动力锂电池磷酸铁锂电池的研究报告和市场调研.docx
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动力锂电池磷酸铁锂电池的研究报告和市场调研
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能源新星－能源新星－动力锂电池
磷酸铁锂电池
2011-2-22
发展电动汽车用动力电池的社会意义：
发展电动汽车用动力电池的社会意义：
1.减少对石油的依赖程度；减少对石油的依赖程度；减少对石油的依赖程度2.减少2的排放量，减缓全球温室效应；减少CO的排放量，减缓全球温室效应；减少3.优良的电池性能有助于改善汽车的整体性能；优良的电池性能有助于改善汽车的整体性能；优良的电池性能有助于改善汽车的整体性能
2011-2-22
减少对石油的依赖程度
中国原油需求和消费图
中国石油总需求供需缺口
BP世界能源统计2006》的数据表明，以目前的开采速度计算，世界能源统计20061.《BP世界能源统计2006》的数据表明，以目前的开采速度计算，全球石油储量可供生产4040年煤炭可用160160年对于我国这样一个多煤少油的国家而言，量可供生产40年，煤炭可用160年，对于我国这样一个多煤少油的国家而言，发展锂电池新能源应用势在必行。
发展锂电池新能源应用势在必行。
2009年我国石油对外依存度提高2.5个百分点已到达53%年我国石油对外依存度提高2.5个百分点，53%。
2.2009年我国石油对外依存度提高2.5个百分点，已到达53%。
3.目前，我国原油消费60％用于交通用油，所以如何降低交通用油量，减少对目前，我国原油消费60％用于交通用油，所以如何降低交通用油量，60原油进口的依赖程度有重要的意义。
原油进口的依赖程度有重要的意义。
2011-2-22
减少CO减少2的排放量
1.中国目前是世界上第二大CO2排放国，WWF预测到2010年中国将成为全球第一大CO2排放国，中国面临着越来越大的碳减排压力。
2.从OICA的统计数据来看，汽车尾气排放已占据CO2排放总量的16％，因此，推广使用清洁能源汽车，是势在必行的一项重大举措。
汽车占CO2排放量的16％
2011-2-22
From：
OICA
发展电动汽车用动力电池的经济意义：
发展电动汽车用动力电池的经济意义：
1.电池是目前新能源汽车技术和成本上最大的瓶颈，同时也是电池是目前新能源汽车技术和成本上最大的瓶颈，电池是目前新能源汽车技术和成本上最大的瓶颈新能源汽车产业链中利润最丰厚的一环，新能源汽车产业链中利润最丰厚的一环，而且丰厚利润将长期维持；期维持；2.动力电池行业从无到有，市场容量从目前的十几亿到2018年2.动力电池行业从无到有，市场容量从目前的十几亿到2018年动力电池行业从无到有的约325亿，未来几年是十几倍的增长，巨大的增长空间将的约亿未来几年是十几倍的增长，使整个产业链受益。
使整个产业链受益。
3.电动汽车将带动与产业配套的相关设备产业飞速发展，如充电动汽车将带动与产业配套的相关设备产业飞速发展，电动汽车将带动与产业配套的相关设备产业飞速发展电站，充电适配器，大功率充电设备连接器等。
电站，充电适配器，大功率充电设备连接器等。
2011-2-22
汽车用动力锂电池市场分析
（一）汽车用动力锂电池市场分析（
全球锂电池市场规模（亿美元）预测
From：
IIT中信建设研发部
1.目前全球锂电池主要满足手机，笔记本电脑，PDA等电子产品需求，市场规模为50亿美元。
2.未来5年、10年左右，电动汽车将推动锂电池市场规模达约110、550亿美元规模。
2011-2-22
汽车用动力锂电池市场分析（汽车用动力锂电池市场分析
（二）
3.国内已经有完整的锂电池产业链，比亚迪、比克等已居全球锂电池行业前列，且在动力电池关键的电池组成领域并不落后国外厂商（比亚迪全球第一个推出商用插电式混合动力汽车F3DM，天津力神将与迈尔斯合作生产动力电池），产业整体的规模和技术竞争力并不明显落后于国外。
4.动力电池和电动汽车目前面临的最大挑战是降低成本，中国企业在降低电池制造成本中能发挥比日、美企业更大的作用。
5.中国汽车产业在传统的发动机技术上与国外差距大，资产沉淀少，政府和企业有更大动力推动电动汽车产业的发展。
2011-2-22
全球锂电池的产值增长趋势
From：
IIT报告
上述数据表明，在2003年－2018年锂电池产业将保持较好的增长态势，到2018年锂电池产业的产值将达到320亿美元。
锂电池市场未来的增长主要来源于电动汽车等动力锂电池领域、笔记本电脑等小型锂电领域对锂电池需求的快速增长，其中2018年电动汽车领域的锂电池产值将占50％以上，超过160亿美元。
2011-2-22
全球动力锂电池的总容量需求增长趋势
From：
IIT报告
2010－2013年全球动力锂电池汽车对锂电池的总容量需求的复合增长率为116％，2013－2018年的复合增长率将保持在26％，2009年小型锂电的总容量需求约为48亿Wh，预计2018年动力锂电池的总容量需求将达到350亿Wh，增长约6.3倍。
2011-2-22
全球主要锂电池企业08年Q4市场占有率全球主要锂电池企业08年Q4市场占有率08
From：
IIT中信建设研发部
2011-2-22
全球主要锂离子电池企业的投产和生产计划
2011-2-22
From:
申万研究2009、2009、05
目前国内锂电池生产结构分析
随着国内锂电池产业链的逐步完善，以及应用市场需求的逐步扩大，锂电池随着国内锂电池产业链的逐步完善，以及应用市场需求的逐步扩大，市场将呈现持续性增长的趋势，市场将呈现持续性增长的趋势，加上中国作为一个低廉的劳动成本和丰富的原材料资源大国，锂电池市场格局将不再被日韩厂商所主导。
原材料资源大国，锂电池市场格局将不再被日韩厂商所主导。
2011-2-22
国内磷酸铁锂电池市场现状
虽然国内锂电池产业历程并不长，但其产业发展得益于手机、NB市场的蓬勃虽然国内锂电池产业历程并不长，但其产业发展得益于手机、NB市场的蓬勃发展，加上国内快速发展的经济对能源需求的逐年增加，发展，加上国内快速发展的经济对能源需求的逐年增加，推动锂电池产业的发展。
例如比亚迪、深圳比克已在全球锂电池市场占相当大的市场比率，发展。
例如比亚迪、深圳比克已在全球锂电池市场占相当大的市场比率，急起直追日韩商。
起直追日韩商。
目前中国大陆锂电池产业正处于优胜劣汰的发展过程，目前中国大陆锂电池产业正处于优胜劣汰的发展过程，唯具有技术和品牌优势的厂家，才有机会获得更大的市场空间。
势的厂家，才有机会获得更大的市场空间。
电芯生产由于生产工艺和技术相对成熟，在有稳定的正极材料货源情况下，电芯生产由于生产工艺和技术相对成熟，在有稳定的正极材料货源情况下，国内大部分锂离子电池厂商均能生产出磷酸铁锂电芯。
国内大部分锂离子电池厂商均能生产出磷酸铁锂电芯。
涉及到电芯的组合，必须保证电芯的一致性，由于制造动力电池涉及到电芯的组合，必须保证电芯的一致性，这样对电池的生产设备提出了更高更专业的要求，所以设备资金投入很大，一般来说，的生产设备提出了更高更专业的要求，所以设备资金投入很大，一般来说，5000万元的启动资金万元的启动资金。
建设一条磷酸铁锂电芯生产线至少需要5000万元的启动资金。
创业企业在进入这一领域有一定的难度，传统的电池生产企业将具有较大的优势。
入这一领域有一定的难度，传统的电池生产企业将具有较大的优势。
2011-2-22
国内锂电池厂商多集中在广东、深圳、浙江、天津等地，其中，国内锂电池厂商多集中在广东、深圳、浙江、天津等地，其中，深圳是国内最大的锂电池生产基地，有代表性的是比亚迪、比克、ATL等国内最大的锂电池生产基地，有代表性的是比亚迪、比克、ATL等。
2011-2-22
主流锂离子电池材料报价
2011-2-22
各国政府新能源汽车政策
2011-2-22
中国对新能源汽车的政策
1.十城千辆工程：
由科技部、财政部、发改委、工业和信息化部于2009年元月共同启动，主要内容是，通过提供财政补贴，计划用3年左右的时间，每年发展10个城市，每个城市推出1000辆新能源汽车开展示范运行，涉及这些大中城市的公交、出租、公务、市政、邮政等领域，力争使全国新能源汽车的运营规模到2012年占到汽车市场份额的10％。
2.新能源汽车补贴政策：
中国政府在2010年3月底推出私人补贴标准，补贴金额从3000到60000元不等，被列入工信部“节能和新能源汽车产品公告”的1.6升和以下排量乘用车都将进入补贴范围，这些符合规定的节能小车预计能得到约3000元的补贴，新能源车的补贴范围以纯电动车和插入式电动车为主。
纯电动车的补助从3万到6万元，插入式电动车的补助从1.5万元到5万元。
2011-2-22
中国对新能源汽车的政策
3.《汽车产业调整和振兴规划》：
我国2009年3月发布的《汽车产业调整和振兴规划》中，对发展新能源汽车制定了大致目标：
未来三年，中国将形成50万辆纯电动混合动力和普通型混合动力新能源汽车产能。
到2012年，新生产汽车中将有10％是节能与新能源汽车，新能源汽车产值有望达到5000亿元。
《汽车产业调整和振兴规划》明确提出，要“实施新能源汽车战略，推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化；掌握新能源汽车的专用发动机和动力模块（电机、电池及管理系统等）的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术；三年内建立动力模块生产体系，形成10亿安时（Ah）车用高性能单体动力电池生产能力这对国内动力电池生产企业及电池管理系统供应商提出了不小的挑战。
2011-2-22
定义：
1.定义：
锂电池技术背景
锂电池的全称应该叫锂离子电池（简称LIB），在20世纪90年代锂电池的全称应该叫锂离子电池（简称LIB），在20世纪90年代LIB），世纪90初索尼公司将锂电池产业化。
它以碳为负极，初索尼公司将锂电池产业化。
它以碳为负极，以含锂的化合物作正极；在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是正极；在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，锂离子电池名称的由来。
锂离子电池名称的由来。
2.内部结构：
2.内部结构：
内部结构
锂离子电池由正极、负极、电解液和隔膜等组成。
锂离子电池由正极、负极、电解液和隔膜等组成。
正极：
由含锂的过渡金属氧化物组成，材料有钴酸锂、正极：
由含锂的过渡金属氧化物组成，常用的材料有钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。
锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。
负极：
石墨、石墨化碳材料、改性石墨、石墨化中间相碳微粒负极：
石墨、石墨化碳材料、改性石墨、电解液：
一种有机电解液，大部分是由六氟磷酸锂（电解液：
一种有机电解液，大部分是由六氟磷酸锂（LiFL6）加上有机溶剂配成。
（。
（六氟磷酸锂由五氯化磷和溶解在无水氟化上有机溶剂配成。
（六氟磷酸锂由五氯化磷和溶解在无水氟化氢中的氟化锂反应结晶而成）氢中的氟化锂反应结晶而成）
2011-2-22
隔膜：
一种特殊的复合膜，它的功能是隔离正负极，隔膜：
一种特殊的复合膜，它的功能是隔离正负极，阻止电子穿过，同时能够允许锂离子通过，子穿过，同时能够允许锂离子通过，从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。
过程中锂离子在正负极之间的快速传输。
目前主要是聚乙烯PE）或者聚丙烯（PP）微孔膜。
（PE）或者聚丙烯（PP）微孔膜。
3.工作原理：
3.工作原理：
工作原理
当外部电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电当外部电源给电池充电,此时正极上的电子e路跑到负极上,锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，爬过”Li+从正极路跑到负极上,锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，游泳”到达负极，隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。
当电池放电时，机理与充电是刚好是相反的，电子结合在一起。
当电池放电时，机理与充电是刚好是相反的，为例，其化学反应方程式为：
以LiFePO4为例，其化学反应方程式为：
2011-2-22
4.锂电池分类：
4.锂电池分类：
锂电池分类
聚合物锂电池和锂离子电池主要区别在电解质，聚合物锂电池和锂离子电池主要区别在电解质，锂离子电池的电解质是液态的，聚合物电池的电解质是胶体型、或者固态聚合物。
解质是液态的，聚合物电池的电解质是胶体型、或者固态聚合物。
聚合物锂电池的反应原理和锂离子电池一样，一般以软包的形式，聚合物锂电池的反应原理和锂离子电池一样，一般以软包的形式，形状可塑性强；锂离子电池一般做成圆柱形或者方形。
形状可塑性强；锂离子电池一般做成圆柱形或者方形。
从安全角度来讲，聚合物锂电池比锂离子电池更安全。
度来讲，聚合物锂电池比锂离子电池更安全。
2011-2-22
5.锂电池充电曲线（cc－cv模式模式）5.锂电池充电曲线（cc－cv模式）锂电池充电曲线
恒压模式一般被称为涓流充电，其电流一般很小（降到0.1C以下）恒压模式一般被称为涓流充电，其电流一般很小（降到0.1C以下），一般用0.1C以下2011-2-22整个充电时间的1/3充满容量的1/101/3充满容量的1/10。
整个充电时间的1/3充满容量的1/10。
6.锂电池产业链：
6.锂电池产业链：
锂电池产业链
在上游原材料中，正极材料是锂电池中最为关键的原材料，直接决定了电池的安全性能和电池能否大型化，同时也是锂电池成本占比最高的材料，约占锂电池电芯材料成本的1/3左右。
2011-2-22
磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP，也叫锂铁磷）电池是指用磷酸磷酸铁锂铁锂作为正极材料的锂离子电池，其工作原理和锂离子电池是一样的。
?
LiFePO4正确的化学式为LiMPO4，（M可以是任何金属，如Fe，Co，Mn，Ti等）。
?
其物理结构为橄榄石结构，从结构来看，可以用在锂离子电池的正极材料还有AyMPO4,Li1-xMFePO4,LiFePO4.MO等都可以做正极材料。
?
其特色是不含贵重元素，原料价格低且磷，铁，锂在地球上的资源含量丰富，供料不会存在很大问题。
?
除具有锂电池的共性特点外，还有一些特有的优点，比如其工作电压适中（3.2V），容量大（170mAh/g），高放电功率，可快速充电且循环寿命长（高达2000次），在高温与高热环境2011-2-22下的稳定性高。
`
正极材料——磷酸铁锂正极材料——磷酸铁锂——
磷酸铁锂工作原理图宏观图
微观结构图
电池在充电时，正极中的锂离子LiLiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。
Li+通过隔膜向正极迁移的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。
2011-2-22
磷酸铁锂的特点分析（磷酸铁锂的特点分析
（一）:
优点
1.LiFePO4电池的标称电压是3.2V（稳定的放电平台）、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V;2.比容量大，高效率输出：
标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；3.工作温度范围宽广（-20℃——＋75℃），高温时性能良好：
外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池内部结构安全、完好；4.即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；5.极好的循环寿命，经500次循环，其放电容量仍大于95%；实验室制备的磷酸铁锂单体电池在进行IC的循环测试时，循环寿命高达2000次。
2011-2-22
磷酸铁锂的特点分析（磷酸铁锂的特点分析
（二）:
优点
6.过放电到零伏也无损坏，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。
7.可快速充电，自放电少，无记忆效应：
可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C,；8.低成本；9.对环境无污染。
2011-2-22
LFP电池放电曲线LFP电池放电曲线
以STL18650为例，在不同放电倍率和不同温度下放电曲线。
高效率输出
2011-2-22
工作温度范围广
磷酸铁锂的特点分析（磷酸铁锂的特点分析（三）:
缺点
1.导电性差：
目前在实际生产过程中通过在前驱体添加有机碳源和高价金属离子联合掺杂的办法来改善材料的导电性（A123、烟台卓能正采用这种方法），研究表明，磷酸铁锂的电导率提高了7个数量级，使磷酸铁锂具备了和钴酸锂相近的电导特性。
2.锂离子扩散速度慢。
目前采取的解决方案主要有纳米化LiFePO4晶粒，从而减少锂离子在晶粒中的扩散距离，再者就是掺杂改善锂离子的扩散通道，后一种方法看起来效果并不明显。
纳米化已经有较多的研究，但是难以应用到实际的工业生产中，目前只有A123宣称掌握了LiFePO4的纳米化产业技术。
2011-2-22
磷酸铁锂的特点分析（磷酸铁锂的特点分析（四）:
缺点
3.振实密度较低。
一般只能达到0.8-1.3，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的最大缺点。
但这一缺点在动力电池方面不会突出。
因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。
4.磷酸铁锂电池低温性能差。
在0℃时的容量保持率约60～70％，-10℃时为40～55％，-20℃时为20～40％。
这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。
当前一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能和改善电芯结构设计等使磷酸铁锂的低温性能有所提升。
2011-2-22
正极材料——磷酸铁锂与锰酸锂的电性能比较正极材料——磷酸铁锂与锰酸锂的电性能比较——
生产锂离子动力电池必然要对正极材料进行选择。
虽然从理论上讲，可以提供选择的正极材料品种繁多，但是目前真正可以应用商业生产用途的锂离子正极材料很少，归纳下来只有磷酸铁锂、锰酸锂材料。
下面我们对两种材料进行一下对比：
2011-2-22
通过以上比较，两种正极材料各自存在的优势和劣势，通过以上比较，两种正极材料各自存在的优势和劣势，但磷酸铁锂的原物料来源更广泛，价格更低廉，酸铁锂的原物料来源更广泛，价格更低廉，最重要的一点是它无环境污染。
无环境污染。
并且它存在的一些缺点现在已经有厂家通过技术手段已经大部分改进了，并且已经能够很好地商业化运作了。
手段已经大部分改进了，并且已经能够很好地商业化运作了。
2011-2-22
LFP国际主要厂商及产能LFP国际主要厂商及产能
目前国际上在磷酸铁锂领域的领先企业主要有3家，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。
2008年LFP全球供应量为1500吨左右，其中美国A123供应750吨，国内厂商供应500吨左右，其中斯特兰几乎占一半的份额。
2011-2-22
LFP材料国内企业情况表LFP材料国内企业情况表
2011-2-22
国内前9LFP材料企业国内前9位LFP材料企业
2011-2-22
国内前9LFP材料企业国内前9位LFP材料企业
LFP材料国内外厂商市场状况总结（LFP材料国内外厂商市场状况总结
（一）材料国内外厂商市场状况总结
美国A123和Valence公司报价在20－30万/吨，而日本锰酸锂产品也在20－30万/吨。
磷酸铁锂目前国内厂家的产品报价一般在15－18万/吨，产品的毛利率在40％—70％。
全国磷酸铁锂厂商产能约6400吨，但实际量产数远低于产能数，不足产能的1/10。
国内磷酸铁锂虽然在价格上有优势，但在纯度、粒度、粒度分布、工艺重复性与国外同类产品相比仍有差距。
斯特兰2009年，新建产能达产后，其具备2000吨/年的产能，实际产能为500吨/年，计划在2年内达成4000吨/年的产能。
2011-2-22
LFP材料国内外厂商市场状况总结（LFP材料国内外厂商市场状况总结
（二）材料国内外厂商市场状况总结
目前磷酸铁锂产业化过程中成品率低，产品批次间稳定差，如果磷酸铁锂电池的成品率能够提高到90％，将会使它的成本降低到目前的50％左右，从而能够大规模商业化应用。
每一部电动汽车有大约200-300公斤重的锂电池，这些锂电池需要60公斤的磷酸铁锂，年产100万辆电动汽车每年就需要6万吨磷酸铁锂。
但是，目前全球可查的产能是1500吨，潜在的供需缺口非常大，导致磷酸铁锂的利润率高达70%。
相比之下，普通新能源汽车只有20%左右的利润率，动力电池利润率达到30%到40%，电池材料利润率是最高的，正极材料目前是整个锂电池产业链发展的核心。
2011-2-22
正极材料磷酸铁锂的生产工艺（正极材料磷酸铁锂的生产工艺
（一）
正极材料的工艺极大地影响了电池的性能，正极材料的工艺极大地影响了电池的性能，因此提高和改良工艺是电池产业化的一个重要的因素。
下面我们来了解几种工艺法，比较一下各自的优缺点：
的因素。
下面我们来了解几种工艺法，比较一下各自的优缺点：
1.高温固相法高温固相法是磷酸铁锂生产的主要方法，常以铁盐（高温固相法是磷酸铁锂生产的主要方法，也是最成熟的方法。
通常以铁盐（如草酸亚铁O）、如磷酸氢二铵（NH和锂盐（为原料，FeC2O4·2H2O）、磷酸盐（如磷酸氢二铵（NH4）2HPO4）和锂盐（如碳酸锂Li2CO3）为原料，按化在惰性气氛中先经过较低温预分解，研磨粉碎制成。
学计量比充分混匀后，在惰性气氛中先经过较低温预分解，再经高温焙烧，研磨粉碎制成。
优点：
固相合成法操作及工艺路线设计简单，工艺参数易于控制，制备的材料性能稳定，高温固相合成法操作及工艺路线设计简单，工艺参数易于控制，制备的材料性能稳定，易于实现工业化大规模生产。
现工业化大规模生产。
缺点：
缺点：
时问的研磨混合，且混合均匀程度有限，①粉体原料需要长时问的研磨混合，且混合均匀程度有限，掺杂改性效果差；要求较高的热处理温度和较长的热处理时间，能耗大；②要求较高的热处理温度和较长的热处理时间，能耗大；产物在组成、结构、粒度分布等方面存在较大差别，Fe的杂质相的杂质相；③产物在组成、结构、粒度分布等方面存在较大差别，易出现Fe的杂质相；④材料电化学性能不易控制；采用的草酸亚铁比较贵，材料制造成本较高；反应时需要大量的惰性保护气体，⑤采用的草酸亚铁比较贵，材料制造成本较高；反应时需要大量的惰性保护气体，惰性气体成本较高；本较高；同时烧结过程中会产生氨气、二氧化碳，⑥同时烧结过程中会产生氨气、水、二氧化碳，他们在炉膛内经过冷却的过程时会产生碳酸氢铵晶体颗粒而造成产品的污染。
应进一步增加尾气处理设备。
铵晶体颗粒而造成产品的污染。
此外，氨气的产生不利于环保，应进一步增加尾气处理设备。
2011-2-22
正极材料的生产工艺
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