鋰離子電池基礎(chǔ)知識暨電池級硫酸錳產(chǎn)品介紹(全)

1、鋰離子電池基礎(chǔ)知識暨電池級硫酸鋰離子電池基礎(chǔ)知識暨電池級硫酸錳產(chǎn)品介紹錳產(chǎn)品介紹中國中國長沙長沙2013.092013.09目目 錄錄 一一 鋰離子電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池基礎(chǔ)知識 二二 正極材料及其發(fā)展趨勢正極材料及其發(fā)展趨勢 三三 三元材料及其發(fā)展趨勢三元材料及其發(fā)展趨勢 四四 801 801應用領(lǐng)域及其工藝路線應用領(lǐng)域及其工藝路線 五五 ISKY801 ISKY801產(chǎn)品工藝介紹產(chǎn)品工藝介紹 六六 ISKY801 ISKY801產(chǎn)品差異性產(chǎn)品差異性( (優(yōu)勢點優(yōu)勢點) )一一 鋰離子電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池基礎(chǔ)知識1 1 電池分類電池分類2 2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)3 3 鋰離子

2、電池主要組分常見材料鋰離子電池主要組分常見材料4 4 鋰離子電池特點鋰離子電池特點5 5 鋰離子電池電化學反應機理鋰離子電池電化學反應機理6 6 使用鋰離子電池注意點使用鋰離子電池注意點1 1 電池分類電池分類電池太陽能電池太陽能電池雙層電氣電容雙層電氣電容熱電池熱電池物理電池物理電池生物電池生物電池酶解電池酶解電池微生物電池微生物電池化學電池化學電池一次電池一次電池二次電池二次電池燃料電池燃料電池鎳鉻電池鎳鉻電池鎳氫電池鎳氫電池鋰離子電池鋰離子電池鉛酸電池鉛酸電池鋰電池：鋰電池：正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是鋰。鋰離子電池：鋰離子電池：在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。2 2

3、 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)3 3 鋰離子電池主要組分常見材料鋰離子電池主要組分常見材料4 4 鋰離子電池特點鋰離子電池特點鋰離子電池鋰離子電池優(yōu)點優(yōu)點無環(huán)境污染，綠色電池無環(huán)境污染，綠色電池輸出電壓高輸出電壓高能量密度高能量密度高安全，循環(huán)性好安全，循環(huán)性好自放電率小自放電率小快速充放電快速充放電充電效率高充電效率高85 5 鋰離子電池電化學反應機理鋰離子電池電化學反應機理96 6 使用鋰離子電池注意點使用鋰離子電池注意點 鋰電池的使用就是電少就充，充飽就拔。 用自有或匹配的充電器充電，不要用萬能充，無 保護裝置。 不用潮濕電池和電源線。二二 正極材料及其發(fā)展趨勢正極材料及其發(fā)展趨勢1

4、 1 鋰離子電池對正極材料性能的要求鋰離子電池對正極材料性能的要求2 2 正極材料的分類正極材料的分類3 3 各正極材料特點各正極材料特點4 4 正極材料容量和電壓關(guān)系圖正極材料容量和電壓關(guān)系圖5 5 常見正極材料及其性能比較常見正極材料及其性能比較6 6 鋰離子電池正極材料市場應用現(xiàn)狀鋰離子電池正極材料市場應用現(xiàn)狀7 7 正極材料發(fā)展趨勢正極材料發(fā)展趨勢8 8 全球及中國各正極材料增速對比全球及中國各正極材料增速對比1 1 鋰離子電池對正極材料性能的要求鋰離子電池對正極材料性能的要求能量越高，電動車能量越高，電動車續(xù)航里程越遠續(xù)航里程越遠功率越高，電動車功率越高，電動車加速、爬坡性能越加速、

5、爬坡性能越好好電動車的安全性的電動車的安全性的決定因素決定因素循環(huán)性越好，電動循環(huán)性越好，電動車壽命越長車壽命越長比能量高比能量高比功率大比功率大自放電少自放電少價格低廉價格低廉使用壽命長使用壽命長安全性好安全性好比能量密度是描述電池活性物質(zhì)通過電池反應所能放出電能的能力。比功率密度是描述電池在瞬間能放出較大能量的能力。 錳酸鋰正極材料正極材料三元素系磷酸鐵鋰系鎳酸鋰二元素系鈷酸鋰 正極材料是鋰離子電池中最為關(guān)鍵的原材料，直接決定了電池的安全性能和電池能否大型化，約占鋰離子電池電芯材料成本的30%左右。2 2 正極材料的分類正極材料的分類引入鈷穩(wěn)定其二維層狀結(jié)構(gòu)價格低廉放電比容量低高溫性能不佳

6、二價錳溶于電解液比容量高放電倍率佳安全性好成本低(融合了錳酸鋰和鈷酸鋰的優(yōu)點)容量高價格低廉結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定合成難度大高放電功率成本低快速充電好循環(huán)性能好高溫高熱下穩(wěn)定性好(300)低溫性能差(0)合成的批次穩(wěn)定性差合成環(huán)境需要還原性氣體性能穩(wěn)定安全性差(150炸)價格高循環(huán)壽命短錳酸鋰鈷酸鋰鎳酸鋰二元素系磷酸鐵鋰系三元素系3 3 各正極材料特點各正極材料特點4 4 正極材料容量和電壓關(guān)系圖正極材料容量和電壓關(guān)系圖5 5 常見正極材料及其性能比較常見正極材料及其性能比較磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰錳酸鋰錳酸鋰鈷酸鋰鈷酸鋰鎳酸鋰鎳酸鋰鎳鈷錳三元材料鎳鈷錳三元材料材料主成分材料主成分LiFePO4LiMn2O4Li

7、MnO2LiCoO2LiNiO2LiNiCoMnO2理論能量密理論能量密度（度（mAh/g）170148286274274278實際能量密實際能量密度（度（mAh/g）130-140100-120200135-140190-210155-165電壓（電壓（V）3.2-3.73.8-3.93.4-4.33.62.5-4.13.0-4.5循環(huán)性（次）循環(huán)性（次）2000500差差300差差800過渡金屬過渡金屬非常豐富非常豐富豐富豐富豐富豐富貧乏貧乏豐富豐富貧乏貧乏環(huán)保性環(huán)保性無毒無毒無毒無毒無毒無毒鈷有放射性鈷有放射性鎳有毒鎳有毒鈷、鎳有毒鈷、鎳有毒安全性能安全性能好好良好良好良好良好差差差差尚

8、好尚好166 6 鋰離子電池正極材料市場應用現(xiàn)狀鋰離子電池正極材料市場應用現(xiàn)狀7 7 正極材料發(fā)展趨勢正極材料發(fā)展趨勢三元系三元系據(jù)機構(gòu)調(diào)查，2015年三元材料在正極材料中的占比將上升至35%,錳酸鋰占比將上升至30%,而鈷酸鋰將下降至25%。8 8 全球及中國各正極材料增速對比全球及中國各正極材料增速對比三三 三元材料及其發(fā)展趨勢三元材料及其發(fā)展趨勢1 三元材料定義2 三元材料特征3 三元材料LiNixCoyMnzO2的主要制備方法4 目前商業(yè)化的三元系列材料及其特點5 三元材料市場發(fā)展歷程及影響因素6 三元材料的發(fā)展趨勢7 三元材料在動力電池成長的可能性8 三元材料成長前景9 三元材料有待

9、解決的問題10 國家政策支持1 1 三元材料定義三元材料定義鈷酸鋰電池的正極材料是鈷酸鋰LiCoO2，三元材料則是鎳鈷錳酸鋰Li(NixCoyMnz)O2。2 2 三元材料特征三元材料特征優(yōu)點比容量高循環(huán)壽命長安全性能好價格低廉缺點平臺相對較低首次充放電效率低Ni/Co/Mn作用Ni:可提高材料的容量Co:減少陽離子混合占位，穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu)Mn:降低材料成本，提高安全性和穩(wěn)定性3 3 三元材料三元材料LiNiLiNix xCoCoy yMnMnz zO O2 2的主要制備方法的主要制備方法溶膠溶膠- -凝膠法凝膠法噴霧干燥法噴霧干燥法振實密度高振實密度高形貌容易控制形貌容易控制加工性能好加工性能

10、好工業(yè)化主要方法工業(yè)化主要方法振實密度較低振實密度較低形貌難控制形貌難控制加工性能差加工性能差前驅(qū)體前驅(qū)體LiNiLiNix xCoCoy yMnMnz zO O2 2LiLi源源+ +球磨球磨+ +燒結(jié)燒結(jié)4 4 目前商業(yè)化的三元系列材料及其特點目前商業(yè)化的三元系列材料及其特點 333333：LiNiLiNi1/31/3CoCo1/31/3MnMn1/31/3O O2 2 增加了Ni和Mn，但成本還是比較高。 424424：LiNiLiNi0.40.4CoCo0.20.2MnMn0.40.4O O2 2由于降低了鈷含量，增加了錳含量，使產(chǎn)品更具有成本優(yōu)勢。 523523：LiNiLiNi0.

11、50.5CoCo0.20.2MnMn0.30.3O O2 2與333相比具有更高的鎳含量，可以使材料的克容量發(fā)揮的更高，提高電池的體積能量密度，且低成本，是目前用量很大的三元材料。5 三元材料市場發(fā)展歷程及影響因素三元材料市場發(fā)展歷程及影響因素2008年火爆的三元市場(NCM523)鈷價強勁被動型增長2009年低迷的三元市場鈷價乏力新品技術(shù)未成熟2010年逐步抬升的三元市場鈷價乏力新品技術(shù)成熟2011-2013年逐步發(fā)展的三元市場鈷價乏力新品技術(shù)成熟主動型增長 三元材料市場影響因素(1) 鈷的價格(2) 技術(shù)推動 發(fā)展歷程6 6 三元材料的發(fā)展趨勢三元材料的發(fā)展趨勢 向高容量和低成本方向發(fā)展向

12、高容量和低成本方向發(fā)展 高能量密度是鋰電池追求的永恒目標，三元正極材料中的Ni、Co、Mn三者不同比例的組合為我們提供了極大的發(fā)揮空間，在三元體系中，隨著Ni組分的增加，容量不斷提高，同時因Co的含量減少，材料成本也隨之下降。 往動力電池方向發(fā)展往動力電池方向發(fā)展 目前國內(nèi)普遍認為動力型鋰電池正極材料主要競爭將在LiFePO4和LiMn2O4二者之間，然而NCM卻被日本鋰電廠家看好，他們認為磷酸鐵鋰專利不是主要制約問題，而是磷酸鐵鋰能量密度低，在小型化上無優(yōu)勢，即不適用小轎車，但可適用于大巴。堅持堅持NiCoMn三元動力電池路線的廠家三元動力電池路線的廠家電池廠商股東廠商正極材料三洋電機三洋鎳

13、鈷錳三元PEVE豐田、松下鎳鈷錳三元GS湯淺湯淺鎳鈷錳三元HVE日立、神戶電機鎳鈷錳三元住友化學住友化學鎳鈷錳三元1 在電動工具電動工具方面，作為小功率鋰電池會占有一份市場。 目前NCM333材料在18650型小功率鋰電池上已得到普遍使用，NCM523已處于開發(fā)試用階段。事實上也為NCM材料應用到電動汽車上積累技術(shù)儲備。2 在電動汽車電動汽車方面，取決于日本電池廠家對該材料的開發(fā)和推廣。7 7 三元在動力電池成長的可能性三元在動力電池成長的可能性PKNCMNCMLMOLMOLiFePOLiFePO4 48 8 三元材料成長前景三元材料成長前景三元材料逐步擠壓鈷酸鋰市場，其優(yōu)勢在：1 成本優(yōu)勢

14、2 更高的容量 3 發(fā)展空間大發(fā)展空間大1 NCM壓實密度低(3.6g/cm3)，與LCO(3.9g/cm3)比較明顯處于劣勢。2 高溫漲氣，尤其是高Ni的NCM。3 品質(zhì)的穩(wěn)定性，NCM對環(huán)境、工藝參數(shù)的敏感度遠高于LCO。9 9 三元材料有待解決的問題三元材料有待解決的問題10 10 國家政策支持國家政策支持2012年10月16日，工信部、科技部、財政部曾經(jīng)聯(lián)合發(fā)文關(guān)于組織申報2012年度新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程項目的通知，明確要求2015年電池單體的能量密度達到180Wh/kg以上。磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰錳酸鋰錳酸鋰鈷酸鋰鈷酸鋰鎳酸鋰鎳酸鋰鎳鈷錳三元材料鎳鈷錳三元材料材料主成分材料主成分Li

15、FePO4LiMn2O4LiMnO2LiCoO2LiNiO2LiNiCoMnO2理論能量密度理論能量密度（mAh/g）170148286274274278實際能量密度實際能量密度（mAh/g）130-140100-120200135-140190-210155-165電壓（電壓（V）3.2-3.73.8-3.93.4-4.33.62.5-4.13.0-4.5 四四 801801應用領(lǐng)域及其工藝路線應用領(lǐng)域及其工藝路線1 1 錳在鋰離子電池材料中的應用錳在鋰離子電池材料中的應用( (前驅(qū)體前驅(qū)體) )2 2 高純硫酸錳制備技術(shù)工藝路線高純硫酸錳制備技術(shù)工藝路線1 1 錳在鋰離子電池材料中的應用錳

16、在鋰離子電池材料中的應用錳酸鋰制備Mn源：醋酸錳、電解二氧化錳，極少量用高純硫酸錳。三元材料制備Mn源( (前驅(qū)體前驅(qū)體) ) ：高純硫酸錳、高純氯化錳等。碳酸錳礦石 酸浸2 2 高純硫酸錳制備技術(shù)工藝路線高純硫酸錳制備技術(shù)工藝路線軟錳礦+硫鐵礦 酸浸電解金屬錳 酸浸工業(yè)硫酸錳 水溶除雜 過濾 結(jié)晶 離心 干燥 成品軟錳礦+SO2 酸浸五五 ISKY801產(chǎn)品工藝介紹產(chǎn)品工藝介紹1 原料：預處理水(滲透)，化合桶的放40m3，硫酸；2 硫酸浸出過程中99.7%電解金屬錳片調(diào)pH值為自制碳酸錳調(diào)；3 氟化劑或外購有機物除雜經(jīng)除Ca/Mg(過濾)、BaS除重金屬(CuCoNiZn等)(過濾)、H2O2除鐵(三次過濾，最后一次為精濾)；4 結(jié)晶工序用油加熱(130-140)，壓濾后結(jié)晶體經(jīng)1.5s閃蒸干燥產(chǎn)品，經(jīng)旋風分離，高純硫酸錳粉末包裝成品。尾氣有專門的處理，如除塵袋等。電解金屬錳酸浸除雜過濾結(jié)晶壓濾干燥成品六六 ISK