磷酸铁锂的生产现状与预测.doc
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磷酸铁锂的生产现状与预测
3.1国际磷酸铁锂发展及生产现状
磷酸铁锂因其原料来源丰富、价廉、无毒、理论容量高、热稳定性好以及循环性能好等优点近几年备受关注,是下一代锂离子电池的首选材料。
自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属,M为CoFe两者之组合:
LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后,1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究群,也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性,美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4),使得该材料受到了极大的重视,并引起广泛的研究和迅速的发展。
与传统的锂离子二次电池正极材料,尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比,LiMPO4的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。
采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的电池被称为磷酸铁锂电池,由于磷酸铁锂电池的众多优点,被广泛使用于各个领域。
Phostech Lithium公司2001年在加拿大魁北克省St.Bruno成立,是全球排名第一的德国化学磷肥大厂南方化学(Süd-Chemie)的全资子公司。
PhostechLithium公司因拥有生产和销售基于Goodenough博士专利的电池材料的专有权而在锂电池领域占有举足轻重的地位。
Phostech作为南方化学公司的子公司在加拿大的工厂及德国的一家准商业化的部门生产并销售磷酸铁锂正极材料,其中有LifePower™-P1(能量型)与LifePower™-P2(动力型)。
LifePower品牌已经被世界上各大锂电公司或正在进行磷酸铁锂电池产业化的公司所论证并使用。
2008年 Phostech Lithium公司磷酸铁锂产能达到1100吨,当年产销量为100吨。
美国Valence(威能)作为世界上第一家生产出磷酸铁锂并量产成功的厂家,经过不断的技术进步,Valence电池具有稳定性和超低差异,这是他最见长的。
2008年 Valence(威能)公司磷酸铁锂产能为240吨,当年产销量为60吨。
Valence生产的磷酸铁锂材料但不外卖,全部用于自己制作电池或者寻求OEM加工的方式制备电池。
其所制备的电池应用于电动工具电池,电动车用电池,UPS电源,储能电池系统等。
Valence磷酸铁锂生产基地在中国,威能科技(苏州)有限公司和威泰能源(苏州)有限公司,分别负责磷酸铁锂材料的生产和电池制作。
美国A123(高博)公司主要从事掺杂金属离子的磷酸铁锂材料的商品化运作,A123公司与Valence公司类似,也是以OEM的方式和中国的一些电池厂家进行合作。
A123公司在中国的常州和镇江建设生产基地。
2007年 A123公司磷酸铁锂产能为350吨,2008年扩大到3000吨,当年产销量为750吨。
磷酸铁锂电池让A123公司飞黄腾达,用于电动工具的26650电池的累计销售已突破1亿美金。
A123公司已与GM达成合作意向,GM的纯电动车雪佛兰Volt将采用由A123公司设计开发,A123公司开发的2MW的H-APU储能系统已经被AES公司采用。
A123公司的纯电动摩托车,采用磷酸铁锂动力电池,7.8S加速到120km/h,创造了摩托车加速记录。
2005年,台湾鸿运电子(Aleees)自行研发的磷酸铁锂材料,经由工业技术研究院材料所及中央大学化材系高能电池实验室验证,并与下游电池制造商合作开发完成全亚洲第一颗锂系安全动力电池,这是台湾首次从上游材料的研发到工业电池系统设计,皆由国人自行开发完成。
鸿运电子也将继加拿大PhostechLithium、美国Valence及A123公司之后,全球第四家可量产磷酸铁锂材料并成功制成电池的公司。
2005年4月,台湾立凯电能公司成立,5月申请四项世界级的磷酸锂铁专利。
2007年5月完成四项世界级的磷酸锂铁专利布局,6月宣布奈米金属氧化物共晶体化磷酸锂铁化合技术。
2008年12月建成500吨/年的磷酸锂铁生产装置。
台湾长园科技实业股份有限公司于2000年正式生产锂电池钴系、镍系及镍钴系正极材料,2005年锂铁正极材料量产研发成功,并申请多项美国及世界专利,于2009年宣布正式取得美国产品USPTO专利。
长园科的电池正极材料是以「氧化锂铁磷」为材料,公司也陆续向日本、韩国、中国、台湾、欧盟等国家申请专利中。
2008年,长园科与台塑集团的台塑生医合资成立[台塑长园能源科技公司],由长园科持股49%、台塑集团持股51%,并由台塑王瑞瑜担任董事长,未来由长园科负责研发端的研究,而产能部分主要由台塑长园负责,并以「FormosaEnergy」品牌营销。
长园科的锂铁电池材料-粉体为月产40吨,而[台塑长园]位于彰化新厂则在2009年9月份试产,年底将达120吨/月,到2010年达到400吨/月,二家年产能合计达5280吨,成为世界第一大锂铁电池材料供应者。
台湾大同科技旗下的尚志精密化学公司2007年与工研院材化所技术合作,并取得经济部主导性新产品辅助开发计划,包括锂离子二次电池磷酸铁锂正极材料与电池开发,2008年磷酸铁锂正极材料正式投产。
2010年,尚志精密化学公司经由Goodenough及碳包覆这些专利的拥有者-加拿大魁北克水利局、蒙特娄大学和法国国家科学研究中心,一致同意签订磷酸锂铁转授权合约,在取得磷酸锂铁之应用制造授权后,可提升公司市场竞争力及全球业务之拓展,尤其是在欧、美、日、韩市场。
日本三井造船在该公司的千叶业务所内设置了磷酸铁锂试产线,自2006年8月起将以月产1吨的规模开始生产,计划于2007年正式生产。
目前产能估计在200吨左右。
日本住友大阪水泥公司于2010年新建一座年产能为1000吨的磷酸铁锂批量生产厂。
该公司年产150吨的中试厂己于2007年12月投产,样品分发给HEV、EV、固定式(光伏发电蓄电用等)电池厂家试用,反馈信息显示该材料将得到用户采用,因此决定批量生产。
日本Sony公司2010年6月建成磷酸铁锂生产装置,产品完全自用,产能不详,估计在200吨左右。
2008年LFP全球供应量为1500吨左右,其中美国A123供应750吨,在中国生产的厂商供应500吨左右,其中斯特兰几乎占一半的份额。
目前(2011年10月底),国际上(包括中国台湾,不包含中国大陆)在磷酸铁锂领域的领先企业主要有10家,总产能为1.285万吨左右,分别是美国的A123,加拿大的Phostech以及美国的Valence,掌握较为成熟的量产技术。
日本有三家,分别是日本三井造船、住友大阪水泥公司和日本Sony。
中国台湾有长园科技、鸿运电子、立凯电能(Aleees)、大同科技4家。
世界磷酸铁锂主要生产企业及产能情况见下表。
表3.12011年国际磷酸铁锂主要生产企业及产能统计表
序号
企业名称
产能
备注
表3.22007~2010年国际磷酸铁锂主要生产企业产能增长表
序号
企业名称
07年产能
08年产能
09年产能
10年产能
图3.12007~2010年国际磷酸铁锂产能增长图
目前LFP最上游的化合物专利,被三家专业材料公司所掌握,分别是A123的Li1-xMFePO4、Phostech的LiMPO4以及Aleees的LiFePO4·zM'O,同时也已经发展出十分成熟的量产技术,其中最大的产能已可达月产250吨。
A123的Li1-xMFePO4主要的特征是奈米级的LFP,藉由物理性质的改变以及在正极材料当中添加了贵金属,并辅佐特殊材质的石墨为负极,使得原本导电能力较差的LFP,可以成为商业化应用的产品;
Phostech的LiMPO4主要特征是藉由适当的碳涂布来增加电容量与导电性;
Aleees的LiFePO4·zM'O的主要特征藉由前驱物在高过饱和度的状态下,施以激烈的机械搅拌力,造成金属氧化物与LFP发生激动起晶之作用,产生共结晶的LFP与金属氧化物的晶核,使得原本难以控制的二价铁与晶相成长,得到了稳定的控制,进而取得了高容量与低阻抗的LFP。
目前,国际上磷酸铁锂增产计划不多,几家主要生产企业均没有增产计划,仅查到韩国有磷酸铁锂生产计划,韩国LG化学生产的磷酸铁锂电池,将于2011年上市。
3.2我国磷酸铁锂发展及生产现状
3.1.1我国磷酸铁锂生产发展历程
锂离子电池的性能主要取决于正负极材料,磷酸铁锂作为锂电池材料是近几年出现的事,1997年,磷酸锂铁材料开始引起国内关注。
1998年,国家863计划投资20亿在汕头研究磷酸锂铁。
中国企业从2001年开始陆续启动磷酸锂铁材料开发,国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。
近几年,我国对磷酸铁锂产业的投资可谓一浪高过一浪。
2007年,我国磷酸铁锂产品正处于行业的萌芽阶段。
国内的企业北大先行、天津斯特兰,湖南瑞翔和苏州恒正纳米科技也都进行了批量生产,但是他们的生产工艺和产品各有不利的方面。
其中,湖南瑞翔和北大先行据称是较早地完成中试的厂家,但是他们尚不能解决产品批次间稳定性的问题。
他们用的原料和技术路线都不是最具有竞争力。
原料主要是运用铁的有机盐,工艺存在煅烧时间长,而生产的产品批次间不稳定,产品在做成品电池的时候粘着性差。
恒正纳米科技在最终产品中为了提高导电性,添加了价格昂贵的Ni、Co和Mn过渡金属层状材料;并且广泛采用进口设备和原材料。
他们的产品价格是目前商业价格的两倍还要多。
天津斯特兰收购了北京中辉振宇,有4条网带式烧结炉,计划2007年扩产至20条,产品质量已经基本成熟,产品供不应求。
我国北大先行历经6年时间,终在2007年突破了磷酸铁锂从实验室技术到中试生产技术的一系列技术及工程问题,并在完善相关工艺过程中,使得磷酸铁锂电池的安全性得到了较大程度的提高与保证,奠定了磷酸铁锂产品系列化和规模产业化的基础。
北大先行2003年获得北京市科技计划项目战略高技术基础研究基金的支持;2006年获得科技部863计划新材料领域的支持;2007年被科技部评定为首个磷酸铁锂国家重点新产品。
2007年设计建成了300~500吨/年的大规模生产线,通过环评验收,形成了5个系列产品,实现了磷酸铁锂的规模生产。
并形成了245个文件组成的完整技术文档。
开发出大容量磷酸铁锂动力电池制作技术,与协作单位合作率先实现了磷酸铁锂动力电池的规模生产。
50Ah、55Ah和120Ah磷酸铁锂动力电池通过了201所按QC/T743-2006《电动道路车辆用锂离子蓄电池》国家标准的强制测试。
2009年实际产量在120吨左右,主要用户有杭州万向,东莞新能源,天津力神,浙江兴海等。
用户威力克、万向电动已为国家电网、上汽集团、世博会电车、郑州日产、北汽福田、中通客车、时风集团等电动车项目进行了配套。
天津斯特兰能源科技有限公司2002年立项研发磷酸铁锂,2004年11月批量试产,2006年组建天津斯特兰—实现年产200吨,2007年实现年产500吨,新增土地50亩,规划产能4000吨,2009年一期厂房及办公楼落成,试生产,达产140吨/月,产能为2000吨/年。
2010年将产能扩张到4000吨/年。
2010年实产仅1000吨,实销则为500吨左右。
以前,比亚迪电动车的磷酸铁锂采购自天津斯特兰,其月采购量一度超过200吨,顶峰时期,比亚迪为斯特兰贡献了超过80%的营业额。
据斯特兰的统计,比亚迪采购量在两年内骤降,2011年2月,月采购量已从峰值的200吨降至4.5吨。
青岛乾运高科新材料有限公司将锂离子电池正极材料的产业化项目引入青岛,2006年初开始研究新型锂离子电池正极磷酸铁锂的产业化项目。
通过包覆、掺杂等先进技术以及连续型生产设备的研制,在2006年6月份成功投产,产能为30吨/年,并与深圳邦凯、南车时代合作,共同研制基于磷酸铁锂电池的电动车。
从2009年10月,该公司新上磷酸铁锂生产线8条,实现年产1
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