锂离子电池正极材料项目立项申请报告

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锂离子电池正极材料项目立项申请报告

规划设计/投资方案/产业运营

报告说明—

该锂离子电池正极材料项目计划总投资3556.54万元,其中:固定资产投资2606.58万元,占项目总投资的73.29%;流动资金949.96万元,占项目总投资的26.71%。

达产年营业收入9190.00万元,总成本费用7332.16万元,税金及附加67.92万元,利润总额1857.84万元,利税总额2182.01万元,税后净利润1393.38万元,达产年纳税总额788.63万元;达产年投资利润率52.24%,投资利税率61.35%,投资回报率39.18%,全部投资回收期4.05年,提供就业职位186个。

锂离子电池的原材料主要包括正负极材料、电解液、电极基材、隔离膜和罐材等。其中,正极材料是锂电池中最为关键的原材料,由于正极材料在锂离子电池中占有较大比例,因此它决定了电池的安全性能和电池能否大型化,同时由于锂离子电池正极材料在电池成本中所占比例可高达40%左右,所以其成本也直接决定电池成本的高低。应该说是锂离子电池正极材料的发展引领了锂离子电池的发展。

目录

第一章基本信息

第二章项目单位概况

第三章投资背景及必要性分析第四章建设规划分析

第五章项目选址可行性分析第六章工程设计方案

第七章工艺技术说明

第八章项目环境保护分析

第九章项目安全管理

第十章项目风险

第十一章节能分析

第十二章项目进度计划

第十三章投资估算

第十四章项目经营效益分析

第十五章项目评价

第十六章项目招投标方案

第一章基本信息

一、项目提出的理由

锂离子电池的原材料主要包括正负极材料、电解液、电极基材、隔离

膜和罐材等。其中,正极材料是锂电池中最为关键的原材料,由于正极材

料在锂离子电池中占有较大比例,因此它决定了电池的安全性能和电池能

否大型化,同时由于锂离子电池正极材料在电池成本中所占比例可高达40%左右,所以其成本也直接决定电池成本的高低。应该说是锂离子电池正极

材料的发展引领了锂离子电池的发展。

二、项目概况

(一)项目名称

锂离子电池正极材料项目

(二)项目选址

xx产业基地

对周围环境不应产生污染或对周围环境污染不超过国家有关法律和现

行标准的允许范围,不会引起当地居民的不满,不会造成不良的社会影响。

(三)项目用地规模

项目总用地面积9291.31平方米(折合约13.93亩)。

(四)项目用地控制指标

该工程规划建筑系数71.54%,建筑容积率1.37,建设区域绿化覆盖率5.43%,固定资产投资强度187.12万元/亩。

(五)土建工程指标

项目净用地面积9291.31平方米,建筑物基底占地面积6647.00平方米,总建筑面积12729.09平方米,其中:规划建设主体工程9433.69平方米,项目规划绿化面积691.64平方米。

(六)设备选型方案

项目计划购置设备共计65台(套),设备购置费839.16万元。

(七)节能分析

1、项目年用电量906335.87千瓦时,折合111.39吨标准煤。

2、项目年总用水量6328.35立方米,折合0.54吨标准煤。

3、“锂离子电池正极材料项目投资建设项目”,年用电量906335.87千瓦时,年总用水量6328.35立方米,项目年综合总耗能量(当量值)111.93吨标准煤/年。达产年综合节能量31.57吨标准煤/年,项目总节能率20.50%,能源利用效果良好。

(八)环境保护

项目符合xx产业基地发展规划,符合xx产业基地产业结构调整规划和国家的产业发展政策;对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施,严格控制在国家规定的排放标准内,项目建设不会对区域生态环境产生明显的影响。

(九)项目总投资及资金构成

项目预计总投资3556.54万元,其中:固定资产投资2606.58万元,

占项目总投资的73.29%;流动资金949.96万元,占项目总投资的26.71%。

(十)资金筹措

该项目现阶段投资均由企业自筹。

(十一)项目预期经济效益规划目标

预期达产年营业收入9190.00万元,总成本费用7332.16万元,税金

及附加67.92万元,利润总额1857.84万元,利税总额2182.01万元,税

后净利润1393.38万元,达产年纳税总额788.63万元;达产年投资利润率52.24%,投资利税率61.35%,投资回报率39.18%,全部投资回收期4.05年,提供就业职位186个。

(十二)进度规划

本期工程项目建设期限规划12个月。

项目建设单位要制定严密的工程施工进度计划,并以此为依据,详细

编制周、月施工作业计划,以施工任务书的形式下达给参与工程施工的施

工队伍。项目承办单位要合理安排设计、采购和设备安装的时间,在工作

上交叉进行,最大限度缩短建设周期。将投资密度比较大的部分工程尽量

押后施工,诸如其他配套工程等。对于难以预见的因素导致施工进度赶不

上计划要求时及时研究,项目建设单位要认真制定和安排赶工计划并及时

付诸实施。

三、项目评价

1、本期工程项目符合国家产业发展政策和规划要求,符合xx产业基

地及xx产业基地锂离子电池正极材料行业布局和结构调整政策;项目的建

设对促进xx产业基地锂离子电池正极材料产业结构、技术结构、组织结构、产品结构的调整优化有着积极的推动意义。

2、xxx集团为适应国内外市场需求,拟建“锂离子电池正极材料项目”,本期工程项目的建设能够有力促进xx产业基地经济发展,为社会提

供就业职位186个,达产年纳税总额788.63万元,可以促进xx产业基地

区域经济的繁荣发展和社会稳定,为地方财政收入做出积极的贡献。

3、项目达产年投资利润率52.24%,投资利税率61.35%,全部投资回

报率39.18%,全部投资回收期4.05年,固定资产投资回收期4.05年(含

建设期),项目具有较强的盈利能力和抗风险能力。

从促进产业发展看,民营企业机制灵活、贴近市场,在优化产业结构、推进技术创新、促进转型升级等方面力度很大,成效很好。据统计,我国65%的专利、75%以上的技术创新、80%以上的新产品开发是由民营企业完成的。从吸纳就业看,民营经济作为国民经济的生力军是就业的主要承载主体。全国工商联统计,城镇就业中,民营经济的占比超过了80%,而新增就业贡献率超过了90%。国家支持民营经济发展,是明确的、一贯的,而且是不断深化的,不是一时的权宜之计,更不是过河拆桥式的策略性利用。对

于非公有制经济的地位和作用,“三个没有变”的判断:“非公有制经济

在我国经济社会发展中的地位和作用没有变,我们毫不动摇鼓励、支持、

引导非公有制经济发展的方针政策没有变,我们致力于为非公有制经济发

展营造良好环境和提供更多机会的方针政策没有变。”同时,公有制为主体、多种所有制经济共同发展,是写入党章和宪法的基本经济制度,这是

不会变的,也是不能变的。进入新时代,中国的民营经济只会壮大、不会

离场,只会越来越好、不会越来越差。改革开放40年来,民间投资和民营

经济由小到大、由弱变强,已日渐成为推动我国经济发展、优化产业结构、繁荣城乡市场、扩大社会就业的重要力量。从投资总量占比看,2012年以来,民间投资占全国固定资产投资比重已连续5年超过60%,最高时候达到65.4%;尤其是在制造业领域,目前民间投资的比重已经超过八成,民间投

资已经成为投资的主力军。

全面深化改革、形成发展新动力将是“十三五”我国工业发展的主题。未来五年,我市必须确立产业发展新思维,把适应和引领新常态作为产业

发展的宏观逻辑,突破当前要素资源瓶颈约束,积极稳妥地完成速度、结构、动力等方面的多重转变。要善于利用国家层面的重大部署对市场和体

制环境的积极影响,抢抓拓展国内发展空间的机遇,注重结构优化,注重

要素提升,注重环境改善,充分激活我市产业的发展活力,为产业升级提

供持续动力。

四、主要经济指标

主要经济指标一览表

第二章项目单位概况

一、项目承办单位基本情况

(一)公司名称

xxx公司

(二)公司简介

公司始终坚持“人本、诚信、创新、共赢”的经营理念,以“市场为导向、顾客为中心”的企业服务宗旨,竭诚为国内外客户提供优质产品和一流服务,欢迎各界人士光临指导和洽谈业务。经过10余年的发展,公司

拥有雄厚的技术实力,完善的加工制造手段,丰富的生产经营管理经验和可靠的产品质量保证体系,综合实力进一步增强。公司将继续提升供应链构建与管理、新技术新工艺新材料应用研发。集团成立至今,始终坚持以人为本、质量第一、自主创新、持续改进,以技术领先求发展的方针。

公司不断加强新产品的研制开发力度,通过开发新品种、优化产品结构来增强市场竞争力,产品畅销全国各地,深受广大客户的好评;通过多年经验积累,建立了稳定的原料供给和产品销售网络;公司不断强化和提高企业管理水平,健全质量管理和质量保证体系,严格按照ISO9000标准组织生产,并坚持以质量求效益的发展之路,不断强化和提高企业管理水平,实现企业发展速度与产品结构、质量、效益相统一,坚持在结构调整中发展总量的原则,走可持续发展的新型工业化道路。

二、公司经济效益分析

上一年度,xxx集团实现营业收入7811.85万元,同比增长27.04%(1662.71万元)。其中,主营业业务锂离子电池正极材料生产及销售收入为6737.88万元,占营业总收入的86.25%。

上年度营收情况一览表

根据初步统计测算,公司实现利润总额1929.67万元,较去年同期相比增长164.66万元,增长率9.33%;实现净利润1447.25万元,较去年同期相比增长284.56万元,增长率24.47%。

上年度主要经济指标

第三章投资背景及必要性分析

锂离子电池的原材料主要包括正负极材料、电解液、电极基材、

隔离膜和罐材等。其中,正极材料是锂电池中最为关键的原材料,由

于正极材料在锂离子电池中占有较大比例,因此它决定了电池的安全

性能和电池能否大型化,同时由于锂离子电池正极材料在电池成本中

所占比例可高达40%左右,所以其成本也直接决定电池成本的高低。应该说是锂离子电池正极材料的发展引领了锂离子电池的发展。

正极材料行业形成寡头垄断的局面,日韩企业在技术水平和工艺

控制上实力较强,而中国虽然有200多家正极材料生产企业,但厂家

产品同质化严重,毛利率低于10%,其中磷酸铁锂的产能过剩最为严重。目前国外主要正极材料企业以生产三元材料为主,国内主要正极材料

企业以生产磷酸铁锂为主,中国企业扎推于中低端市场的同时,高端

产品供应不足。

3C市场是侧重锂电池能量密度和安全性,在小型智能终端产品的

迅速发展情况下,国内锂电正极材料企业由于地缘和成本优势将获得

更多的发展机会。随着动力电池对于功率和能量密度要求不断提高,

国内动力电池正极材料向三元材料方向发展,总发展方向为高电压、

高能量、高功率和宽温度范围;在保证安全性和适当的循环性前提下,提高锂电的能量两个主要途径是提高电极材料容量或者提高电池工作

电压。高镍三元材料、高电压钴酸锂等是目前锂电池正极材料主要的

发展方向。

新能源汽车行业从2012至2015年的起步发展,到2016至2017

年的调整发展,预计2018年之后将高速发展,未来动力电池正极材料

的应用和发展备受关注。

新能源汽车动力电池在续航里程、快充、成本、安全、寿命等方

面的要求极高,要求我国的动力正极材料企业要对产业链进行全盘考虑,确保材料的开发、设计、验证和制造满足新能源汽车动力市场的

持续发展应用。

第四章建设规划分析

一、产品规划

项目主要产品为锂离子电池正极材料,根据市场情况,预计年产值9190.00万元。

项目产品的市场需求是投资项目存在和发展的基础,市场需要量是根据分析项目产品市场容量、产品产量及其技术发展来进行预测;目前,我国各行业及各个领域对项目产品需求量很大,由于此类产品具有市场需求多样化、升级换代快的特点,所以项目产品的生产量满足不了市场要求,每年还需大量从外埠调入或国外进口,商品市场需求高于产品制造发展速度,因此,项目产品具有广阔的潜在市场。项目产品的市场需求是投资项目存在和发展的基础,市场需要量是根据分析项目产品市场容量、产品产量及其技术发展来进行预测;目前,我国各行业及各个领域对项目产品需求量很大,由于此类产品具有市场需求多样化、升级换代快的特点,所以项目产品的生产量满足不了市场要求,每年还需大量从外埠调入或国外进口,商品市场需求高于产品制造发展速度,因此,项目产品具有广阔的潜在市场。

二、建设规模

(一)用地规模

该项目总征地面积9291.31平方米(折合约13.93亩),其中:净用地面积9291.31平方米(红线范围折合约13.93亩)。项目规划总建筑面积12729.09平方米,其中:规划建设主体工程9433.69平方米,计容建筑面积12729.09平方米;预计建筑工程投资934.42万元。

(二)设备购置

项目计划购置设备共计65台(套),设备购置费839.16万元。

(三)产能规模

项目计划总投资3556.54万元;预计年实现营业收入9190.00万元。

第五章项目选址可行性分析

一、项目选址

该项目选址位于xx产业基地。

当地质量效益实现大提升。工业研发经费支出占地区生产总值的比重提高到2.3%,投资效率和企业效率显著增强,品牌经济加快发展,打造1个千亿级产业集群、4个五百亿级产业集群,全要素生产率、工业成本利润率稳步提高。绿色发展取得新进展。产业绿色、低碳水平上升,循环经济发展成效显现,工业污染源全面达标排放,主要污染物排放、单位工业增加值能耗、工业固体废物综合利用率等达到全省平均水平,万元工业增加

值用水量显著降低,生态环境进一步改善。园区是市政府于1996年批准成

立的市级经济园区,当时批准的建设用地为6平方公里。围绕做大做强优

势产业,改造提升传统产业,加快发展战略性新兴产业和生产性服务业,

突出扶大引强,实施龙头带动,引导产业合理布局、错位发展,推进产业

链整合与集群式发展。依托当地城市圈发展,推进东进东接,力争到2020年,全市工业规模进一步壮大,产业结构进一步优化,创新能力进一步增强,发展水平进一步提升。“十三五”期间,全市规模总产值年均增速在11.3%以上,到2020年,规模工业总产值达3500亿元,力争达到4000亿元。全市规模工业增加值年均增速在11%以上,到2020年,规模工业增加

值力争达到1000亿元。园区不断完善自身创新体系建设,加快承接国际、

沿海产业转移,促进优势产业集聚,推进产业结构从低附加值的一般加工

业为主向高附加值的先进制造业和高新技术产业为主转变,产业组织形态

从传统块状经济为主向现代产业集群为主转变,打造县域经济发展的重要

支撑。省产业园区建设领导小组制订发布产业园区主导产业指导目录,避

免产业园区之间同质化竞争,防止低水平重复建设和招商引资恶性竞争,

实现产业园区错位发展,着力打造一批具有湖南特色和竞争优势的产业集群。

对周围环境不应产生污染或对周围环境污染不超过国家有关法律和现

行标准的允许范围,不会引起当地居民的不满,不会造成不良的社会影响。

完善的国内销售网络,项目承办单位经过多年来的经营,不仅有长期

稳定客户和潜在客户,而且有非常完善的销售体系;企业的销售激励制度

大大提高了员工的工作积极性,再加上平时公司领导对员工的感情投资,

使销售员工对公司有很强的向心力;正是具备稳定有激情的销售团队,才

保证了企业的销售政策很好的贯彻执行下去,也使企业的销售业绩有很大

的提高;企业的销售团队将在有项目产品销售市场的区域,根据当地实际

情况,销售适合当地加工企业需要的项目产品。项目承办单位现有资产运

营优良,财务管理制度健全且完善,企业的资金雄厚,凭借优异的产品质量、严谨科学的管理和灵活通畅的销售网络,连年实现盈利,能够为项目

建设提供充足的计划自筹资金。

二、用地控制指标

建设项目平面布置符合行业厂房建设和单位面积产能设计规定标准,

达到《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24号)文件规定

的具体要求。该项目均按照项目建设地建设用地规划许可证及建设用地规

划设计要求进行设计,同时,严格按照项目建设地建设规划部门与国土资

源管理部门提供的界址点坐标及用地方案图布置场区总平面图。根据测算,投资项目建筑容积率符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24号)中规定的产品制造行业建筑容积率≥0.80的规定;同时,满足项目建设地确定的“建筑容积率≥1.50”的具体要求。

三、地总体要求

本期工程项目建设规划建筑系数71.54%,建筑容积率1.37,建设区域绿化覆盖率5.43%,固定资产投资强度187.12万元/亩。

土建工程投资一览表

四、节约用地措施

土地既是人类赖以生存的物质基础,也是社会经济可持续发展必不可少的条件,因此,项目承办单位在利用土地资源时,严格执行国家有关行业规定的用地指标,根据建设内容、规模和建设方案,按照国家有关节约土地资源要求,合理利用土地。

五、总图布置方案

1、按照建(构)筑物的生产性质和使用功能,项目总体设计根据物流关系将场区划分为生产区、办公生活区、公用设施区等三个功能区,要求

功能分区明确,人流、物流便捷流畅,生产工艺流程顺畅简捷;这样布置既能充分利用现有场地,有利于生产设施的联系,又有利于外部水、电、气等能源的接入,管线敷设短捷,相互联系方便。按照建(构)筑物的生产性质和使用功能,项目总体设计根据物流关系将场区划分为生产区、办公生活区、公用设施区等三个功能区,要求功能分区明确,人流、物流便捷流畅,生产工艺流程顺畅简捷;这样布置既能充分利用现有场地,有利于生产设施的联系,又有利于外部水、电、气等能源的接入,管线敷设短捷,相互联系方便。达到工艺流程(经营程序)顺畅、原材料与各种物料的输送线路最短、货物人流分道、生产调度方便的标准要求。

2、场区植物配置以本地区树种为主,绿化设计的树木花草配置应依据项目建设区域的总体布置、竖向、道路及管线综合布置等要求,并适合当地气象、土壤、生态习性与防护性能,疏密适当高低错落,形成一定的层次感。场区绿化设计要达到“营造严谨开放的交流环境,催人奋进的工作环境,舒适宜人的休闲环境,和谐统一的生态环境”之目的。

场内供水采用生活供水系统、消防供水系统、生产补给水系统,消防供水系统在场区内形成供水管网。给水系统由项目建设地给水管网直供;场区给水网确定采用生产、生活及消防合一系统的供水方式,在场区内形成环状,从而保证供水水压的平衡及消防用水的要求。投资项目采用雨、污分流制排水系统,分别汇集后排入项目建设区不同污水管网。

各种锂离子电池正极材料分析

锂离子电池现使用的正极材料有如下几种: 1、钴酸锂 钴酸锂也是目前应用最为广泛的正极材料,钴产生3.9V(vs. Li)的电势平 台,对钴酸锂而言,对应于其理论容量,高达274mAh/g,实际容量可达155mAh/g,具有很高的能量密度。主要应用于便携电池领域:如手机,PDA;移动DVD; MP3/MP4、笔记本电脑。 1)结构缺陷 对钴酸锂(LixCoO2,00.55 时,材料的容量发生严重的退化,其层状结构倾向于塌陷,使得实际可利用的容量不超过155mAh/g,为了能够更多的利用LiCoO2 中的锂离子,人们采用掺杂、包覆等办法对其改性。目前,有多种元素应用于LiCoO2 掺杂,但只有Mn 和Al 表现出较好的效果。 在Li 过分脱出时(E>4.2V 时),LiCoO2 发生严重的过充现象,化学键发生断 裂而释出O2,导致体系的不稳定,甚至有使电池爆炸的危险。 2)资源缺乏 钴在我国属于稀缺资源,我国钴矿矿床规模较小,矿区储量大于2 万吨的只 有甘肃金川和青海德尔尼两处,矿区储量大于1 万吨的有河北、四川、海南、新 疆4 省。截至2006 年底,我国探明钴储量47.1 万吨。由于连年开采,我国钴储 量逐年减少。我国钴产量应该在4900 吨左右。2002 年我国钴消费量为4845 吨,比2001 年增加了22%。从2002 年起,电池行业已超过硬质合金行业,成为我国 钴消费的第一大行业。由于目前我国未发现大规模有开采价值的钴矿,我国锂电池正极材料用钴酸锂的生产基本上是从国外进口价格昂贵钴原料。 2、镍酸锂 Ni4+/Ni3+电对能产生3.75V 的电势平台。它能可逆的嵌脱0.7Li,具有接 近200mAh/g 的循环容量,但在实际中,很难得到这个结果。首先在高温下,由于Li 的挥发,很难合成化学计量比LiNiO2,高温时六方相的LiNiO2 很容易向立方相的LiNiO2 转变,这种锂镍置换的立方相的没有电化学活性,而且这个反应的逆过程很慢并且不完全。此外在充放电过程中,LiNiO2 还会发生一系列的结构变化,而导致嵌锂容量的损失。实际上镍酸锂无太大实用价值。 3、镍钴二元材料和多元复合材料 LiCoO2 价格昂贵,LiNiO2 合成困难,如果能够结合二者的优点,用价格相 对低廉的Ni 替代部分Co,合成具有LiCoO2 一样优良电化学性能地电极材料,那么将具有广阔的应用前景。由于半径相近,Ni 和Co 几乎可以以任何比例形成 固溶体。近几年来,多元混合掺杂的层状氧化物得到了大量的研究,不同金属原子比例的镍钴锰多元材料得到了研究,但是颗粒形貌和粒度分布不得到有效的控制,只有在足够高的电势下(大于4.5V)才能获得180mAh/g 的容量,此外没有从根本上改变钴系材料的特点。 4、尖晶石锰酸锂 尖晶石锰酸锂能够产生4.0 V 的电压平台,与钴酸锂相当,理论容量 148mAh/g,实际容量120mAh/g 左右,比现在所用的钴酸锂稍低。早在上世纪80

锂离子电池正极材料技术进展_孙玉城.

锂离子电池正极材料技术进展 孙玉城 1, 2 (1. 青岛科技大学新材料研究重点实验室 , 山东青岛 266042; 2. 青岛新正锂业有限公司 摘要 :概述了国内外近 30a 有关锂离子电池正极材料的研究进展以及笔者在锰系正极材料方面的研究结果 ; 比较了几种主要正极材料的性能优缺点 ; 阐明了正极材料发展方向。近期镍钴锰酸锂三元材料将逐步取代钴酸锂 , 而改性锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料以及两者的混合体将在动力型锂离子电池中获得广泛使用。在未来 5~10a , 高容量的层状富锂高锰型正极材料或许会是下一代锂离子电池正极材料的有力竞争者。 关键词 :锂离子电池 ; 正极材料 ; 技术进展 中图分类号 :TQ131.11文献标识码 :A 文章编号 :1006-4990(2012 04-0050-05 Technology development in cathode materials of lithium ion battery Sun Yucheng 1, 2 (1. Novel Material Research Focus Laboratory , Qingdao University of Science and Technology , Qingdao 266042, China ; 2. Qingdao LNCM Company Abstract :The technology development in the main cathode materials of lithium ion battery at home and abroad of the past 30 years and the author ′ s research results of Mn-based cathode materials were discussed respectively.Advantages and disadvan -tages of the main cathode materials and opinions of the development trend in the cathode materials of lithium ion battery were summarized.It was believed that Li (Mn , Co , Ni O 2is going to replace LiCoO 2and LiMn 2-x A x O 4or Li (Mn , Co , Ni O 2or the mixture

锂离子电池三元正极材料的分析研究进展

锂离子电池三元正极材料的研究进展 2009年09月01日作者:丁楚雄/孟秋实/陈春华来源:《化学与物理电源系统》编辑:樊晓琳 摘要:本文综述了锂离子电池正极材料层状三元过渡金属氧化物Li-Ni-Co-Mn-O的研究进展,讨论了三元材料的结构特性与电化学反应特征,重点介绍了三元材料的制备方法和掺杂、表面修饰等改性手段,并分析了三元材料目前存在的问题和未来的研究重点。 关键词:锂离子电池;Li-Ni-Co-Mn-O;层状结构;制备方法;改性 Abstract: The research progress of the ternary transition metal oxides LiNi1-x-yCoxMnyO2 as layered cathode materials for lithium ion batteries is reviewed. The structure and electrochemical performances of the materials are discussed. Various synthesis methods, doping and surface-modification approaches are introduced in detail. Finally, the current main problems and further research trend of the materials are pointed out. Key words: lithium ion battery。 cathode。 layered structure。 synthesis methods。modification 1、引言 锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐[1, 2],但随着电子信息技术的快速发展,对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料,它的发展也最值得关注。 目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、镍酸锂,尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。其中,钴酸锂

系锂离子电池正极材料输出电压的影响

* ? ( , , 200050) (2012 1 18 ;2012 3 7 ) LiMnO2 Li2MnO3 , . , . 5% 0.1V. , , , ; Li2MnO3 , .Li2MnO3 , , , . : , , ,Li2MnO3 PACS:31.15.es,62.20.de,82.45.Fk,82.47.Aa 1 , (>150W·h/kg) (<50W·h/kg), , [1?3]. Li M O2(M=Co, Ni,Mn ), Li M2O4(M=Mn,Ti ) Li M PO4(M=Fe,Mn,Co ), . , Li2MnO3 , x Li2MnO3·(1?x)Li M O2(M=Mn,Ni,Co ), [4?6]. , , . , ; , . , , [4?6]; , [7,8]; LiFePO4 [9]. , , [10]. , , [11]. , , , , , . LiMnO2 Li2MnO3 , * ( :50825205) . ?E-mail:jliu@https://www.360docs.net/doc/a014578477.html, c 2012 Chinese Physical Society https://www.360docs.net/doc/a014578477.html,

, . 2 , 3 , 4 , Li2MnO3 . 2 2.1 LiMnO2 Li2MnO3 . x2 Li x2A, (x1?x2) Li x 2 A+(x1?x2)Li=Li x1A,(1) , [12?14] V=?E Li x1 A?E Li x2A?(x1?x2)E Li (x1?x2)F ,(2) F ,E Li x1A ,E Li L i x A . ,L i x2A , e i, (1) , L i x1A e j; , , . (<5%) (2) , (2) E Li x2 A E Li x1A E Li x 2A E Li x 1 A , . . , [15?17] E=E0+1 2 ?0 ∑ ij (C i j e i e j),(3) E0 ,C ij e i e j ,?0 . (2) (3) , : V=V0+1 2 ∑ ij (? 0C ij e i e j??0C ij e i e j),(4) V0 , ,?0 ? 0 x1 x2 . “ ” . ,(4) . , , ,e(x2)=e(x1+?x)≈e(x1). (4) V=V0+ 1 2 ∑ ij (? 0C ij??0C ij)e i e j.(5) , (5) .(5) , , (2) . , , 5%[11,14], , (5) , . LiMnO2 Li2MnO3 , ( 1(b)—(e)). , e e i,e j e k, V=V0+ 1 2 [? 0(C ii+2C ij+C jj+2C jk +C kk+2C ik)??0(C ii+2C ij+C jj +2C jk+C kk+2C ik)]e2.(6) , e e i e j, V=V0+ 1 2 [? 0(C ii+2C ij+C jj) ??0(C ii+2C ij+C jj)]e2;(7) e k (5) V=V0+ 1 2 (? 0C kk??0C kk)e2k.(8) (8) , , . , , , , .

各种锂离子电池正极材料分析

各种锂离子电池正极材料分析 锂离子电池现使用的正极材料有如下几种: 1、钴酸锂 钴酸锂也是目前应用最为广泛的正极材料,钴产生3.9V(vs. Li)的电势平台,对钴酸锂而言,对应于其理论容量,高达274mAh/g,实际容量可达155mAh/g,具有很高的能量密度。主要应用于便携电池领域:如手机,PDA;移动DVD;MP3/MP4、笔记本电脑。 1)结构缺陷对钴酸锂(LixCoO2,00.55 时,材料的容量发生严重的退化,其层状结构倾向于塌陷,使得实际可利用的容量不超过155mAh/g,为了能够更多的利用LiCoO2 中的锂离子,人们采用掺杂、包覆等办法对其改性。目前,有多种元素应用于LiCoO2 掺杂,但只有Mn 和Al 表现出较好的效果。在Li 过分脱出时(E>4.2V 时),LiCoO2 发生严重的过充现象,化学键发生断裂而释出O2,导致体系的不稳定,甚至有使电池爆炸的危险。 2)资源缺乏钴在我国属于稀缺资源,我国钴矿矿床规模较小,矿区储量大于2 万吨的只有甘肃金川和青海德尔尼两处,矿区储量大于1 万吨的有河北、四川、海南、新疆4 省。截至2006 年底,我国探明钴储量47.1 万吨。由于连年开采,我国钴储量逐年减少。我国钴产量应该在4900 吨左右。2002 年我国钴消费量为4845 吨,比2001 年增加了22%。从2002 年起,电池行业已超过硬质合金行业,成为我国钴消费的第一大行业。由于目前我国未发现大规模有开采价值的钴矿,我国锂电池正极材料用钴酸锂的生产基本上是从国外进口价格昂贵钴原料。 2、镍酸锂 Ni4+/Ni3+电对能产生3.75V 的电势平台。它能可逆的嵌脱0.7Li,具有接近200mAh/g 的循环容量,但在实际中,很难得到这个结果。首先在高温下,由于Li 的挥发,很难合成化学计量比LiNiO2,高温时六方相的LiNiO2 很容易向立方相的LiNiO2 转变,这种锂镍置换的立方相的没有电化学活性,而且这个反应的逆过程很慢并且不完全。此外在充放电过程中,LiNiO2 还会发生一系列的结构变化,而导致嵌锂容量的损失。实际上镍酸锂无太大实用价值。 3、镍钴二元材料和多元复合材料 LiCoO2 价格昂贵,LiNiO2 合成困难,如果能够结合二者的优点,用价格相对低廉的Ni 替代部分Co,合成具有LiCoO2 一样优良电化学性能地电极材料,那么将具有广阔的应用前景。由于半径相近,Ni 和Co 几乎可以以任何比例形成固溶体。近几年来,多元混合掺杂的层状氧化物得到了大量的研究,不同金属原子比例的镍钴锰多元材料得到了研究,但是颗粒形貌和粒度分布不得到有效的控制,只有在足够高的电势下(大于 4.5V)才能获得180mAh/g 的容量,此外没有从根本上改变钴系材料的特点。 4、尖晶石锰酸锂 尖晶石锰酸锂能够产生4.0 V 的电压平台,与钴酸锂相当,理论容量148mAh/g,实际容量120mAh/g 左右,比现在所用的钴酸锂稍低。早在上世纪80 年代Goodenough 就发现锂离子能够在尖晶石结构的锰酸锂中电化学可逆的嵌脱,从而得到了众多研究者的关注。与钴酸锂和镍酸锂相比,锰酸锂原料来源广泛,价格非常便宜(只有Co 的10%),而且没有毒性,对环境友好。曾一度被认为是替代LiCoO2 的首选锂离子电池正极材料。尖

锂离子电池几种有机正极材料介绍

锂离子电池几种有机正极材料介绍 随着储能电源和电动汽车的迅猛发展,开发高能量密度的锂离子电池成为研究的重点之一。锂离子电池性能的提高很大程度上取决于正极材料的特性。目前无机正极材料使用广泛,但不乏各种缺陷。与无机正极材料相比,有机物正极材料具有理论比容量高、原料丰富、环境友好、结构可设计性强和体系安全的优点,是一类具有广泛应用前景的储能物质。本文主要介绍了几类作为锂离子正极材料的有机化合物,对比分析了这些化合物的电化学性能、电化学反应机理。 导电有机高分子正极材料 早期的有机正极材料研究较多的是导电高分子材料,单一态的导电高分子正极材料存在许多缺陷,不能满足实际应用的需求,人们开始了基于导电高分子的各种复合材料的研究。研究人员将V2O5掺杂在聚吡咯中制备PPy/ V2O5复合材料,充放电后PPy/ V2O5复合材料发生阴离子的掺杂/脱掺杂以及Li+的嵌入/脱嵌入反应,正极材料内部元素的百分含量和材料内部的外观形貌会发生变化循环稳定性能不佳。 图1 PPy/ V2O5复合材料电化学性能及充放电后表面形貌图该类导电聚合物用作锂电池正极材料是通过阴离子的掺杂/脱掺杂实现电化学过程。通常存在以下缺点:反应体系中要求电解液的体积大,导致电池的能量密度难以提高,导电性能不高;电化学反应速度慢,需要掺杂大量的导电剂;有机聚合物在电解液中仍然存在缓慢溶解的问题;长期循环稳定性能不高;理论容量不高。存在很大的改进空间。

有机硫化物正极材料 科研人员又将目光转向了以S-S键的断裂和键合进行放能和储能的有机硫化物。他们发现增加硫链长度可以增加比容量,但是由于硫本身的绝缘性,且电极反应产生的中间产物Li2SX易于溶解在电解液和沉积在锂负极表面,严重影响了电池的充放电功率和循环性能。所以,他们又将S-S键引入有机物分子中,形成各种线形、梯形或者网状多交联的硫化聚合物,代表性的化合物如表1所示。 表1 典型有机硫化合物正极材料 有机硫化合物正极材料虽然在一定程度上提高了电池电化学活性和循环稳定性能,但有机硫化合物普遍存在以下问题:容量衰减快,易发生降解;在电解液中的溶解问题难以克服,循环稳定性能仍然不高;放电时生成的硫离子向负极转移的问题;导电性差,室温下电化学反应速度缓慢;有机硫化合物正极活性材料的循环性能离实际应用仍有差距,难以满足实际应用的需要。 含氧共轭有机物正极材料 有机共轭含氧化合物电极材料具有高比容量、结构多样性和反应动力学快等优点,已成为锂离子电池正极材料的研究热点。以蒽醌及其聚合物、含共轭结构的酸酐等为代表的羰基化合物作为一种新兴的正极材料逐渐受到关注,其电化学反应机制是:放电时每个羰基上的氧原子得一个电子,同时嵌入锂离子生成烯醇锂盐;充电时锂离子脱出,羰基还原,通过羰基和烯醇结构之间的转换实现锂离子可逆地嵌入和脱出。 科研人员研究了一种新型有机醌类化合物1,4,5,8-四羟基-9,10-蒽醌(THAQ,图2)及其氧化产物(O-THAQ)的电化学性能,其首次充放电容量和循环性能都较高。

锂离子电池电极材料综述(精)

锂离子电池电极材料综述 一、引言 从上世世纪70年代起锂离子电池的研究至第一个可充式锂-二硫化钼电池于1979年研究成功,再到1991年SONY公司首次推出商品化锂离子电池产品算起,锂离子电池的发展至今已有30多年的时间。锂离子电池是以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池,实际上是一个锂离子浓差电池,正负极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。与其它蓄电池相比,锂离子电池具有开路电压高、循环寿命长、能量密度高、安全性能高、自放电率低、无记忆效应、对环境友好等优点。目前,锂离子电池已经被广泛应用于移动通讯、便携式笔记本电脑、摄像机、便携式仪器仪表等领域。随着这些电器的高能化,轻量化,对锂离子电池的需求也越来越迫切。同时被看作是未来电动汽车动力电源的重要候选者之一,并在空间技术、国防工业等大功率电源方面展示出广阔的应用前景 二、工作原理 锂离子电池通常正极采用锂化合物,负极采用锂-碳层间化合物。电介质为锂盐的有机电解液。充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,正极处于贫锂态,同时电子的补偿从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡。放电时, Li+从负极脱嵌经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态。在正常充放电过程中, Li+在层状结构的碳材料和层状结构的金属氧化物的层间嵌入和脱出,一般只引起层面间距变化,不破坏晶体结构。 三、电极材料 (1)电极材料的性能要求 简单来说,电池主要包括正极、负极、电解质与隔膜四个部分。正极材料通常是一种嵌入化合物,在外电场作用下化合物中的锂可逆的嵌入和嵌出;负极材料一般是层状结构的碳材料。 锂离子电池正极材料在改善电池容量方而起着非常重要的作用。理想的正极材料应具备以下品质:点位高、比能量大、电池充放

锂离子电池正极材料研究进

锂离子电池正极材料研究进展 前言 由于提高负极材料对锂离子的嵌入和脱出能力是目前提高锂离子电池容量的主要途径,因此对负极材料尤其是碳材料的研究备受关注,相关的研究正如火如荼地进行着。但是,只有正极材料和负极材料相互匹配,才能使电池容量得到真正的提高,因此对于正极材料的研究也是方兴未艾。目前研究主要集中在锂钴氧化物,锂镍氧化物和锂锰氧化物。此外,纳米电极材料,共混电极及其他一些新材料电极也值得关注。 锂钴氧化物 作为锂离子电池正极材料的锂钴氧化物具有电压高,放电平稳,适合大电流放电,比能量高,循环性好的优点。其二维层状结构属于α-NaFeO2型,适合锂离子嵌入和脱出。其理论容量为274mAh/g,实际容量约为140mAh/g。由于其具有生产工艺简单和电化学性质稳定等优势,所以率先占领市场。其合成方法主要有高温固相合成法和低温固相合成法。 高温固相合成法以Li2CO3和CoCO3为原料,按Li/Co的摩尔比为1∶1配制,在700℃~900℃下,空气氛围中灼烧而成。也有采用复合成型反应生成LiCoO2前体[1],在350℃~450℃下进行预热处理,再在空气中于700℃~850℃下加热。在合成之前的预处理工艺[2]能使晶体的生长更为完美,从而获得具有高结晶度层状结构的LiCoO2,提高了电池的循环寿命,其实际容量可达150mAh/g。 低温固相合成法是将混合好的Li2CO3和CoCO3在空气中匀速升温至400℃,保温数日,以生成单相产物。此法合成的LiCoO2具有较为理想的层状中间体和尖晶石型中

间体结构。 在反复的充放电过程中,由于锂离子的反复嵌入与脱出,使活性物质的结构在多次收缩和膨胀后发生改变,同时导致LiCoO2发生粒间松动而脱落,使内阻增大,容量减小。为提高LiCoO2的容量,改善其循环性能,可采取以下方法:①加入铝、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、钒等杂原子以及一些非晶物[3],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通过引入过量的锂,增加电极的可逆容量。 锂镍氧化物 锂镍氧化物的理论容量为274mAh/g,实际容量已达190~210mAh/g。其自放电率低,没有环境污染,对电解液的要求较低。与LiCoO2相比,LiNiO2具有一定的优势。 ①从市场价格来看[4~5],1995年至1997年,镍的LME现货平均价从8230美元/t 迅速降至6927美元/t。到本世纪末,世界镍产量还将增加30万吨。目前镍市场是供大于求。而国内的镍由于成本高和行业水平低,具有相当的发展潜力。反观钴的情况,虽然世界产量由1995年的2.14万吨升至1996年的2.58万吨,国内市场钴价仍由1996年每吨40.45~41.05万元升至1997年的每吨41~45万元。②从储量上来看,世界上已探明镍的可采储量约为钴的14.5倍。③从结构上看,LiNiO2与LiCoO2同属α-NaFeO2型结构,取代容易。 虽然在空气氛围中很难得到化学计量比的LiNiO2,但由于空气氛围在大规模生产条件下有着不可忽视的优势,因此尽管非氧条件下合成LiNiO2尚无大的突破,仍有不少科研工作者乐此不疲[6]。而在氧气氛围下采用Li2CO3和Ni(OH)2为原料合成的LiNiO2中含有杂质Li2Ni8O10,所以LiNiO2多用LiOH和Ni(OH)2为原料合成。因为[7]在

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