锂离子电池生产详解.ppt

* * 石墨：层状结构，由碳网平面沿C轴堆积而成，层间距为3.36 ?。平面碳层由碳原子呈六角形排列并向二维方向延伸，碳层间以弱的范德华力结合，锂嵌在碳层之间。石墨的实际比容量为320－340 mAh/g ，平均嵌锂电位约为0.1V VS Li＋/Li,循环性能好，且价格低廉(10元/Kg). 中间相碳微球：是用煤焦油沥青、石油重质油等在350-500℃温度下加热并分离、洗涤、干燥和分级等过程投篮的平均粒径6-10微米的碳微球，然后于2800℃下进行石墨化热处理制得的碳材料，其外形呈球形，晶体结构同石墨基本一致。MCMB的实际比容量为320－330 mAh/g ，平均嵌锂电位约为0.15V ( VS Li＋/Li,),首周充放电效率约为88－90％，循环性及大电流性能好循环性能好，但价格昂贵(300元/Kg). 钛酸锂负极 Li[Li1/3Ti5/3]O4 循环性好，充放效率高（不形成SEI膜）； 安全性好，不存在金属锂的沉积。 嵌锂－脱锂电位高（1.5V VS. Li+/Li）； 比容量低（理论175 mAh/g），导致电池比能量下降。 由于其较好的大倍率放电特性和安全性，目前在动力电池领域受到关注。 内 容 4 研究工作 顾 问 北京大学教授 中国科学院院士 2005年何梁何利科技成就奖 2008年国家最高科学技术奖得主 得州大学奥斯汀分校教授 美国工程院院士 国际锂离子电池之父 磷酸铁锂和钴酸锂发明人 John B. Goodenough 院士 徐光宪 院士 Michel Armand 教授 法国庇卡底大学教授 法国总理府科学顾问 锂电池概念提出者之一 Phostech公司创始人 动力与储能电池实验室简介 黄云辉 教授、博导，材料成型与模具技术国家重点实验室副主任，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，第三届苏州工业园科技领军人才。中国能源学会理事，美国科学促进会会员、美国电化学学会会员。主要从事新型能源材料和磁电功能材料的科研与教学工作。在Science、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Mater.等学术期刊上发表论文60余篇，他引近1000次。 张五星 博士 副教授，硕士生导师 袁利霞 博士 副教授，硕士生导师 胡先罗 博士 副教授，硕士生导师 动力与储能电池实验室简介 J. B. Goodenough and K. Padhi, J. Electrochem. Soc., 1997, 144, 1188. Olivine Structure (LiFePO4) Heterosite Structure (FePO4) (1)倍率性能差；(2)振实密度较小；(3)低温性能差。 理论比容量高 (170 mAh/g)；电压稳定 (3.4 V)；循环性能好(寿命长)；成本低；环境友好；安全性好。 缺点 优点 磷酸铁锂正极材料 锂离子动力电池关键材料及技术 中投顾问：《2008-2010年中国新能源汽车产业分析及投资咨询报告》，预计2012年中国磷酸铁锂需求5.2万吨（100亿元，只计算了新能源汽车，未计算电动工具和电动自行车）。 日信证券研究报告：《磷酸铁锂的蛋糕有多大？》 仅对混合动力汽车、电动工具、电动自行车、电动代步车4个领域的电池需求进行测算。 保守地按照10-20%的渗透率计算，磷酸铁锂电池全球的市场规模达280亿元，磷酸铁锂需求量达6万吨。 A123认为： 2010年，全球磷酸铁锂的供给缺口达到10万吨。 目前产量与产能：当前全球磷酸铁锂的产能约为1万吨，实际产量不到5000吨，下游需求是当前产能的10倍。 磷酸铁锂：市场需求剧增 原始专利： 为美国得州大学John B. Goodenough教授所拥有（US Patent 5,910,382），目前该专利加拿大Phostech公司（德国南方化学控 股子公司）拥有授权，在工业七国有效。 碳包覆专利： M. Armand等2001年申请，主要技术是采用碳作为添加剂合成磷 酸铁锂，有效地改善了磷酸铁锂的导电性能，提高了材料的可逆容 量和大电流充放电性能；该专利加拿大Phostech公司拥有授权。 2008年获中国发明专利授权。 离子掺杂改性专利： 2002年MIT的Chiang等申请，主要技术是采用离子（Nb5+、Mn2+） 掺杂的方式合成改性磷酸铁锂，大大改进了材料的导电性能，在此 技术基础上，成立了A123公司。 专利与技术 磷酸铁锂发展的关键与瓶颈 需解决的问题：(1) 倍率性能差