概况： 1) Valence公司，Nasdaq上市公司，市值约 2 亿美金。其磷酸亚铁锂产业化开始于 2001 年，目前年产能约 500 吨，主要产品由UPS，便携电源以及电动工具电池组成。其工艺路线为碳热还原法（CTR） ，产品特点是由 1m2m的一次粒子聚集而成的 5m二次颗粒。经过测试表明，其碳含量高达 7%，电导率约 0.08S/cm，比表面积较低，颗粒均匀，属能量型材料；其量产的圆柱电池IFR18650 标称容量达 1400mAh，容量适中，但加工性能优良，循环寿命2000 次以上（1C Charge对其P1 型粉末分析表明加工性能优良，涂布面密度高达180g/m2(单面),容量

6、较高，用该材料制作的圆柱形 18650 电芯容量高达1.6Ah；P2 为功率型材料，碳含量较高，比表面较大，其COC上表明该材料倍率性能良好，可实现连续 20C放电，且高低温性能较好。 2.2 国内磷酸亚铁锂生产厂家概况：国内磷酸亚铁锂生产厂家概况： 1) 北大先行，国内最早从事磷酸亚铁锂产业化的企业，产业化开始于 2004 年，目前已经建立年产 300 吨的中试生产线。该司依据碳含量和工艺的不同，开发了 3 种型号的产品。其主打产品LFP-020，具有适中的加工性能和较好的电化学性能， 0.2C放电净粉容量高达 135mAh/g， 涂布面密度达 150g/m2（单面） ；其容量型LFP-01

7、0 产品涂布面密度高达 165g/m2（单面） ， 但电性能较低， 0.2C铁人 2磷酸亚铁锂大颗粒开发计划书 放电容量不超过 120mAh/g。 ；LFP-030 是专为高倍率电芯开发，并未规模化量产。 2) 天津斯特兰，目前产能约 300 吨每年，是国内最早从事磷酸铁锂产业化的公司之一。目前该公司销售的材料主要有PD60，ES01 和PT30 三种。其中PD60是主打产品，振实密度较低，约 1.0g/cm3，碳含量 2%左右，但加工性能不理想，涂布面密度小于 150g/m2（单面）；ES01 为新推出的高能量型材料，振实密度较高， 约 1.3g/cm3， 碳含量约 1.5%左右， 加工性能

8、未有明显改善； PT03为高功率型材料， 振实密度不超过 0.8g/cm3， 加工性能较差， 最高适用于 15C放电。 3) 山西力之源，目前主要给雷天能源公司供货。其材料特点是一次颗粒较大，比表面积较小，约 12m2/g，加工性能较好，涂布面密度可达 165g/m2（单面）但电性能较差，0.2C放电容量不超过 120mAh/g，1C放电容量不足 100mAh/g；尽管该产品价格低廉，但相对于电芯相比性价比低下，主要面向低端市场。 4) 新乡八化，通过对其磷酸铁锂材料测试表明，和力之源属同质化产品，品质 较差，产品能量密度较低，圆柱电池 IFR18650 中不超过 1400mAh（0.2C C

9、harege&Discharge，倍率性能也不理想,不超过 5C；此外该公司的产业化进 行较为缓慢，不能改善放大生产中带来的一致性问题。 5) 长源锂科，其含碳量非常高，高达 8%左右，其一次粒子较大，材料比表面在12m2/g左右，加工性能比较理想；此外因为该材料导电性较好，制作的电池内阻偏低，但电性能一般,容量约 120mAh/g（0.2C Discharge , RT） ；通过EDS测试表明材料中的Na+含量较高。 三、本项目现有工作基础三、本项目现有工作基础 新材料公司已经建设年产 300 吨的生产线，设备于 12 月中旬到位后，经过了一个月的安装调试，设备运行良好，各项参数稳定可靠。

10、目前经过试生产的样品其物理和化学指标如下： 1） 磷酸亚铁锂的物理指标： 中粒径 d50（m） 25 振实密度（g/cm3） 1.3 比表面（m2/g） 18 铁人 3磷酸亚铁锂大颗粒开发计划书 2） 电化学指标（测试条件： 0.2C，2.04.0V） ： 电导率（S/cm） 110-4首次放电比容量 135mAh/g 循环寿命 500 次 本项目拟从 2 方面进行，一方面是原材料的选择优化；另一方面是工艺参数的优化。该项目完全是在现有的工艺路线条件下进行的优化改进，不需添置任何大型生产设备，利用现有生产线即可保障项目的正常运作。其中在原材料的选择方面，我们进行了相关的基础研究，具备了一定的经

11、验；此外在工厂前期筹备阶段，我们已经和部分厂家建立了联系，并索要了相关样品，目前仅需采购小型实验室混料设备便可安排试验。工艺参数的试验可以要求生产部紧密配合，做好生产调度工作，在确保不影响生产的前提下完成项目的相关工作。 四、 项目实施目标及考核指标四、 项目实施目标及考核指标（具有明确的可考核性） 4.1 实施目标：实施目标： 1） 在我司现有基础上，获得制备加工性能良好、比容量高、循环性能优良、安全性能优异的锂离子电池新型正极材料磷酸亚铁锂的改良技术， 并储备下一代材料技术。 2） 实现 1000 公斤级新型正极材料磷酸亚铁锂的中试生产，并交付电芯公司完成电化学性能检测，完成相关技术文件体

12、系。 4.2 考核指标：考核指标： 1） 中试批量生产的材料振实密度达 1.55g/cm3以上，比表面小于 16 m2/g，要求首次放电净粉容量大于 135mAh/g（0.2C Discharge） ，循环寿命大于 500 次（测试条件：1C Cycle，RT） 。 2） 生产 1000 公斤级中试产品，交付电芯公司完成材料的测试工作。 3） 根据中试的成果，按 ISO9001：2000 要求编写相关技术文档（含产品企业标准、品质计划、规格文件、物料清单及各工序的工作指示） 。 五、主要研究开发内容五、主要研究开发内容 5.1 本项目解决的主要问题本项目解决的主要问题 1） 克服中试放大时的放

13、大效应，解决所用微量添加剂在批量生产时的均匀分散技术，提高产品的一致性。 铁人 4磷酸亚铁锂大颗粒开发计划书 2） 使批量生产的LiFePO4 在低碳量下仍然有较高的电导率，要求其电导率不小于 10-4S/cm。 3） 有效改善磷酸亚铁锂加工性能不理想的问题，本项目开发的材料可合浆工序的PVDF的用量减至 4%以下，极片涂布面密度不低于 180g/m2（单面） ，压实密度不低于 2.3 g/cm3。 5.2 本项目解决的措施本项目解决的措施 本项目主要从原材料（含添加剂）的选择和工艺的优化改进两个方面来开展研究工，可以分解为以下 6 个方面： 1) 原材料的选择； 2) 添加剂的选择； 3)

14、一次烧结条件； 4) 中间体物料处理工艺； 5) 二次烧结条件； 6) 成品处理工艺； 5.2.1 原材料：原材料： 用形貌可控的铁源或锂源来控制磷酸亚铁锂的颗粒状态，在前期大量的基础研究下，我们主要选取了以下原材料进行探索和工艺验证试验。 1) 对新材料三氧化二铁的探索试验。 2) 对新材料磷酸二氢锂的探索试验。 3) 对新材料磷酸铁的探索实验。 4) 对新材料磷酸的探索实验。 5.2.2 添加剂添加剂 目前使用的热解碳碳源对材料性能有很大的帮助，但是分解后形成的产物比表面积过大，此外添加金属离子也能显著改善磷酸亚铁锂材料的电导率，所以添加剂的筛选也非常重要。 1）筛选新的热解碳源或加入可膨

15、胀石墨以及碳气纤维等。 2）掺杂高价金属离子，如Ti4，Nb5等，或考虑在草酸亚铁合成过程中引入。 3）改变混料过程中的溶剂，丙酮有更好的分散效果。 5.2.3 一次烧结条件一次烧结条件 一次烧结是磷酸亚铁锂生产过程中的重要工序，烧结温度和升温速率对物料铁人 5磷酸亚铁锂大颗粒开发计划书 的状态有着显著的影响；通过对生产参数的微调来控制前驱物的物理属性，为后续的工艺处理奠定扎实的基础；此外通过调节氮气气量调节适当降低成本。 5.2.4 中间体物料处理工艺中间体物料处理工艺 中间体物料处理主要涉及一些物理的处理方法，中间体物料的处理方式直接影响了二次烧结后成品的颗粒形态，因此这一部分是整个项目开发的重点。目前使用效果不是明显，而且导致物料大小不均匀。 1）使用新的粉碎方法，如湿法搅拌磨或等，使得既能达到粉碎的效果，同时又能把颗粒粉碎的比较均匀。 2）对于粉碎好的物料进行造粒，压片处理。目前准备用 CMC 和 PVA 进行处理。 5.2.5 二次烧结条件二次烧结条件 二次烧结是磷酸亚铁锂颗粒生长的阶段，此工序的产品决定了磷酸亚铁锂成品主体的物理形态；我们拟从推板速度，升温速率和温度来进行大量的试验。 5.2.6 成品处理工艺成品处理工艺 成品处理主要是对磷酸亚铁锂颗粒形态的优化工序， 可以有效的改善粒度分布。在大量的生产和试验下，我们已经探索了成熟的工艺。