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1、一、总论1.1 项目名称电池正极材料磷酸铁锂生产项目1.2 建设内容及规模建设内容为一条年产 200 吨磷酸铁锂材料的生产线，及其配套土地、建筑。本技术包含多条工艺路径。本建议书所选择的为投资额最大的且成本最高的 路径，因此各种测算均采用最保守条件下数据。1.3 概算投资本项目建议投资 1000万元。（含土地、基建、流运资金等费用）其中： 设备总投资402 万元；（生产设备为 362万元，检测设备为 39.75 元） 土地、土建约 250 万元；流动资金约 250 万元；其余为试验费、外协费等其他费用。1.4 效益分析年产值为3000 万元/年；年毛利约1764 万元/年；（含人工、水电，不含
2、设备折旧、税费） 毛利润率 142.72%。二、背景介绍2.1 电池概述2.1.1 定义电池的定义是将辐射能或化学能直接转变成电能的直流电压源。 广义的电池既包括化学电池，也包括其它能量转换电池，如太阳能电池、温 差电池、核电池等。化学电池是指通过电化学反应，把正极、负极活性物质的化学能，转化为电 能的一类装置。狭义的电池是指不包括有特殊工作机制的如金属空气电池、燃料电池等在内 的化学电池。本文中主要涉及的是狭义的电池。2.1.2 分类电池主要分为原电池和蓄电池两类。原电池是一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应直接转换成电能输出 的装置。由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差，放完电后
3、，不能重 复使用，故又换一次电池。常见的一次性电池包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池 （指正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是单质锂的电池，与锂离子电池不同， 目前通常被称作“锂电池”的事实上是锂离子电池，而非传统意义上的“锂电池”）、 锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池。蓄电池的原理是通过将化学能和直流是电能相互转化，在放电后经充电后能 复原，从而达到重复使用效果，故又称可充电电池。由于一次电池与本文关系不在大因此不展开讨论，且本文中不做特别说明的 电池即为蓄电池的缩写。2.1.3 常见蓄电池常见的蓄电池包括铅酸电池，镍铁电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池 等几种。铅酸电
4、池：是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电 池。一般由正极权、负极板、隔板、电池槽、电解液和接线端子等部分组成。正 极板为二氧化铅板（PbO2）,负极板为铅板（Pb）。放电后，正负极的主要成分 均转变为硫酸铅；充电后，在荷电状态下，正极主要成分回复为二氧化铅，负极 主要成分回复为铅。由法国人普兰特于 1859年发明，已经历了 150余年的发展 历程。铅酸电池的标称电压是2.0V，能放电到1.5V，能充电到2.4V。其优点是 发展多年技术成熟，价格低廉。但缺点非常多，例如储能密度极低；寿命短；强 酸性、含铅量巨大，拆解后污染严重；电解液为液态强酸，易泄漏，腐蚀严重； 气体排放量
5、大，不能密封；除被称为所谓“免维护电池”的阀控型电池以外，需 要定期注酸维护等等。镍铁电池：阴极是氧化镍，阳极是铁，电解液是氢氧化钾。这种电池的电压 通常是1.2V。由爱迪生发明，也是一种历史悠久的电池品种。相对铅酸电池来 说，能量密度高、充放电能力强、低温性能好、自放电率低，但它的这些相对优 势对比于镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池又成为了劣势，且成本远高于铅酸电 池。早已逐步被淘汰出了市场。镍镉电池：镍镉电池（ Ni-Cd， Nickel-Cadmiun Batteries, Ni-Cd Rechargeable Battery ）是最早应用于手机、超科等设备的电池种类，它具有相对良好的大电
6、流 放电特性、耐过充放电能力强、维护简单，一般使用以下反应放电：Cd+2NiO（OH）+2H2O = 2Ni（OH）2+Cd（OH）2充电时反应相反。镍镉电池最致命的缺点是，在充放电过程中如果处理不当， 会出现严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短。所谓“记忆效应”就是电 池在充电前，电池的电量没有被完全放尽，久而久之将会引起电池容量的降低， 在电池充放电的过程中（放电较为明显），会在电池极板上产生些许的小气沟， 日积月累这些气泡减少了电泽极板的面积也间接影响了电池的容量。而且其能量 密度的优势尚不及镍氢电池，也已被淘汰出了主要竞争领域。镍氢电池：是由氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池多
7、 30%，比镍镉 电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉 电池要贵好多，性能比锂电池要差。镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属互 化物。许多种类的金属互化物都已被运用在镍氢电池的制造上，它们主要分为两 大类。最常见的是AB5一类，A是稀土元素的混合物（或者）再加上钛（Ti）； B则是镍（Ni）、钻（Co）、锰（Mn）,（或者）还有铝（A1）。而一些高容量电池 的“含多种成分”的电极则主要由AB2构成，这里的A则是钛（Ti）或者钒（V）， B则是锆（Zr）或镍（Ni）,再加上一些铬（Cr）、钻（Co）、铁（Fe）和（或） 锰（Mn）。所有这些化合物扮演的都是相同的
8、角色：可逆地形成金属氢化物。电 池充电时，氢氧化钾（KOH）电解液中的氢离子（H+）会被释放出来，由这些 化合物将它吸收，避免形成氢气（H2）,以保持电池内部的压力和体积。当电池 放电时，这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。镍氢电池与镍镉电 池相同都有记忆效应。因此定期的放电管理也是必需的。这种定期放电管理属于 模糊状态下被处理，甚至也有些在不正确的知识下进行放电（每次放电或者使用 几次后进行放电都因公司的不同而有所差异）这种烦琐的放电管理在使用镍氢电 池时是无法避免的。相对的锂电池而言因为完全没有记忆效应，在使用上非常方 便简单。它完全不必理会残余电压多少，直接可进行充电，充电时间
9、自然可以缩 短。镍氢电池具有较高的自放电效应，约为每个月 30%或更多。这要比镍镉电池 每月 20%的自放电速率高。电池充得越满，自放电速率就越高；当电量下降到一 定程序时，自放电速率又会稍微下降。电池存放处的温度对自放电速率有十分大 的影响。锂离子电池：是现代高性电池的代表。它主要依靠锂离子在正极和负极之间 移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时， Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。锂 离子电池能量密度大，平均输出电压高，以每一个单元电池的电压来看，镍氢与 镍镉都是1.2V，而锂电池确为3.6V,锂电池的电压是其他两者的3倍
10、。并且同 型电池的重量锂电池与镍镉电池几乎相等，而镍氢电池却比较重，可知每一个电 池本身重量不同，但锂电池因 3.6V 高电压，在办理出同等电压的情况下使的单 个电池组合时数目可闰少2/3 而使成型后的电池重量和体积减小，比能量高 34 倍于Ni-Cd, 23倍于Ni-MH；自放电小，每月在20%以下（可恢复）大大低于 Ni-Cd的25 30%, Ni、MH的3035%；没有记忆效应；工作温度范围宽为一 20C60C；循环性能优越；可快速充放电；充电效率高达100%，其它电池在 充电过程中都有一定的能量损耗；输出功率大；使用寿命长；必须部分不含有毒 有害物质，被称为绿色电池。但也有以石黑为负极
11、时存储温度导致衰老；不耐过 充、过放、过温，需要保护电路；除磷酸铁锂电池以外有气体排放，会燃烧爆炸； 隔膜要求高；成本高等缺点。但这些缺点相较于其优点来说就是显得微不足道了， 因此锂离子电池是目前行业的主要发展方向。而且锂离子作为易于捕获、脱嵌， 和导电性良好的最小的金属离子，目前已基本从理论上被证明是最好的介质，所 以锂离子电池成为电池技术发展的唯一中心已无可争议，需要研究的仅为具体的 品种问题。2.2 锂离子电池概述2.2.1 常见锂离子电池常见锂离子电池正极材料包括钻酸锂、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂钒氧化 物、锂镍钻氧化物、锂镍钴氧化物、磷酸铁锂等。钻酸锂（LiCoO2）：正极材料为层状
12、结构，空间群为R3m，氧原子构成立方 密堆序列，钻和锂则分别占据立方密堆积中八面体的3 （a）与3 （b）位置；在 充放电过程中，材料的结构保持稳定，具有比较好的循环性能，而且LiCoO2在 可逆性、放电容量、充电效率、电压稳定性等各方面性能均最好。在锂离子电池 正极材料中，钴酸锂是迄今为止制备方法比较简单的材料，其生产工艺最为成熟， 用其制造的电池的性能最为可靠，是获得了最广泛商业应用锂离子电池的正极材 料；钴酸锂还具有较高的容量和较长的使用寿命，当前国内外锂离子电池生产企 业以使用估酸锂材料为主。由于钴属于战略物资，在中国未发现大规模有开采价 值的钴矿，钴资源基本依赖进口，价格昂贵，安全性
13、较差，限制了锂离子电池在 广泛领域中的推广应用。并且钴元素对环境污染严重。锂镍氧化物（LiNiO2）： LiNiO2是目前研究的各种正极材料中电容量最高的 系列，是非常有希望的高电压电池活性材料,LiNiO2曾被认为是最有希望LiCoO2 的替代材料之一，其容量（190210mAh/g）远远高于LiCoO2材料（135 mAh/g）， 而且自放电率低，对环境无污染,在价格和资源上也经LiCoO2有优势。法国SAFT 和日本“新阳光计划“均在至力于 LiNiO2 与其他正极材料替代口的开发，用以 提高锂离子电池的电容量和降低其成本；国内也有不少单位在这方面进行研究， 但是投入均相对较少，进展较慢
14、。锂镍氧化物的主要缺点在于合成条件苛刻，合 成条件的细微变化会导致非化学计量锂镍氧化物的生成，其结构中锂离子和镍离 子的无序分布，使电化学性能恶化，能量密度下降。另外由于其脱锂后的产物分 解湿度太低，分解生产大量的热量和氧气，容易造成锂电池的燃烧和爆炸。锂锰氧化物（LiM O ）： LiM O系列主要有三种结构，隧道结构、层状结 nx y nx y构和尖晶石结构，其结构不同含成方法也不同，其组成也有差别。其中层状结构 的LiMnO2目前的研究成果还不够成熟。而处于同系列的LiMn2O4是目前研究比 较热的材料、也是相对比较成熟的锂离子电池正级材料之一，锂锰氧化物（LiMn2O4）系尖晶石型结构
15、，氧原子构成立方密堆积（CCP）序列，Li在CCP 规程的四面体间隙位置（8a）,而Mn则在CCP堆积的八面体间隙位置（16d） 上, Li可以在（LiMn2O4）骨架提供的二维遂道中实现脱嵌。该体系具有制备容 易、污染低、价格便宜等特点，因而引起研究者的极大兴趣，但相对于其它正极 材料体系而言，该体系比容量较低（110mAh/g）、高温电容量衰减较快，故而提 高其可逆比容量及改善其高温电化学性能成为LiMn2O4正极材料体系的研究焦 点之一，据报道，云南汇龙科技有限公司已开始在生产尖晶石型锰酸钾。然而由 于锰在其氧化物结构中的价态比较复杂，因而不易掌握制备方法和充放电条件。 其显著缺点是，由
16、于电解液自身所含部分物质（主要是LiPF6）与水共同作用以 及尖晶石的催化作用引起的电解夜的分解（最终产生HF）而高温下电解液中微 量水和痕量酸又造成锰的溶解，是该材料在高温下循环容量迅速衰减。锂钒氧化物（Li1+xV3O8）：（Li1+xV3O8体系是属于单斜晶系，呈层状结构， 空间群为P21m，其结构单元是两层 V3O8结构，中间夹有Li离子的MXM （V3O8-Li-V3O8）夹心饼，Li+占据八面体间隙位置，额外的Li+ （与X相对应） 嵌入到层间，并占据四面体间隙位置；Li1+xV3O8具有Li的嵌入量大（X可达4.5）、 比能量高、放电容量大、可逆性较好等特点；但随着 Li 离子的嵌入量不同，其 晶体结构易发生改变，从而导致大的残余容量，放电电压也随之变化，造成放电 电压曲线不平坦，故其作为实用化的正极材料尚有一定的局限性。锂镍钻氧化物（LiNi Co1 O2）和锂镍钻锰氧化物（LiNi
