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锂离子二次电池用天然石墨负极材料

本文作者:网络 稿件来源:网络 阅读次数:3276 发布日期:2012-07-22

锂离子二次电池用天然石墨负极材料

项   目

 

一、项目名称

锂离子二次电池用天然石墨负极材料

二、项目概况

该项目位于高新区浙江产业园张范区块内,浙江产业园张范区块是枣庄制造业新基地,处在枣庄新老城区的节点,距离京沪高铁枣庄站仅有10公里,区位优越、交通便利。项目规划占地50亩,总建筑面积3万平方米,已完成市级立项。

三、建设内容和规模

该项目总用地50亩,总建筑面积30000m2,建设年产2000吨的石墨负极材料生产线一条。

四、项目总投资

该项目总投资估算为20800.00万元。其中,建设投资7954.25万元,设备购置费8766.00万元,安装工程费262.53万元,工程建设其他费用862.50万元,预备费618.20万元,流动资金2336.52万元。该项目建设资本金为4160.00万元。

五、建设必要性

锂离子二次电池用天然石墨负极材料项目,是符合《产业结构调整指导目录(2011年本)》鼓励类中第八类第7条的“石墨(质)化阴极开发与生产”; 鼓励类中第九类第4条的“高容量长寿命二次电极电池材料”;鼓励类中第十二类第9条的“高新技术需求的高纯、超细、改性等精细加工的石墨等非金属矿深加工材料生产”的项目,符合国家产业政策。

随着锂离子电池关键材料及电池制备技术突破性进展,锂离子电池的应用不仅向着小型轻量的小型电器发展,而且也开始向大型电动设备发展。电动汽车等领域用大型电池的研究开始受到重视。美国杜拉塞尔公司和德国的瓦尔塔公司选择锂离子电池为电动汽车用大型动力电源进行研究。中国的一些研究机构、大学及企业也将电动汽车用锂离子电池作为攻关课题,投入大量经费进行研究,寻找新的电池材料,以进一步提高电池性能和降低电池成本。

石墨导电性好,结晶度较高,具有良好的层状结构,更适合Li+离子的脱/嵌,形成LiC6锂-石墨层间插入化合物Li-GIC。材料的充放电可逆容量可达到300mAh/g以上,接近LiC6的理论比容量372mAh/g,充放电效率通常在90%以上,不可逆容量一般低于50mAh/g,锂在石墨中的脱/嵌反应或脱/嵌容量主要发生0-0.25V左右(相对于Li/Li+),具有良好的充放电电压平台,与提供锂源的正极材料如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等匹配性较好,所组成的电池平均输出电压高,因负极不可逆容量额外需要消耗的正极材料较少,是一种性能较好的锂离子电池负极碳材料,目前生产的锂离子电池已大量采用石墨类碳材料作为电池的负极。

中国中东部地区石墨矿产资源丰富,其中,山东、黑龙江、内蒙古、湖北、山西、河南等地蕴藏集中;而天然石墨作为锂离子电池负极材料具有较高的首次效率、较高的比容量。近年来中国新能源电池产业发展迅速。枣庄市作为中国长江以北地区电池产业发展的基地,必会带动相关产业的迅速发展。天然石墨负极材料作为电池产业链中的重要一环,通过引进先进技术,建立高新技术企业,将天然石墨进行深加工改性,作为负极材料应用到锂离子二次电池中,必会大大提高锂离子电池的比容量,并降低电池的容量损失,更能够使锂离子电池性能得到质的提高。项目建设符合国家的产业政策。综上所述,该项目的建设是十分必要的。

六、市场分析与预测

1、中国锂离子电池和正负极材料技术概况

锂离子电池因其能量密度高、功率大、重量轻、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽等突出优点广泛应用于移动通讯、电动工具等许多日用电子产品中。1990年,继日本索尼公司首次开发出锂离子电池后,日本的东芝、松下、三洋、汤浅,美国的杜拉塞尔,法国的萨福特,德国的瓦尔塔和中国的几家公司先后推出了自己的锂离子电池产品。1995年,日本的锂离子电池的市场规模占全世界锂离子电池市场规模的88.06%。随着便携式电子设备的迅速发展,锂子电池的市场规模也在不断地扩大。但总的来说,在二十世纪末期的十年中,由于技术与成本等问题限制,锂离子电池的应用大多停留在小型产品领域。

锂离子电池的主要材料包括正极材料、负极材料、电解液、粘合剂、隔膜及其他材料(如绝缘垫片、防爆片、密封环、外壳等)。现在多数电池产品中使用LiCoO2作为正极材料,也已有小部分产品(日本Moli方形电池)使用LiNi0.8Co0.2O2或LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2及LiMn2O4替代LiCoO2正极材料,使用LiNi0.8Co0.2O2或LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2可以提高电池的比能量,而使用LiMn2O4可以降低电池的成本。负极材料使用的碳是多种多样的,最近发现天然石墨不仅价格适宜,而且可以达到很高的比容量和低的容量损失(由原6%降至4%以下)。

正极活性材料主要包括:钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂及聚阴离子型正极材料如磷酸铁锂、磷酸钒锂、硅酸钒锂和硅酸锰锂等。现在市场主要用钴酸锂。钴昂贵而稀少。锰价是钴的百分之一,经过多年研究,目前,锰酸锂已批量生产。磷酸铁锂也已进入工业化生产阶段。此外,有机物-硫复合化合物,双巯基类有机化合物用作正极已进行了较长时间的研究。

锂离子电池一般选用过渡性金属氧化物为正极材料。一方面过渡金属存在混合价态,电子导电性比较理想,另一方面不易发生歧化反应。作为锂离子正极材料的氧化物,常见的有氧化钴锂,氧化镍锂,氧化锰锂和钒的氧化物。常用的氧化钴锂为层状结构,由于其结构比较稳定,研究得比较多。在理想层状LiCoO2结构中,Li+和Co3+各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位置,在充电和放电过程中,锂离子可以从所在的平面发生可逆脱嵌/嵌入反应。其合成方法主要有高温固相合成法和低温固相合成法,另外还可以采用溶胶-凝胶法和喷雾干燥法等。为提高LiCoO2的容量,改善其循环性能,可采取以下方法:①掺杂铝、铟、镍、锰、锡等元素,改善其稳定性,延长循环寿命。②通过引入磷、钒等杂质原子以及一些非晶物质,使LiCoO2的晶体结构部分变化,提高电极结构变化的可逆性。③在电极材料中加入Ca2+或H+,提高电极导电性,有利于电极活性物利用率和快速充放电性能的提高。④通过引入过量的锉,增加电极的可逆容量。LiCoO2理论比容量为274mAh/g,实际比容量己达到155mAh/g左右。其平均工作电压高达3.7V,具有放电平稳、适合大电流放电、比量能高、循环性好等优点。但是由于钴资源匮乏、价格高,从而大大限制了钴系锂离子电池的使用范围,尤其是在电动汽车和大型储备电源方面。

氧化镍锂和氧化钴锂一样,为层状结构。尽管LiNiO2比LiCoO2便宜,但氧化镍锂在一般情况下,其中的镍较难氧化为+4价,易生成缺锂的氧化镍锂;另外,热处理温度不能过高,否则生成的氧化镍锂会发生分解。因此实际上很难批量制备理想的LiNiO2层状结构。LiNiO2主要存在以下缺点:(1)难合成计量比产物;(2)循环容量哀退较快;(3)热稳定性较差。LiNiO2的热稳定性差是阻碍其实际应用的最重要因素之一。高温下LiNiO2的热稳定性直接影响到计量比产物的合成。为了提高LiNiO2的耐过充电性能和热稳定性,可采用掺杂的方法进行改性。常用的掺杂金属有Co、Mn、 Ti、Al和碱土金属Mg、Ca、Sr等。掺入Mn可改善LiNiO2的热稳定性。同时掺入多种兀素Co、A1、Mn、Mg等有利于提高综合性能,是LiNiO2改性的发展方向。也有添加石墨插层化合物GICs制成LiNiO2电极,提高了充放电可逆性、工作电压平稳性和Li扩散系数。LiNiO2工作电压范围为2.5 V-4.2 V,具有较好的高温稳定性,自放电率低,无污染,与多种电解液有着良好的相容性,是一种很有前途的锂离子电池正极材料。

负极活性材料主要包括:石墨、硬炭、软炭、人工石墨。锂离子电池与锂二次电池的最大不同在于前者用嵌锂化合物代替金属锂作为电池负极,因此锂离子电池的研究开发很大程度上就是负极嵌锂化合物的研究开发。

碳材料是人们最早开始研究并应用于锂离子电池的生产中,至今仍为大家关注和研究的重点之一。碳材料通常是无序结构,结晶度(或石墨化度)低,晶粒尺寸小,晶面距较大,与电解液的相容性较好,可以在碳酸丙烯酯有机电解液体系中正常工作,但首次充放电不可逆容量较高,输出电压较低,无明显的充放电平台电压。碳材料根据其结构特性可分成两类:易石墨化碳及难石墨化碳,也就是通常所说的软碳和硬碳。与软碳相比,通常硬碳的晶粒较小,晶粒取向更为不规则,晶面间距较大,一般在0.35-0.40nm,而软碳则为0.35nm左右。另外,硬碳通常密度较小,表面多孔。由于软碳与石墨的结晶性比较类似,一般认为它比硬碳更容易插入锂,即容易充电,安全性也更好些。

5、合作方式

合作、合资

6、经济效益分析

经测算,本项目前三年年均销售收入18000万元,平均年总成本费用10660.05万元,平均年利润总额3856.61万元(税后),平均年利税总额7339.95万元,投资利润率18.54%,投资利税率35.29%,投资回收期3.37年。

由以上财务评价可以看出,本项目投资利润率及投资利税率均大于行业利润率和平均利税率,说明单位投资对国家的贡献水平达到了本行业的平均水平。

项目的投资回收期为3.37年,低于行业基准投资回收期,这表明项目投资能按时收回,盈亏平衡点为38.95%,从上述财务分析看,项目建设具有一定的盈利能力,从敏感性分析看项目具有一定的抗风险能力,因此项目从财务上讲是可行的。

七、联系方式

项目单位:枣庄高新区张范街道

项目联系人:李忠来

电话/传真:0632-4618008

 E-mail:  weimei900@163.com