年产4000吨锂离子动力电池磷酸亚铁锂材料建设项目可行研究报告.doc
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1、年产年产 40004000 吨锂离子动力电池磷酸亚铁吨锂离子动力电池磷酸亚铁 锂材料项目可行性研究报告锂材料项目可行性研究报告 目目 录录 第一章第一章 企业基本情况企业基本情况 1 1 1.1 项目承担企业基本情况 .1 1.2 项目法人的所有制性质 .2 1.3 项目法人的主营业务 .2 1.4 项目负责人基本情况 .2 1.5 公司主要股东概况 .3 第二章第二章 项目建设的意义和必要性项目建设的意义和必要性 4 4 2.1 项目提出的背景 .4 2.2 项目建设的意义及必要性 .6 2.3 国内外现状和技术发展趋势 .7 2.4 产品性能与同行业工艺的比较 11 2.5 对产业发展的作
2、用与影响 14 2.6 产业关联度分析 .14 2.7 市场分析 16 第三章第三章 项目的技术基础项目的技术基础 2828 3.1 成果来源及知识产权情况 28 3.2 已完成的研究开发工作及中试情况和鉴定年限 30 3.2.1 项目技术基础 30 3.2.2 本项目已完成的研发工作等情况 30 3.2.3 中试情况及测试结果 30 3.3 工艺技术特点及优势 .31 3.3.1 产品工艺技术特点及优势 31 3.3.2 产品的技术保障 32 3.4 对行业技术进步的重要意义和作用 32 第四章第四章 项目建设方案项目建设方案 3434 4.1 项目情况、建设规模及建设的主要内容 34 4.
3、2 采用的工艺技术路线与技术特点 35 4.3 设备购置方案 38 4.4 工程方案 41 4.5 公用工程建设方案 44 4.6 项目建设地点、工期和进度安排 48 4.7 建设期管理 49 4.8 主要技术经济指标 52 第五章第五章 投资估算及融资方案投资估算及融资方案 5353 5.1 投资估算、投资计划与资金筹措 53 5.2 融资方案 55 5.2.1 融资组织形式 55 5.2.2 资金来源选择 55 5.2.3 资本金筹措 55 5.2.4 债务资金筹措及项目分年投资使用计划 55 5.2.5 融资方案分析 56 第六章第六章 清偿能力分析清偿能力分析 5757 6.1 项目的
4、清偿能力分析 57 6.2 项目还款和担保责任 57 第七章第七章 环保、节能及配套条件环保、节能及配套条件 5858 7.1 环境保护 58 7.1.4 设计原则 58 7.1.5 项目的污染源与污染物 58 7.1.6 环境保护措施方案 58 7.2 节能 61 7.2.1 节能概述 61 7.2.2 节能原则 62 7.2.3 节能依据 63 7.2.4 节能措施及节能效果 63 7.2.5 能源消耗分析 65 7.2.6 项目节能管理设计 65 7.2.7 项目所在地能源供应情况 65 7.2.8 节水措施 66 7.3 原材料供应及外部配套条件落实情况 66 第八章第八章 安全卫生及
5、消防安全卫生及消防 7272 8.1 安全卫生 72 8.2 消防 75 第九章第九章 工程招标工程招标 7777 9.1 设计依据 77 9.2 邀标方案 77 第十章第十章 财务评价财务评价 7979 10.1 基础数据 .79 10.2 财务分析 .80 10.3 财务评价结论 .83 第十一章第十一章 项目建设准备基本情况内容项目建设准备基本情况内容 8484 11.1 项目前期主要手续的批复办理情况 .84 11.2 项目建设进展情况 .85 第十二章第十二章 风险分析风险分析 8686 12.1 项目主要风险因素识别 .86 12.2 主要风险程度分析 .87 12.3 防范和降低
6、风险措施 .88 12.4 社会效益分析 .88 第十三章第十三章 结论与建议结论与建议 9090 13.1 研究结论 90 13.2 建议 91 有限公司 4000 吨/年磷酸亚铁锂电池材料建设项目 项目附表、附图、附件项目附表、附图、附件 附表:附表: 1、项目总投资估算表 2、流动资金估算表 3、总投资计划与资金筹措计划表 4、固定资产折旧费估算表 5、无形及其它资产摊销费估算表 6、总成本费用估算表 7、营业收入、营业税金与附加和增值税估算表 8、借款还本付息计算表 9、项目投资现金流量表 10、项目资本金现金流量表 11、利润和利润分配表 12、财务计划现金流量表 13、资产负债表
7、附图:附图: 1、项目区域位置图 2、场区平面布置图 附件:附件: 1、 企业法人营业执照 2、 企业注册资金证明 3、 年度财务审计报告 4、 建设项目选址意见书 有限公司 4000 吨/年磷酸亚铁锂电池材料建设项目 5、 土地使用证明 6、 环境保护厅批复文件 7、 项目备案文件 8、 银行贷款承诺函 有限公司 4000 吨/年磷酸亚铁锂电池材料建设项目 1 第一章第一章 企业基本情况企业基本情况( (略略) ) 第二章第二章 项目建设的意义和必要性项目建设的意义和必要性 2.12.1 项目提出的背景项目提出的背景 新能源的不断开发是人类社会可持续发展的重要基础,随着科技 的进步,人们对可
8、移动能源的需求愈来愈强烈,特别是对纯电动交通 工具的要求随石油及环境危机的加剧而不断加强。 1990 年日本索尼公司研制成功以炭材料为负极的锂离子电池,由 于其具有安全性好、电压和比能量高,充放电寿命长,可快速充放电 等优点,因而广泛用于手机、笔记本电脑和摄相机等便携式电器。近 年来,随着锂离子二次电池在电动汽车上的应用,锂离子电池的需求 量每年大幅度增长。目前,全球有 33 个国家及地区采用动力电池生产 纯电动公交大客车、中巴车、卡车、轿车等绿色交通工具,每年为地 球节约数千吨石油。 随着石油等能源的枯竭以及人们对环境污染的重视,大型动力锂 离子电源处在发展热潮中。锂离子动力电池现在已具备广
9、泛进入市场 的能力。锂离子动力电池组装的电动车,已经出现在法国、意大利、 台湾、日本、香港和中国的深圳、中山、武汉、郑州、北京、大连、 重庆等许多城市。锂离子动力电池及材料,将会是本世纪人类理想的 替代燃油的产品。 磷酸亚铁锂作为一种新型的锂离子电池正极材料,具有价格低廉, 资源丰富,安全性好、循环更稳定等优点而成为锂离子动力电池的最 佳正极材料。 1997 年,首次报道了橄榄石型的磷酸铁锂(LiFePO4)可用于锂离子 电池正极材料,近年来国际上普遍认为 LiFePO4 是高能动力电池的最 有限公司 4000 吨/年磷酸亚铁锂电池材料建设项目 2 佳新型正极材料。其主要优点表现在:(1)能解
10、决 LiCoO2及其他现有 正极材料不能解决的安全问题:由于采用磷酸根取代了氧,在滥用条 件下不会有氧气析出,所以安全性能大大提高。 (2)原料来源广泛, 价格低廉:铁元素在地壳中含量十分丰富,仅次于氧、硅、铝三种元 素。 (3)无毒、无污染,是真正的绿色能源。 (4)循环寿命非常长, 可以满足电动车频繁充放电的需要。 自 2005 年初,功能材料化学研究所组织了来自国内知名大学的教 授、博士以及国内知名企业从事磷酸亚铁锂生产的技术人员成立项目 组,开始小批量生产技术开发,目前已经掌握了磷酸亚铁锂的工业化 生产技术。 目前,该产品已通过中科院主持的中试鉴定,中科院主持的中试 鉴定会给予了“技术
11、处于国际先进、国内领先水平”的高度评价。所 生产的产品经电池厂家检测,各项性能均处于国内领先地位。 面对良好的政策优势和投资环境,科技有限公司,依托磷酸亚铁 锂的技术优势,提出建设 4000 吨/年磷酸亚铁锂电池材料项目。 项目建成后,将有利于缓解未来的能源紧缺、有利改善城市的环 境污染、有利于解决失业问题,必将推动中国磷酸亚铁锂电池材料产 业的崛起,为实现我市经济转型和科技创新带来新动力。 2.22.2 项目建设的意义及必要性项目建设的意义及必要性 温家宝总理在 2009 年政府工作报告中对新能源的定位以及随后的 一系列重大政策措施,充分表明了政府推动新能源发展的决心和信心。 在以新能源为突
12、破的工业革命发展上与世界主要国家站在同一起跑线 上,新能源的发展应长期强烈关注。 新能源产业是二十一世纪十大高新科技产业之一,电池工业是新 能源产业的重要组成部分,已成为全球经济发展的一个热点。随着电 有限公司 4000 吨/年磷酸亚铁锂电池材料建设项目 3 子信息技术、数码科技的发展,各种便携式电器、通讯设施、音像产 品、医疗器械等用电器具将不断增加。新的用电器具的发展和保护环 境的要求已成为推动电池工业快速发展的两大主要因素。未来产业、 科技、军事国防、航空航天、日常生活对各类电池的需求将持续增加, 对电池无害化的要求也将越来越高。 石油能源日渐趋竭及环境保护意识日受重视,绿色环保能源相关
13、 产业将是未来 3050 年的明星产业。石油的替代能源 (包括太阳能、 风力、水力发电等) 未来将日趋受到重视,储存电能的重要媒介-电 池的市场需求将是非常庞大,各种电动车辆、储能设备 (UPS 等)、电 动工具等产品的电池需求,将带动第一波磷酸亚铁锂动力电池的需求。 本项目是新能源材料项目,属于国家大力支持发展的项目领域。 在能源问题日益突出的情况下,锂离子电池特别是锂离子动力电池的 发展特别迅速。磷酸亚铁锂作为一种新型的锂离子电池正极材料,产 品具有无环境污染、安全性好、成本低、适用于产业化生产,是改善 和发展我国新型能源产业振兴我省经济基础关键性项目,具有较好的 经济效益和社会效益。综合
14、分析,项目建设是必要的。 2.32.3 国内外现状和技术发展趋势国内外现状和技术发展趋势 锂离子电池的性能主要取决于正负极材料,其中正极材料的是最 为关键的部分,新型正极材料的研制已成为决定锂离子电池发展的关 键。具有高插入电位的过渡金属氧化物常作锂离子电池的正极材料, 目前研究较多的主要是层状结构的锂钴氧(LiCoO2) 、锂镍氧(LiNiO2), 具有尖晶石结构的锂锰氧(LiMn2O4)以及橄榄石结构的磷酸亚铁锂 (LiFePO4)。层状结构的锂钴氧(LiCoO2)目前已大规模商品化,具有开 路电压高、比能量大、循环寿命长、能快速充放电等优点,但其毒性 有限公司 4000 吨/年磷酸亚铁锂
15、电池材料建设项目 4 较大,价格昂贵,制作大型动力电池时安全性难以得到保证,因此它 目前主要用于手机等小型电器。锂镍氧(LiNiO2) 较锂钴氧价格略低, 性能与锂钴氧相当,具有较优秀的嵌锂性能,但制备困难,热稳定性 差,产品性能难以稳定,并且也存在较大的安全隐患。尖晶石(LiMn2O4)成 本低,耐过充安全性能好,制备也比较容易,但其克容量低,高温电 性能和循环性能较差,并且充放电时尖晶石结构容易发生畸变效应而 不稳定,因此自放电率比较高。正交晶系橄榄石型磷酸亚铁锂(LiFePO4)具 有成本低、无毒、对环境友好、原材料来源丰富、理论容量和工作电 压较高等优点,并且它具有更好的循环性能和更高
16、的安全性能。 综合分析,锂钴氧电池主要应用于小型电器如手机、蓝牙、MP3, 笔记本电脑等,锰酸锂可用于中小型动力电池,但它主要起过渡作用, 磷酸亚铁锂则主要面向中小型和大型(100Ah 以上)动力电池应用。 LiFePO4在自然界中以磷铁锂矿的形式存在,具有有序的橄榄石结 构,属于正交晶系(D162h,Pmnb)。在每个晶胞中有 4 个 LiFePO4单元 其晶胞参数为 a=6.0089,b=10.334 和 c=4.693。在 LiFePO4中,氧 原子近似呈六方紧密堆积,磷原子在四面体的空隙,铁原子、锂原子 分别在八面体的空隙。在晶体 b-c 平面上 FeO6 八面体共点连结。一个 FeO
17、6八面体与两个 LiO6八面体共边,而一个 PO4 四面体则与一个 FeO6 八面体和两个 LiO6八面体共边。且 Li+具有二维可移动性,在充放电过 程中可以脱出和嵌入。 强的 PO 共价键形成离域的三维立体化学键,使 LiFePO4具有很 强的热力学和动力学稳定性。纯 LiFePO4存在的主要问题是离子扩散系 数和电子传导率均较低。针对这种情况,人们通过各种方法提高磷酸 亚铁锂的电导率,将导电碳包覆在磷酸亚铁锂颗粒表面以 形成磷酸亚铁锂-碳复合正极材料是一种较好的解决方法。 有限公司 4000 吨/年磷酸亚铁锂电池材料建设项目 5 图 1 为钴酸锂、锰酸锂与磷酸亚铁锂充电放过程晶体结构变化
18、示 意图。层状钴酸锂中锂的脱嵌只能控制在 50%左右(理论容量 274mAh/g,实际容量 140mAh/g) ,否则会引起体积较大变化,进而引起 发热发火。与钴酸锂相比,磷酸亚铁锂和锰酸锂都更安全。锰酸锂的 最大缺点是,在深度放电过程中,当锰的价态低于或者等于 3.5 时, 会发生 Jahn-Teller 畸变效应,使尖晶石中的 MnO6八面体由正八面体 结构转变为四面体结构,造成材料结构不稳定。磷酸亚铁锂的充放电 反应是在 LiFePO4和 FePO4两相之间进行的,其中 LiFePO4具有有序的 橄榄石结构,空间群为 Pnma,磷酸铁属于异磷铁锰矿结构,空间群为 Pbma,两者结构极为相
19、似,晶胞体积也很接近,由晶格常数的变化可 以算出,在 LiFePO4 被氧化为 FePO4时,其体积减小了 6.81%,充电过 程中的体积收缩可以弥补碳负极的膨胀,有助于提高锂离子电池的体 积利用效率,这一结构就决定磷酸亚铁锂具有超长的循环寿命和高度 的安全性。 有限公司 4000 吨/年磷酸亚铁锂电池材料建设项目 6 图 1 钴酸锂、锰酸锂与磷酸亚铁锂充电放过程晶体结构变化示意图 目前直接合成磷酸亚铁锂的方法主要有高温固相反应法、水热法。 按照前驱体制备工序分还有溶胶凝胶法、共沉淀法、机械化学活化法 等。从产业化的角度来讲高温固相法具有工艺简单,容易操作,工艺 可调性好,成本低等特点而成为首
20、选方法。不同企业的高温固相法的 具体实施工艺又有所不同。 影响 LiFePO4商业化的最主要障碍有两个: 1、就材料本身而言是其导电性差,电阻率较大,电化学过程为扩 散控制,使之在大电流放电时容量衰减较大,而大电流放电又是评价 动力电池性能的一个关键因素。目前的解决方案主要有包覆碳和掺杂 金属离子。 2、产品一致性差。目前磷酸亚铁锂产品不同批次性能相差比较大。 产品一致性差主要跟原材料的控制,烧结工艺以及产物的最后整形与 处理工艺有关。就烧结方法看,普遍采用惰性气氛炉不断通氮气或氩 气来进行煅烧,技术的关键点在于严格控制烧结过程中的氧分压,减 少样品的降温时间。 在国际上,美国 Valence
21、 公司(美国上市公司)2004 年实现了 LiFePO4的产业化,解决了其电池的倍率放电及低温性能等问题,并已 在中国的部分锂离子电池厂家(东莞新能源、青岛澳柯玛及邦凯等) 以 OEM 方式生产 410Ah 的聚合物电池,其中东莞新能源的使用量就 达到每年 120 吨。Valence 在中国苏州建设有生产基地。近期开发 U- charge 及 K-charge 二个系列动力电池,其中 U-charge 为 12.8V、40130Ah 电池组,K-charge 为 25.651.2V、4892Ah 电池 组,比能量为 91.6101Wh/kg、能量密度在 130145Wh/L,除了优良 的安全性
22、外,可在-2060放电,及-4060储存,80%DOD 循 环寿命为 2000 次,而且其模块设计成可与铅酸动力电池互换,并且已 有限公司 4000 吨/年磷酸亚铁锂电池材料建设项目 7 经有了大量使用。A123 公司主要从事掺杂金属离子的 LiFePO4材料的商 品化运作,但相关网站上涉及技术指标的公开资料不多,部分产品已 在台湾的部分厂家试用,据称生产能力在年产 500 吨,但其材料并不 对中国大陆供货。北大先行科技产业有限公司近期已经实现磷酸亚铁 锂的量产,但产品性能还有待改进。另外国内湖南瑞翔、青岛乾运、 山西力之源等也均在开展 LiFePO4 的产业化工作。 磷酸亚铁锂材料技术解决比
23、较完善的是美国 valence 公司,其材 料克容量虽然不高(批量的为 135mAh/g),但产品加工性能、高倍率放 电性能、制成电池的自放电稳定性等各方面均很好。 本项目产品与美国某公司同类产品比较详见下表: 与美国某公司同类产品比较表与美国某公司同类产品比较表 表 1-1 名称美国 VALENCE本项目产品 平均粒径23m38m(可调) 比容量(mAh/g)130145 振实密度1.01.2 比表面积(m2/g)122000 平均粒径23m 振实密度(g/cm3)1.2 比表面积(m2/g)140mAh/g 2000 个循环容量衰减小于 20% 粒度分布正态分布 D50=2-5m,D100
24、.85m D9010m; 技术质量指标外观灰黑色粉末,无结块。 4.24.2 采用的工艺技术路线与技术特点采用的工艺技术路线与技术特点 4.2.14.2.1 工艺技术路线工艺技术路线 本项目的合成方法与国外类似,均采用高温固相反应法。不同之 处主要在前处理工序。本项目采用机械化学活化法,得到混合均匀的 前驱体粉末,并对前驱体粉末进行造粒,然后进行高温煅烧,即得磷酸 亚铁锂,采用此种工艺,生产流程短,设备投资少,操作简单,生产 成本低。其主要工艺为: 将主要原料磷酸铁、碳酸锂、铁红、磷酸二氢锂经预处理(在 N2 气氛中 300左右加热 36h)后按照一定计量比混合均匀,经过搅拌 球磨机处理后成粉
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