磷酸鐵鋰的工藝路線探討和發(fā)展

1、磷酸鐵鋰的工藝路線探討和發(fā)展蔣華鋒二0一0年五月Huafeng Chiang1第一部分第二部分第三部分磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀工藝路線的發(fā)展探討磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討內(nèi)容概要Huafeng Chiang21.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀典型廠家鐵鋰材料生產(chǎn)商生產(chǎn)廠家技術(shù)路線產(chǎn)品特性綜合評估A123systems草酸亞鐵高倍率STL較高容量和倍率PULEAD高平臺GX-TECH較高容量和倍率ZN較高容量和倍率VALENCE氧化鐵紅穩(wěn)定性好，易加工FPG-CY穩(wěn)定性好，易加工Phostech磷酸鐵易加工；高倍率DATUNG高容量和高倍率Aleees高容量Huafeng Chiang31.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀廠家總

2、結(jié)工藝路線（鐵源選擇）原材料成本（元/噸）生產(chǎn)設(shè)備投資(萬元）路線瓶頸草酸亞鐵53500（42200）700成本略高，品質(zhì)不易穩(wěn)定控制。氧化鐵紅1（V系）55000450容量不理想，產(chǎn)品性價比偏低。氧化鐵紅2（復(fù)合）40000400產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗需要摸索磷酸鐵58500400現(xiàn)階段原材料成本過高，比例超過50%。Huafeng Chiang41.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀路線比較以年產(chǎn)300噸為例：Huafeng Chiang51.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀簡要分析（1）草酸亞鐵路線仍然是目前最主流的合成路線，但設(shè)備依存度較高，生產(chǎn)周期比較長 ，形貌調(diào)控問題是該路線的難點，導(dǎo)致穩(wěn)定性不理想。（2）氧化鐵工藝路線比

3、較成熟，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)強(qiáng)，穩(wěn)定性好，但V系路線的市場競爭力較弱，在成熟市場會面臨挑戰(zhàn)；復(fù)合路線在成本和性能做了很好的兼顧，成本方面也有較大優(yōu)勢。（3）磷酸鐵路線成本比較高，僅磷酸鐵一項就達(dá)到原材料成本的50%以上，必須大幅削減成本，才能讓其優(yōu)質(zhì)的電性能和市場價格相匹配。技術(shù)路線不統(tǒng)一，說明目前的磷酸鐵鋰市場仍然不成熟，預(yù)示整個產(chǎn)業(yè)還處于“從有到優(yōu)”的競爭階段，穩(wěn)定性是現(xiàn)階段的重點，V系工藝會有較好的表現(xiàn)，在下一個階段”從優(yōu)到廉“的發(fā)展過程中，復(fù)合路線和磷酸鐵將成為發(fā)展的主流，畢竟“穩(wěn)定性，加工性，電特性”才是符合動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流特征。Huafeng Chiang62.工藝路線的發(fā)展探討鐵源追

4、溯草酸亞鐵氧化鐵紅磷酸鐵硫酸亞鐵磷酸草酸氫氧化鈉氫氧化鈉雙氧水雙氧水氨水還原鐵粉工業(yè)硫酸Huafeng Chiang72.工藝路線的發(fā)展探討磷源追溯Huafeng Chiang82.工藝路線的發(fā)展探討鋰源追溯電池級碳酸鋰制備工藝：（1）用鹽酸中和氫氧化鋰至一定pH值，然后加入草酸銨和氯化鋇除去鈣和硫酸根離子。（2）然后用氫氧化鋰條件調(diào)節(jié)一定pH值，加入雙氧水將亞鐵離子氧化成鐵離子，在弱堿性條件下除去鐵離子。（3）為了提高鋰的回收率，加入碳酸銨沉鋰；（4）通入CO2將碳酸鋰進(jìn)一步氫化；（5）通過離子交換樹脂深度除去鈣、鎂離子，然后將LiHCO3溶液加熱結(jié)晶得到99.9%電池級碳酸鋰。Huafen

5、g Chiang92.工藝路線的發(fā)展探討原材料小結(jié)磷源合成離不開工業(yè)磷酸，鋰源都是由氫氧化鋰作為中間產(chǎn)物。合成磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)原料可簡單分為3種：（1）工業(yè)磷酸；（2）硫酸亞鐵；（3）氫氧化鋰；歸根到底，固相法和溶液法所用的原料完全相同，不同的工藝路線只是原材料的不同排列組合而已；很顯然物質(zhì)利用率越高的搭配組合可以實現(xiàn)較低的原材料成本。工藝路線（鐵源選擇）產(chǎn)率（%）百分比（%）備注草酸亞鐵47.657.3兩次燒成，有機(jī)體系氧化鐵紅1（V系）83.1100水系氧化鐵紅2（復(fù)合）66.479.9水系或有機(jī)系磷酸鐵68.6（81.4）98.0水系Huafeng Chiang102.工藝路線的發(fā)展探討燒

6、失率統(tǒng)計很顯然，氧化鐵紅1路線和磷酸鐵路線物質(zhì)利用率最高，但由于目前磷酸二氫鋰和磷酸鐵的價格壓力較大，成為制約其路線發(fā)展的關(guān)鍵！Huafeng Chiang112.工藝路線的發(fā)展探討成本比較前提（1）草酸亞鐵產(chǎn)業(yè)化路線：有機(jī)溶劑（考慮回收），二次靜態(tài)熱處理工藝；（2）磷酸鐵產(chǎn)業(yè)化路線：水系體系，一次靜態(tài)熱處理工藝。生產(chǎn)線按年產(chǎn)300噸配置，實際產(chǎn)量按每月12噸來核算，設(shè)備利用率約50%。項目成本（元/噸）成本比例（%）備注原材料4220063.21考慮溶劑回收水力和電力700010.49人力成本1270019.02折舊費用48617.28折舊基數(shù)：700萬元合計66761100不考慮回收，每噸

7、成本增加16000元。Huafeng Chiang122.工藝路線的發(fā)展探討亞鐵項目核算草酸亞鐵工藝路線核算（以月產(chǎn)12噸為例）：項目成本（元/噸）成本比例（%）備注原材料5950072.05磷酸鐵成本在總體成本比例50%以上。水力和電力76009.20人力成本1270015.38折舊費用27783.36折舊基數(shù)：400萬元合計82578100Huafeng Chiang132.工藝路線的發(fā)展探討磷酸鐵項目核算磷酸鐵工藝路線核算（以月產(chǎn)12噸為例）：Huafeng Chiang142.工藝路線的發(fā)展探討工業(yè)化路線成本小結(jié)通過上述分析得出以下結(jié)論：（1）草酸亞鐵工藝路線的成本可控制在7萬以下，由

8、于目前國內(nèi)大部分廠家設(shè)備投資額有限，溶劑回收利用率低，實際成本控制在8萬左右；該路線原材料價格比較成熟。（2）磷酸鐵成本占據(jù)總成本的50%以上，需在現(xiàn)有幅度下降35%左右才能在成本和電性能優(yōu)勢方面更具競爭力。（3）氧化鐵紅路線原材料成本約在5.5萬左右，總體成本在8萬左右，磷酸二氫鋰材料單項比例約50%左右。Huafeng Chiang152.工藝路線的發(fā)展探討正磷酸鐵工藝流程主要生產(chǎn)設(shè)備一覽表序號規(guī)格型號設(shè)備名稱材質(zhì)數(shù)量12000L反應(yīng)釜SU316L322000L高位槽SU30413800mm離心機(jī)SU316L342000L干燥箱SU30425100Kg/h粉碎機(jī)SU3041Huafeng

9、Chiang162.工藝路線的發(fā)展探討主要生產(chǎn)設(shè)備序號名稱單價(元/噸）噸耗用量（噸）噸耗費用（元）成本比例（%）1硫酸亞鐵46001.52699258.532工業(yè)磷酸40000.62248020.763氫氧化鈉25000.4511259.424氧化劑12001.00120010.045去離子水1015.001501.26產(chǎn)品正磷酸鐵11947產(chǎn)率95%12576元/噸Huafeng Chiang172.工藝路線的發(fā)展探討磷酸鐵原料成本核算考慮到加工費用、設(shè)備折舊等預(yù)計正磷酸鐵總體成本控制在2萬元以下;按照目前磷酸鐵鋰生產(chǎn)工藝，磷酸鐵鋰單噸總成本可以控制在5.5萬以內(nèi)。Huafeng Chia

10、ng182.工藝路線的發(fā)展探討硫酸亞鐵精制的意義當(dāng)前我國絕大部分鈦白粉仍采用傳統(tǒng)的硫酸法生產(chǎn)工藝,采用硫酸法生產(chǎn)一噸鈦白將產(chǎn)生3. 54 t 的綠礬，年副產(chǎn)綠礬量255340萬t。鈦白生產(chǎn)的副產(chǎn)物廢渣綠礬除含有約90%亞鐵鹽外，還含有Ti、Mn、Mg、Al、Si、Cu等多種雜質(zhì)。而其高附加值利用途徑要求硫酸亞鐵的純度達(dá)到99%以上,主要體現(xiàn)在氧化鐵顏料、磁性材料和磁粉工業(yè)。Huafeng Chiang192.工藝路線的發(fā)展探討硫酸鐵的提純和精制高純硫酸亞鐵成本每噸成本可控制在2500元以內(nèi)，保守估計磷酸鐵成本每噸可節(jié)省4000元左右。項目成本（元/噸）成本比例（%）備注原材料3200058.1

11、0磷酸鐵成本在總體成本比例35%以下。水力和電力7600人力成本12700折舊費用2778折舊基數(shù)：400萬元合計55078成本下降27500元Huafeng Chiang202.工藝路線的發(fā)展探討磷酸鐵成本變化磷酸鐵工藝成本變化（以月產(chǎn)12噸為例）：Huafeng Chiang212.工藝路線的發(fā)展探討磷酸鐵鋰成本變化磷酸鐵合成路線在未來的發(fā)展中將克服成本方面的障礙，體現(xiàn)更優(yōu)良的性價比，該路線符合動力電池產(chǎn)業(yè)對正極材料的需求。隨著生產(chǎn)量的擴(kuò)大，人力成本和折舊費用可下降50%以上。成熟市場的磷酸鐵鋰價格最終會降至在6萬區(qū)間內(nèi)！Huafeng Chiang222.工藝路線的發(fā)展探討鋰電池設(shè)計比較

12、（1）磷酸鐵鋰1.5安時18650型電池：正極片：面密度300g/m2，壓實密度2.3g/ml；活性物質(zhì)含量90%。（2）錳酸鋰1.4安時18650型電池：正極片：面密度380g/m2，壓實密度2.8g/ml；活性物質(zhì)含量92%。（3）鎳鈷錳酸鋰2.1安時18650型電池：正極片：面密度380g/m2，壓實密度3.6g/ml；活性物質(zhì)含量92%。負(fù)極采用中間相碳微球（MCMB），正負(fù)極粘結(jié)體系均采用有機(jī)體系。物質(zhì)名稱單項成本1（元）成本比例（%）單項成本2（元）備注磷酸鐵鋰1.57621.196.5萬（10萬）（1）成本1以磷酸鐵鋰每噸銷售價13萬來計算；（2）成本2以磷酸鐵鋰每噸銷售價6.5

13、萬和10萬來計算。隔膜1.25116.83殼體1.00013.45碳微球0.91212.26電解液0.7299.80其它1.96826.47合計7.4361006.648（7.072）實際成本預(yù)估8.923元7.978（8.487）每Ah成本5.949元/安.時5.318（5.658）每Wh成本1.859元/瓦.時1.662（1.768）Huafeng Chiang232.工藝路線的發(fā)展探討磷酸鐵鋰電芯成本核算磷酸鐵鋰電芯成本核算（以圓柱電池18650型1.5Ah電池為例）：物質(zhì)名稱單項成本1（元）成本比例（%）單項成本2（元）備注錳酸鋰1.24117.111.862（23.65%）（1）成本

14、1以錳酸鋰每噸銷售價8萬來計算；（2）成本2以錳酸鋰每噸銷售價12萬來計算。隔膜1.41519.51殼體1.00013.79碳微球0.92112.70電解液0.73110.08其它1.94426.81合計7.2521007.873實際成本預(yù)估8.702元9.448每Ah成本6.216元/安.時6.748每Wh成本1.680元/瓦.時1.824Huafeng Chiang242.工藝路線的發(fā)展探討錳酸鋰電芯成本核算錳酸鋰電芯成本核算（以圓柱電池18650型1.4Ah電池為例）：物質(zhì)名稱單項成本1（元）成本比例（%）單項成本2（元）備注鎳鈷錳酸鋰4.93341.62（1）成本1以三元系每噸銷售價3

15、0萬來計算；（2）成本2以三元系每噸銷售價18萬來計算。隔膜1.49412.60殼體1.0008.44碳微球1.0889.18電解液1.0859.15其它2.25219.00合計11.852100實際成本預(yù)估14.222元每Ah成本6.773元/安.時每Wh成本1.881元/瓦.時Huafeng Chiang252.工藝路線的發(fā)展探討三元系電芯成本核算鎳鈷錳酸鋰電芯成本核算（以圓柱電池18650型2.1Ah電池為例）：物質(zhì)名稱磷酸鐵鋰1磷酸鐵鋰2磷酸鐵鋰3錳酸鋰鎳鈷錳酸鋰每Wh成本(元）1.8591.7681.6621.6801.88136V10Ah電池組成本669.2636.5598.326

16、04.8677.1642V24Ah電池組成本1873.91782.11675.31693.41896.0320V120Ah電池組成本71385.667891.263820.864512.072230.4400V300Ah電池組成本223080212160199440201600225720Huafeng Chiang262.工藝路線的發(fā)展探討車用電池成本分析Huafeng Chiang272.工藝路線的發(fā)展探討成本定價策略探討設(shè)定磷酸鐵鋰價格為Pf，錳酸鋰價格為Pm ，當(dāng)兩者wh成本相等時滿足下面關(guān)系式：(5.86+1.576*Pf/13)/1.5/3.2=(6.011+1.241*Pm/8)

17、/1.4/3.7;Pf=1.186Pm-23.917;上面涉及成本為每公斤單價，單位為元/公斤。Huafeng Chiang282.工藝路線的發(fā)展探討成本對比曲線圖Huafeng Chiang292.工藝路線的發(fā)展探討正極材料點評就現(xiàn)狀而言，錳酸鋰材料因為良好的加工性和較低的成本在便攜式電子產(chǎn)品和動力電池等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用；但隨著磷酸鐵鋰正極材料成本的持續(xù)下降，錳酸鋰的市場空間會受到極大地抑制，其成本優(yōu)勢將不復(fù)存在。考慮到電池的安全性和循環(huán)壽命等綜合表現(xiàn)，磷酸鐵鋰電池將在未來的動力電池市場占據(jù)主導(dǎo)地位。統(tǒng)計項目ABCD比表面積9.1712.1813.8718.5振實密度1.321.1161.

18、12580.79D101.281.181.591.66D501.731.973.766.84D902.94.028.6818.82測試條件：2.0V4.2V,35恒溫0.2C首次充電容量1541621511570.5C放電最高值1471561401531C放電最高值1431531341503.3V以上0.5C放電效率91.2%88%89%93%3.3-3.2V0.5C放電效率2%3%2%1.4%3.3V以上1C放電效率86.6%86.6%86%89%3.2V以上1C放電效率90.6%89.7%89.1%93%Huafeng Chiang302.工藝路線的發(fā)展探討電池容量和平臺Huafeng C

19、hiang312.工藝路線的發(fā)展探討電池性能小結(jié)從材料克容量發(fā)揮上來看，磷酸鐵和草酸亞鐵路線有較大優(yōu)勢，據(jù)了解目前部分廠家比較好的扣式電池結(jié)果為0.2C克容量155mAhg-1左右，1C克容量可達(dá)到150mAhg-1，在成品電池中1C凈粉放電容量可達(dá)142mAhg-1。工藝路線（鐵源選擇）關(guān)鍵難題降低成本舉措最終成本預(yù)估（元/噸）草酸亞鐵形貌控制？提升產(chǎn)量57980氧化鐵紅1（V系）克容量？（1）控制磷酸二氫鋰成本（2）提升產(chǎn)量N/A氧化鐵紅2（復(fù)合）無重大難題提升產(chǎn)量46229磷酸鐵降低成本（1）控制磷酸鐵成本，（2）提升產(chǎn)量48230Huafeng Chiang322.工藝路線的發(fā)展探討工

20、藝的優(yōu)化選擇Huafeng Chiang333.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展1.國內(nèi)汽車需求量統(tǒng)計情況；2.國內(nèi)汽車保有量和增長率統(tǒng)計；3.國內(nèi)原油年產(chǎn)量和進(jìn)口產(chǎn)量對比；注：上面所述汽車僅包括乘用車、商用車和交叉車三類。902國內(nèi)汽車需求量843年度增長率700577509446333187162164210238152需求量（萬兩）增長率（%）Huafeng Chiang343.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展國內(nèi)汽車需求量統(tǒng)計200100010009008001996199719981999200020012002200320042005200620072008年份（年）199

21、8-2008年是中國汽車市場迅速擴(kuò)張的事情，汽車銷售量年均增長18.6%。1050700306002550020400153004540354975汽車保有量4358年度增長率36973160269423832053180214531319保有量（萬兩）增 長 率 （ %）Huafeng Chiang353.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展汽車保有量和增長率1200600054004800420019981999200020012002200320042005200620072008年份（年）420143600123000102400818006201816進(jìn)口量國內(nèi)生產(chǎn)量1716319

22、453211399748367375613831163001500518135184771863218900產(chǎn)量（萬噸）Huafeng Chiang363.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展國內(nèi)原油產(chǎn)量和進(jìn)口量4500040000350003000025000200001500010000500001990199520002005200620072008年份（年）Huafeng Chiang373.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討我國汽車行業(yè)發(fā)展截至2008年底，我國的汽車保有量已經(jīng)高達(dá)6467萬輛（包括客車和卡車），成為世界第四大汽車生產(chǎn)國和第三大汽車消費國。據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心估計，2020年我

23、國汽車保有量將達(dá)到將高達(dá)1.31億輛。隨著汽車數(shù)量的增多，汽車排放的二氧化碳量急劇增加，加速了地球變暖趨勢。當(dāng)前，二氧化碳的排放中有25%來自汽車。據(jù)有關(guān)部門測算，每燃燒1億噸油將產(chǎn)生二氧化碳3億噸，按中國2008年原油產(chǎn)量4億噸計算，約產(chǎn)生二氧化碳12億噸。2006年，我國的二氧化碳排放總量達(dá)62.3億噸，占全球二氧化碳排放的23%，已超過美國成為世界第一，其中新增排放占全球新增排放的2/3。2007年，我國的二氧化碳排放總量達(dá)67.2億噸，比美國高出14%，占全球二氧化碳排放的24%，美國占21%，歐盟15 國占12%，印度為8%，俄羅斯占6%。因此作為世界上二氧化碳?xì)怏w最大排放國的中國和

24、美國。法國總統(tǒng)尼古拉薩科奇于2009年9月10日做出了決斷：每噸二氧化碳的起始價格定為17歐元 .歐盟計劃對使用燃料產(chǎn)生的二氧化碳征收每噸30歐元（45美元）的稅，同時建議對使用供暖用煤、柴油、煤油和天然氣征收較低的10歐元每噸的稅 。楊裕生院士呼吁：100萬輛公交車，1000萬輛轎車，每天可以代替20萬噸汽油。37.131.425.3214.82銷售量（萬輛）Huafeng Chiang38數(shù)據(jù)來源：美國商務(wù)部。3.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討美國新能源汽車近些年美國新能源汽車銷售情況40353025201510502001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年年

25、份（年）17045.841250累計銷售（萬兩）Huafeng Chiang393.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討日本新能源汽車豐田混合動力銷售情況2001801601401201008060402001997年2004年9月2005年10月2006年2009年1月年份（年）國內(nèi)混合動力車概況廠商比亞迪上海通用長安汽車豐田汽車一汽股份奇瑞汽車華晨汽車車型F3DM君越ECO-Hybrid杰勛普銳斯奔騰HEV奇瑞A5BSG中華尊馳HEV價格14.98萬元26.99萬元16萬元24.98萬元20萬元7.48萬元-動力PHEVHEVHEVHEVHEVHEVHEV發(fā)動機(jī)排量1L2.4L1.5L1.5L1.3L1

26、.5L1.8L發(fā)動機(jī)功率125KW125KW72KW57KW67KW59KW125KW電動機(jī)功率37KW7KW10KW50KW10KW10KW10KW電池配置45Ah鐵鋰電池36V17Ah鎳氫電池鎳氫電池6.5Ah鎳氫電池鎳氫電池鎳氫電池鎳氫電池補助5萬元2.8萬元3.2萬元4.2萬元4.2萬元0.4萬元4.2萬元Huafeng Chiang403.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討國內(nèi)混合動力車Huafeng Chiang413.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討新能源汽車瓶頸能量密度一致性循環(huán)性能電池成本使用成本充電站快速充電Huafeng Chiang423.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討成本分析在電動汽車中，基于動力

27、電池、電機(jī)、電力電子等關(guān)鍵部件成本占整車成本的30至50。其中電池的成本較大，一個電動行駛100公里的家用汽車（按每1千瓦時可行駛10公里計算），鋰電池價格平均3000元/千瓦時*10千瓦時=3萬元；若將續(xù)航里程提高到300公里，則電池的價格將接近10萬元。按電池能量密度90瓦時/公斤來計算，電池組重量約為330公斤，約占汽車重量的30%左右。按目前汽車百公里油耗6升計算，按北京地區(qū)2010年5月5日93號汽油單價6.92元/升計算，每公里節(jié)省費用40.62元，電池花費需要行駛7.4萬公里才能收回成本。Huafeng Chiang433.磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展探討應(yīng)用范圍應(yīng)用領(lǐng)域電池配置材料耗量市場概況折算用量風(fēng)光互補路燈24V-100Ah7公斤亞東證券估計大陸市場2010年LED路燈需求量為67萬盞。4690噸電動自行車36V-10Ah1公斤2008年中國共銷售2100萬輛電動自行車，其中鉛酸電池占據(jù)90%以