高性能锂离子动力电池产业化项目立项申报建议书.doc

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1、高性能锂离子动力电池产业化项目立项申报建议书 第一章 项目建设的意义和必要性1.1 项目提出的背景 新能源产业是二十一世纪十大高新科技产业之一,锂电工业是新能源产业的重要组成部分,特别是磷酸铁锂动力电池工业已成为全球经济发展的一个热点。随着电子信息技术、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。 2007年,全球约有8亿6仟万辆燃油汽车在奔跑,一年耗掉约三亿八仟万吨石油(其中美

2、国每年汽车保有量为8600万辆,每24小时就耗掉2750万桶石油;我国目前汽车保有量为2700万辆,每天要喝掉燃油750万桶)。 现在,世界能源消费以石油换算约每年120亿吨,以这种消费速度,到2015年,石油首先将出现枯竭,到2025年,石油、天然气资源将终结。 地球的能源是有限的,人类的消费是无限的,能源短缺与紧张将威胁人类的生存和发展。因此,发展替代传统石油的新能源?磷酸铁锂动力电池及材料已迫在眉睫。 目前,全球有33个国家及地区采用锂离子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。锂离子特别是磷酸铁锂动力电池及材料,将会是本世纪人类理想的替

3、代燃油的产品。随着石油资源的短缺,人类将必然会选择电动能源替代石油能源。 江苏昌隆化工股份有限公司位于东北煤都江苏省徐州桃山区,是以粗苯深加工、煤焦油深加工为主体的私营企业。为了使公司更好、更快发展,公司于2009年8月完成股份制改造,进行资产重组设立股份有限公司,注册资金5000万元。目前,公司在职职工188人,其中高级工程师3人,管理人员23人,技术人员55人,大专以上学历50多人。 随着能源的枯竭,使用替代能源已经刻不容缓。我公司拟投资5.6亿元兴建一套生产2.4亿AH/年的磷酸铁锂离子动力电池生产线,为电动汽车提供动力,这样能有效的缓解燃油等能源方面的压力,符合国家政策,符合企业发展的

4、规律。 本项目生产的高性磷酸铁锂离子动力电池具有绿色环保、安全性好、寿命长,体积小,重量轻,成本低、单体电压高,方便组合等特点和优势。适用于产业化生产,并最终替代燃油作为牵引力动力的电池电源,项目的建设对发展新能源替代不可再生的石油资源,起着极其重要的战略作用。该技术已在国内申请发明专利,拥有自主知识产权,产品综合性能处于国际领先水平。 磷酸铁锂动力电池行业是一个高增长的朝阳性产业,得到了国家产业政策的大力推动和支持,发展空间很大。 鉴于以上原因,江苏昌隆化工股份有限公司提出建设本项目。项目建成后,将有利于缓解未来的能源紧张、有利改善城市的环境污染、有利于缓解失业问题,必将推动中国动力电车产业

5、的崛起,为实现徐州经济转型和科技创新带来新动力。1.2 项目建设的意义及必要性 本项目所生产的磷酸铁锂动力电池是高容量、大功率电池,目前我国此类技术处于世界领先水平。磷酸铁锂动力电池不但是未来电动车工业发展的根本,而且也是国防领域突现的重要携带式电源。动力型锂离子电池的需求远大于普通小容量锂离子电池数万倍以上。 由于该磷酸铁锂动力电池具有高能量密度,绿色环保,高安全性和长使用寿命等优点,因而倍受人们的青睐,特别是近年来,电池和材料蓬勃发展,如雨后春笋。由此可见,开发磷酸铁锂动力电池不仅具有重要的经济及社会效益,而且也是发展我国新能源工业的重大战略部署。1.3 国内外现状和技术发展趋势 锂离子电

6、池是八十年代末由美国贝尔实验室发明,九十年代初由索尼公司首先实现产业化生产的高能绿色锂离子电池。该锂离子电池是以钴酸锂为正极材料,具有体积小、重量轻、能量密度高、寿命长及使用安全等特点。其能量密度分别为铅酸电池的五到六倍、镍镉电池及镍氢电池的3倍。 磷酸铁锂材料是锂离子电池在钴酸锂,锰酸锂发展之后的第三代正极材料,其电池生产工艺和钴酸锂等基本一样。相比钴酸锂电池,具有高安全性,长寿命,绿色无污染,不含贵重金属,适合做高容量、高功率电池等特点;相比锰酸锂,其高安全性,长寿命,绿色无污染等也具有关键性优势。因此磷酸铁锂电池责无旁贷的成为电动汽车电池的首选,今年产业化进程推动迅速,得到了国家产业政策

7、的支持,成为最被看好的新能源发展方向之一。 目前,世界上的锂离子电池技术主要包括两类:一是液体电解质锂离子电池,于1992年在日本开始商业化生产,目前市场上的锂离子电池大都是此类电池;二是固态聚合物锂离子电池,于九十年代末开始产业化发展。锂离子电池问世以来一直以超过100%的年增长率迅猛发展,其中便携式小功率型锂离子电池的用量和产量急剧增长,手机拥有量达1亿部,电池需求量为2亿只,已建和在建年产200万只以上电池的工厂已达数十余家,主要分布在深圳及珠江三角洲及北方地区,总设计容量(包括液态电解质、聚合物电解质等)为13亿安时以上。 而电动汽车用磷酸铁锂动力电池的用量将远远大于便携式锂离子电池的

8、用量。目前每年国内销售汽车约1000万辆,按照国家新能源产业政策规划,未来5年内,其中1-2%将被装载动力电池,成为电动汽车。按照每辆汽车平均用1万AH电池来预算,每年汽车电池的用量将突破10亿AH,最高达数十亿AH。这对磷酸铁锂电池的运用并未包括储能电源,UPS备用电源,电动自行车和电动摩托车电源,光伏电站,太阳灯及风力绿色照明系统等领域。 磷酸铁锂电池的使命非凡,产品技术和生产的必将朝低成本,低能耗,高性能方向持续改进提高,并最终在电池发展史上写下辉煌的篇章。1.4 对产业发展的作用与影响 江苏昌隆化工股份有限公司因国内市场需求,建设一套2.4亿AH/年磷酸锂离子动力电池,主要用于电动汽车

9、,作为动力。国内自主研发的高性能磷酸铁锂动力电池成果已经应用于电动客车上,并初见成效,其产品无论从功能还是技术水平均实现了实质性突破。因此本项目实施不仅可提高企业自身研发、生产能力,而且还可提高核心区群体实力。产品采用具有国内自主产权的技术不仅辐射拉动动力电池生产基地的上下游产业的发展,同时可推动我国动力电池制造产业迈向一个新的台阶。1.5 产业关联度分析1、电子产品 锂离子电池是一种环保型高性能可再生能源,主要用于移动电话、笔记本电脑和摄像机等通讯设备,目前全球年销量高达170多亿美元。本项目要生产的磷酸铁锂动力电池,是锂离子电池的升级产品。产业化后,可为我国发展大功率锂动力电池产业化,加速

10、跨越发展环保电动车工业和促进电子产业大发展打下坚实基础。2、电动汽车产业 按现在原油的开采量,再过810年,我国原油产量下降为零,就世界而言,再有16年,埋藏在地下的原油也将被开采完毕。因此必须为人类特别是交通行业寻找新的动力能源。高性能磷酸铁锂动力电池就是21世纪洁净环保交通最被看好的新能源之一。 锂离子动力电池被世界科学家称誉为“21世纪洁净的环保新能源”,我国可利用锂动力电池首先发展城市电动公交车等绿色交通工具。目前及将来IT领域及太阳能、风能等储能电池也可以广泛使用磷酸铁锂动力电池替代铅酸等污染类电池作为最理想最有效的储能装置及大功率UPS不间断电源,这都是理想的必备电源。3、国防高科

11、技产业 航空、潜水艇、轮船、仪器、仪表,都需要大量的锂离子动力电池,因为磷酸铁锂动力电池独有的容量大,循环寿命长、安全,无记忆效应,又无污染还可回收再用等特点,最适合上述领域作动力电池的运用。因而磷酸铁锂动力电池及其相关原材料的发展,也将促进国际航空高科技的发展。4、环保产业 由于工业的高度发展,污染环境,威肋人类的健康,其中相当大的部分是因为发展能源造成的污染。磷酸铁锂动力电池这一高科技能源,从生产到使用过程没有任何环境污染,未来不但可以取代对环境有污染和地球即将枯竭的石油能源,而且,对全世界保护人类生存环境,促进环保事业的发展存着极其重要意义。1.6 市场分析1.6.1产品主要结构及功能1

12、、磷酸铁锂动力电池的结构与主要组成 本项目要生产的磷酸铁锂动力电池由正极片、负极片、电解液、隔膜、壳体、极柱、密封绝缘垫圈等几个主要部份组成。正、负极活性物质经加工形成浆料,再涂于集流体上,经辊压分切,形成正、负极片。其中负极集电体为铜箔,正极为铝箔,电池负极涂膜材料主要以石墨为主,电池正极涂膜材料以磷酸亚铁锂为主。正、负极片与隔膜层叠组装,形成电池包,装入电池壳。后经减压干燥,在干燥密闭惰性气氛下注加有机电解液(LiPF6,EC/EMC溶液等),再进行热封口,充电化成后就成为锂离子电池。化成后的锂离子需经过老化,分容,筛选拟合等工序,经组装测试形成电池组,外加电池管理系统BMS和充电装置,成

13、为各领域需要的最终产品。2、磷酸铁锂动力电池的主要特性 本项目产品JD-LFP300AH为LFP类电池(JD:表示生产厂家为江苏昌隆化工股份有限公司;L:表示可嵌入式锂离子电池;F:表示铁系;P:表示方型;300AH、400AH、800AH表示电池标准容量),其主要特征如下: 1)、该类电池放电电压允许低至2.02.5V,甚至可以放电至0V,不会损坏电池。 2)、一般在常规环境中保持充电电压3.8V;放电电压2.5V时,该类电池的循环寿命大于2000次以上。该类电池适应-30至75环境温度下充放电。 3)、该类电池不会由于过充或过放电而发生意外。除非人为恶意将电池作破坏性试验,否则该类电池不会

14、因内部短路而起火燃烧。 4)、该类电池是用作移动式动力源最理想的电池。 5)、该类电池的系统组合不会由于没匹配安装质量可靠的“BMS”均衡充放电保护系统而产生意外,如起火、燃烧等。但当系统组合这类电池在长期充放电使用中,如果没有均衡充放电保护装置,会造成个别单体电池出现过充放电,甚至会出现个别单体电池最高电压达到5或更高;而同时也会出现个别单体电池放电时电压为1.5V或者更低。这种情形虽然不会与钴酸锂或锰酸锂类电池一样出现电池短路冒烟,起火燃烧等现象,但过充电的个别单体电池会损坏、失效,不能继续使用了。1.6.2市场需求分析 调查表明,目前我国每天约230万辆燃油公交车在各大城市乡村中运营,每

15、年要花去约5600亿人民币去全球抢购石油,而且公交车辆的数量逐年以10%速度在增长。如果将每年的10%燃油公交车改用电动能源,每年必须确保不少于1000亿人民币的锂离子动力电池的需求。 目前,中国已经成为全球第二大汽车市场,到2030年,预计将赶超美国,位列第一。如果中国的汽车业以当前12%的年均增长率发展,那么未来25年里,中国将新增2.7亿辆汽车。到2030年,中国的乘用车总量可达2.87亿辆,大约是那时世界汽车总数的30%,这样庞大的汽车数量将对能源和环境产生巨大压力。 伴随着世界性燃料储量的危机以及环境的严重污染,尽快发展以蓄电池为主要动力源的交通工具,已成为必然趋势。但传统蓄电池(铅

16、酸电池)做为一种大功率、大容量的动力电源,并没有解决其本身的致命弱点,人们在成千上万次的试验中,发现根本消除不了三大问题: 1)、比能量低(体积大,重量大),十分笨重。同样一组330V,300AH的电动中巴车,铅酸电池重量将达到3.64t,而磷酸铁锂只有1t;铅酸电池的体积将达到1.24m3,而磷酸铁锂电池的体积仅为0.7m3)。 2)、寿命短(铅酸电池寿命顶多300次,而磷酸铁锂电池可达2000次)。 3)、污染环境(铅酸电池为高污染,磷酸铁锂电池无污染)。 磷酸铁锂动力电池的产生,对使用大功率、大能量的驱动使用设备提供了新的憧憬。磷酸铁锂动力电池的优越性基本上可归纳为:工作电压高(是镍镉、

17、氢镍电池的3倍);比能量大(可达100120Wh/?,是氢镍电池的3倍);体积小;重量轻;安全性好;循环寿命长;自放电率低;无记忆效应;无污染等。在全球能源与环境问题越来越严峻的情况下,以蓄电池为主要动力源的交通工具,应用前景之广阔,使用范围之宏大,深受各国重视。钴酸锂锂离子电池1989年首先由美国贝尔实验室发明,1990年被日本的索尼(SONY)公司实现规模生产,现在日本的主要电池公司都能生产这种电池。我国在锂离子电池研发方面也取得了很大的进展和丰硕成果,可以规模化生产小型的锂离子电池和锂离子二次电池。小型便携式锂离子电池每年市场容量接近10亿安时,产值上百亿。而磷酸铁锂电池作为动力电池的首

18、选,市场需求量远远大于便携式锂离子电池。 按照国家新能源产业政策规划,未来5年内,如果每年1000万辆汽车市场容量中的12%将被装载动力电池,则每年汽车电池的用量将突破10亿安时,最高达数十亿安时,产值将达到数百亿。这对磷酸铁锂电池的运用并未包括储能电源,UPS备用电源,电动自行车和电动摩托车电源,光伏电站,太阳灯及风力绿色照明系统等领域。 石油不可再生资源的枯竭,将导致人类文明的毁灭,世界各国都在寻找、研发替代能源。事实证明,磷酸铁锂动力电池正是延续再生的清洁能源,不仅彻底替代污染的铅酸电池,而且将使人类从绿色零排放的陆路交通扩展到海洋电动船、天上电动飞机等交通行业和矿产部门,成为绿色新能源

19、,使能源结构向洁净方向发展。 电动汽车是发展方向,而动力电池作为动力汽车的关键组件,其市场需求必然伴随电动汽车的崛起而迅速发展起来,成为一个大产业。据专家分析,21世纪,中国将成为电池及电池材料的王国,无论从资源角度,还是从环境保护角度,电动汽车均会得到快速发展,市场占有率将快速增长。磷酸铁锂动力电池做为最有前途的新电池种类,最为最被看好的新能源之一,作为电动汽车的关键零部件之一,其市场前景广阔,发展潜力巨大。 综上所述,本项目产品市场前景是十分广阔的。1.6.3产品目标市场及销售方向 本项目产品?JD-LFP300AH目前主要销往一汽客车有限公司,随着产品的品种及规模的逐渐扩大,逐渐销往国内

20、其它汽车制造厂,最终打入国际市场。1.7 与国家电动汽车技术发展总体思路、原则、目标等相关情况 纯电动汽车,相对燃油汽车而言,主要差别(异)在于四大部件,驱动电机,调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言,它需要公用超快充电站。 纯电动汽车之品质差异取决于这四大部件,其价值高低也取决于这四大部件。纯电动汽车的功能也与四大部件的选用配置直接相关。 纯电动汽车时速和启动速度取决于驱动电机的功率和性能,其续行里程之长短取决于车载动力电池容量之大小,车载动力电池之重量取决于选用何种动力电池(如铅酸、镍氢、锂电池等),它们体积,比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。这取决于制造商对整车档次和用

21、途的定位和以及市场界定等。 纯电动汽车的驱动电机目前有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分,再有交流步进电机等,它们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速,有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。电机及调速控制器的选用和配制对整车档次和价位也有影响。 公用超快充电站是纯电动汽车商业化的基础设施,将它做完善到位了才能使前者畅行无忧,反之则受其制约和影响。欧洲、美国电动汽之商业实践充分说明了这点。对此我们认识到了,正在为此做出不懈努力。另外,充电机与车载电池之电缆连接器问题必须规范,形成

22、电池品种、电压分档、快慢(功率大小)诸要素的一致,否则纯电动汽车及公用超快充电站无法有效无法对接,这个产业目前需我们去开拓。但必须规划、设计成型后实施,以免徒劳。 纯电动汽车之四大部件及公用充电站之大型充电机,专用电缆、线缆连接器乃至计费、收费系统,这是汽车行业新的零部件,没它们电动汽车的大范围市场化普及将无从谈起。没做到位、不完善则要受其制约。同时,与此相关的零部件制造商应以此形成产业链,共图发展。 国家发政委“新能源汽车公告管理办法和实施细则”已于2007年11月1日施行。“城镇乡村农用(专用)电动汽车通用技术条件”也在酝酿过程中,纯电动汽车商业化在农村已经初现雏形。将来符合国际和符合市场

23、需求的纯电动汽车必定遵守以下几项: 1)、电动车辆研发制造运营必须符合国家各项相关法规。整车、零部件性能必须满足国家技术标准和各项具体要求。 2)、电动车辆是以电为能源,由电动机驱动行驶的,不再产生新的污染,不再产生易燃、易爆之隐患。 3)、电动车辆储能用的电池必须是无污染、环保型的。且具有耐久的寿命,具备超快充电(23C以上电流)的功能。车辆根据用途确定一次充电之续行里程,以此装置适当规格的电池组,充分利用公用充电站超快充电以延长续行里程。 4)、电动机组应有高效率的能量转换。刹车、减速之能量的直接利用和回收,力求车辆之综合能源利用的高效率。 5)、根据车辆用途和行驶场合设定最高车速,且不得

24、超过交通法规的限定值,以选择合理电动机的功率和配置电池组容量。 6)、车辆驾驶操作,控制简单有效、工作可靠,确保行车安全。 7)、机械、电气装置耐用少维修。车辆运营之费用低廉。 8)、以目标市场需求为依据,提供实用、合适车型满足之,力求做到技术、经济、实用、功能诸方面的综合统一。 将来产业化、商业化为用户所欢迎的电动汽车,必定符合以下几点特征:准确的定位、恰当的用途、宜驶的区域、最佳的效能。合适的车型、经济的配置。可靠的性能、便当的操控。环保的电池、耐久的寿命、够用的电量、超快的充电、完善的网络、到位的服务。低廉的费用、最少的维修。 综上所述,本项目用具有自主产权的“高性能磷酸铁锂动力电池”生

25、产技术,实现批量生产是完全符合国家相关产业政策和产业发展方向,属于国家支持发展产业,与国家电动汽车技术发展总体思路、原则、目标是相一致的。第二章 项目的技术基础2.1 成果来源及知识产权情况 本项成果来源于“锂源动力电池研究院”。此研究院为民间自发组织的学术研究组织,其成员囊括了国内最具权威的锂电池研究专家,是一支阵容强大的专家技术支持团队。该专家团队的成员包括:2.2 已完成的研究开发工作及中试情况和鉴定年限2.2.1项目技术基础2.2.2本项目已完成的研发工作等情况 锂源动力电池研究院的技术专家们经过多年的文献调研和实验研究,使用适合工业化生产的高温固相法进行化学修饰和工艺改进,成功的突破

26、了磷酸亚铁锂合成的几个技术难点,合成出了能够符合产业化要求的LiFePO4,其工作的特色是先合成链状有机物,然后再进行LiFePO4包裹,在高温烧结的过程中链状有机物进一步发生缩合反应,生成了二维或三维结构的导电碳材料,就在形成这种结构的同时将LiFePO4紧紧包裹,因此包裹效果十分理想。目前国际上还未有关于此种包裹方法的报道。 锂源动力电池研究院课题组在中试条件下合成了LiFePO4/C复合材料,比容量在130-150mAhg-1,其电导率为0.085-22.32 S/cm,比纯LiFePO4电导率(10-9-10-10S/cm),提高了910个数量级。能够在1C,2C,5C大电流下进行充放

27、电(与最初发现LiFePO4的放电电流相比,电流扩大了2050倍)且循环性能较好,目前做到1000个循环仍能保持最初容量的90%以上。 目前,东北师范大学功能材料研究所锂离子动力电池研究项目取得重大成果,此项研究成果的运用,会使锂离子电池产品性能有很大提高,首先是安全性能上有了重大突破,采用传统技术的电池在受挤压或短路、过热、过度充电或滥用时容易发生爆炸和燃烧,而用磷酸盐技术生产的锂离子电池从根本上消除了这些安全隐患,可以被称为目前国际上最安全的动力电池;其次,电池使用寿命大大延长,电池的重复充电次数由原来的500次增加到2000次以上。产品性能的提高,也使得锂离子电池的应用领域得到了空前拓展

28、,特别适合应用于电动车动力电源。 由此可见,本项目的建设将使这一创新技术迅速得以完善并得到更大规模的应用,促进科研成果向生产力转化,推动我国电动车产业的发展,带动地方经济的快速发展。2.3 技术工艺特点及优势2.3.1产品技术工艺特点及优势 锂源动力电池研究院专家结合行业最先进经验,结合自身多年实际经验,通过软件与硬件,理论与实践的交叉优化,对技术和工艺以及产品等进行了创新。新的技术创新已申请多项专利,并已得到专利授理。新改进的工艺能最大程度的提高产品的产出率和良品率,最大程度的降低了成本,提高了产品质量。改进与控制措施均结合了电池行业最先进的经验,最前沿的技术。1、技术创新 1研制出拥有自主

29、知识产权的配方。众所周知,锂电的最大敌人是水分,特别是正极配方,原先的水性正极配方存在诸多隐患,水分难以彻底消除,给电池内阻,平台,循环性能,综合性能等带来诸多不确定性因素,制程时间也过长,也增加了电池性能的影响因素。改进后的正极配方为油性,首先原材料实施了充分的除水过程,整个制程不再接触水分,涂布质量光滑,一致性好,从根本解改良了电池的一致性。 2研制出了多款具自主知识产权的电池外壳,并已申请专利。这些外壳,产品型号包括40AH,60AH,100AH,200AH,300AH,400AH,600AH,800AH,1000AH等,价格低,材质独特,安全性可靠(电池在发生安全隐患时能有效的将内部高

30、温高压的气体泄出,消除了爆炸的隐患),密封性好(极柱及防爆阀的密封性能比钢壳高,完全解决了大容量电池密封困难的问题),成本低(相当于钢壳电池成本的五分之一)。重量轻,工艺过程简单,多项指标为国内首创。并依据每款产品的不同工艺,对生产线的生产能力进行了兼容改造和特殊配套。使现有生产线能够随时,快捷的按生产定单生产从40AH到1000AH的产品。 3设计研制出了新的极柱。原先的极柱,有材质不合理浪费的现象。我们的技术专家通过研究创新,设计出了新的极柱及极柱组装结构,既保证了电流有效通过,又节省了材质,减轻了重量,方便了加工,保障了与壳体的连接与密封性。结构为国内独创。 4进行了正、负极,电解液的交

31、叉对比实验,选择了性能最佳的正、负极,电解液搭配组,并且保证了最少三个供应厂商和多种选择可能,可有效的避免可能因原材料变动造成的产品质量不稳定,也保证了产品质量不受原材料影响。 5协同电解液厂家,针对特定厂家的磷酸亚铁锂与特定厂家的负极石墨,进行了多轮交叉匹配实验,添加了防止过充和鼓胀的特殊添价剂。从源头上对电解液的特定使用性能进行了保证。2、工艺创新 1对工艺进行了创新,改进了组装工艺。不再采用国内大部分动力电池厂家采用的“Z”字型叠片工艺,拟从国外引进先进设备,改进为隔膜袋式的组装工艺。“Z”字型叠片工艺最大的缺点是短路以后直接导致隔膜报废,原材料利用率大大降低,另外返修工作也很难进行。电

32、池容量越大,短路的机率就约高,对300AH一个单体的动力电池来讲,短路返修导致隔膜浪费的情况对成本影响很大。改进叠片工艺以后短路情况将得到消除,则隔膜的利用率可接近100%。为汽车电池的发展奠定了实质性的进步基础。 2改进了封口工艺。传统的热容封口工艺存在不少问题点,如热融时会有少量烟雾,影响作业环境;封口后必须修边,浪费了人力;热融后效果难以确认,也给电池造成隐患;电池内部有受高温有机物的污染及影响等不确定因素;电池封口时间比较长,也影响了生产效率。改进的封口工艺拟采用国外引进的特殊高频摩擦焊接机,彻底实现焊接车间环境的优化,提高了生产效率,确保了封口效果。 3改进了极耳连接工艺。传统的极耳

33、连接工艺采用打孔方式,将多层极耳打孔后用螺丝栓接在极柱上。该栓接工艺增加了打孔设备及打孔夹具,增加了设备投入,增加了岗位设置,增加了人力,效率低,连接效果差,造成内阻不稳定,电池性能一致性不佳等诸多不良。拟采用国外引进的高性能超声波焊接机,直接将多层极耳焊接在极柱上,速度快,消除了连接不稳定等不确定性因素,性能可靠。 4改进了分容筛选及组合工艺。传统的电池筛选工艺,缺少可靠的分容制度,难以鉴别出电池各种性能。现在为每块电池建立了生产制程关键指标的档案,对分容及组合设备的硬件、软件进行开发性改进,增加功能,提升精确度;对电池各数据进行条形码式数据库管理。为了对电池串联使用进行合理配组,增加了串联

34、工况模拟测试和电池均衡工序。改进后的分容筛选及组合工艺,能够监测到电池近10项性能指标,通过条形码式数据库管理,可提高分容效率,提升分容效果,最大程度保证电池组各电池的一致性和均衡性,最有效的保障客户使用。 锂源动力电池研究院在技术创新,工艺创新,产品创新的同时,完成了近100块300AH电池的生产试制,并装机试车,结果见下表:表2-1 330V/300AH电动中巴商务车试车典型数据一览表序号项目数据单位备注1最高时速80km/hBMS和电机限制时速最大802加速最大电流200左右安培3高速运行电流100-110安培4充电电流80安培5充电时间接近4小时6最高充电电压390伏特7满电开路电压3

35、66伏特充满电,静置4小时以上8运行20分钟电压355伏特9放电终止电压275伏特10续航时间接近3.5h11续航里程约300Km130公里12至今循环次数接近200次以上数据在续航里程,电池体积,电池重量方面,主要性能均超越传统动力电池。2.3.2产品的技术保障 为保证本项目产品的产业化、规模化发展,为用户提供更多更好的产品和服务,将从公司每年的税后利润中提取一定比例资金作为产品持续升级与新产品开发的费用,为公司的可持续发展提供基本保证。2.4 对行业技术进步的重要意义和作用 汽车动力电池方向基本锁定磷酸铁锂动力电池。目前国内上市公司受金融危机冲击,欧美日等汽车业巨头更遭受重创。为获重生,车

36、企一方面通过裁员减产、出售资产等断臂求存,一方面都不遗余力地发展新能源汽车以挽颓势,我国到2012年新生产汽车中有10%是节能与新能源汽车的目标更是鲜明。 新能源汽车的发展被各国提到前所未有的高度,作为核心部件的动力电池则更被企业和投资者看好。但分析人士指出,虽然动力电池发展前景较好,但目前新能源汽车发展刚刚起步,真正产业化尚需时日,目前对业绩贡献有限。而且,动力电池企业要真正做大做强,还要经受产业规模化、大比例研发投入和国外巨头挤压的考验。 近年各国都在大力发展新能源汽车。美国高速公路管理局乐观预测,到2015年,美国汽车市场上有约20%数量的汽车为混合动力汽车,市场规模可达近300万辆。而

37、目前,美国市场上混合动力汽车的份额仅为3%。其同时预测,到2020年,全球汽车市场上将有一半的新售汽车采用不同程度的混合动力技术。相对于传统汽车,我国新能源汽车发展也走在了前列,没有输在起跑线上。 我国燃料电池汽车领域的资深专家、科技部部长万钢提出的我国新能源汽车发展目标为:到2012年,国内有10%新生产的汽车是节能与新能源汽车,按届时汽车年产辆为1000万辆算,我国新能源汽车要达到年产100万辆的规模。这坚定了国内外汽车生产商在国内发展新能源汽车的决心。 磷酸铁锂动力电池是发展方向,动力电池技术是混合动力汽车发展的关键:混合动力汽车是目前最佳的过渡产品,但纯动力电池汽车是未来发展方向,核心

38、技术在电池技术上的突破。专业人士分析,混合动力电池目前多采用镍氢材料,但镍氢电池部分重要技术指标已接近理论限值。如能量密度、充放电速度等,因此并不被认为是未来的发展方向。若锂电池技术在其稳定性、安全性和生产成本问题上有所突破,则锂离子电池纯动力汽车的发展将会加速。 相对而言,锂电池具有安全性高、稳定性高、环保、价格便宜等优点,得到各汽车厂商和电池生产厂商的认可。 据有关权威部门预测,如以2011年60万辆新能源汽车的规模测算,近三年国内新能源汽车生产规模复合增速将超过200%。以每辆车使用100kg电池的平均数量计算,到2011年电池市场规模将达6亿吨。而万钢部长提出的新能源汽车发展目标为到2

39、012年国内有10%新生产的汽车是节能与新能源汽车,届时,电池市场需求规模将达近千亿。 与国外相比,我国电池生产商目前规模偏小,实力并不强。为了尽快开发出高性能、低成本的车用动力电池,徐州兴盛化工勃利石墨矿提出建设“高性能锂离子动力电池产业化建设项目”,其产品“高性能磷酸铁锂动力电池”在技术上和功能上真正实现质的飞跃。目前此项技术已经得到成功应用(已小批量投放市场),其新技术的成功应用将带到整个汽车行业的技术进步,使产品需求市场空间更加广阔。第三章 项目建设方案3.1 项目的产能规模及建设的主要内容3.1.1产能规模 建设单位在综合考虑产品性能、市场需求及企业筹集资金能力的基础上,确定本项目建

40、设规模为年产锂离子动力电池(JD-LFP300AH)为80104块(2.4亿安时)。产品方案详见表3-1: 表3-1 产品方案产品名称规格单位年产量包装规格备注锂离子动力电池JD-LFP300AH36355.5319块801042.4亿安时10块/箱 3.1.2产品充放电标准本项目产品充放电标准详见表3-2、3-3、3-4。表3-2 常温环境下单体电池的充放电标准温度类别最大充电电流最高充电电压最大放电电流最低放电电压25LFP3C脉衡 3C3.8V恒流 3C2.5V表3-3 低温环境下单体电池的特殊充放电标准温度类别最大充电电流最高充电电压最大放电电流最低放电电压-35LFP0.1 C1C3

41、.8V恒流 1C1.5V脉衡 5C表3-4 常温环境下电池系统组合的标准充放电标准温度类别最大充电电流最高充电电压最大放电电流最低放电电压25LFP3CN3.8V恒流 3CN2.5V脉衡 10C3.1.3主要建设内容 1、本项目为新建项目,新建主要建筑物生产车间4座,合计建筑面积25521?,成品及半成品库五座,单座建筑面积10000?;原料仓库五座,单座建筑面积10000?;办公楼一座、配电室一座、水泵房、门卫室各一座合计建筑面积2308?。总计建筑面积127829?。 本项目新建主要建(构)筑物工程内容详见表3-5。表3-5 主要建(构)筑物工程序号工程名称单位数量层数占地面积(?)1主要

42、生产工程项目1.1生产车间-?96001320m30m1.2生产车间-?96001 320m30m1.3生产车间-?3160.51150m21.07m1.4生产车间-?3160.51150m21.07m2辅助及公用工程项目2.1办公楼?2000410mX50m2.2成品及半成品仓库?50000150mx200mx5座2.3原料仓库?50000150mx200mx5座2.4其他?3082.5厂区绿化(绿地率20%)?60292.6厂区道路?2000合计建筑面积?127829 2、配套购置锂离子动力电池生产线7条(309台套/条);辅助及公用工程设备117台(套)。3.2 采用的工艺技术路线与技术

43、特点3.2.1工艺技术路线 本项目产品锂离子动力电池生产过程主要包括合浆、涂膜、切片、叠片、封口、注液、化成、检测工序。各工序生产过程简述如下:1、合浆工序 将磷酸铁锂、导电胶、粘合剂及纯净水加入正极合浆机内,搅拌成正极浆料。将石墨、导电胶、粘合剂及纯净水加入负极合浆机内,搅拌成负极浆料。2、涂膜工序 将搅拌好的浆料通过涂膜机涂在正极板(铝箔)和负极板(铜箔)上,将涂膜机12段温度控制在90100之间,最大涂膜速度为8m/min。3、切片工序 首先将涂膜成的极片送到烘干机里,烘干5h,温度100。然后将烘干好的极片放到切片机上进行切断。4、叠片工序 工序第一步将切完的极片通过叠片机叠成电芯,叠

44、片速度为15分钟/每块,工序第二步将完成电芯组包,然后通过冲孔后装用极柱,并用万用表检测电芯是否短路。5、封口工序 将成品电芯送入干燥机干燥24小时,温度110,将干燥完的电芯放入电池盒内封口。6、注液工序 将封口后的电池通过注液机注液口往电池里注液,最快速度为10分钟/块,注液材料是电解液。7、电池化成 将注液后的电池放到充电机上对电池进行化成,并通过电脑控制电池在化成过程中的监控,化成时间在24小时。8、大电流检测及入库 将化成后的电池串联在一起,通过5000A的电流检测台对其进行电流检测,在化成检测过程中,主要监控短路、漏液等现象。将检测合格的化成后的电池入库。本项目产品锂离子动力电池的

45、工艺流程框图详见图3.1。图3.1 锂离子动力电池的生产工艺简图3.2.2 技术来源及可靠性1、技术来源 本项成果来源于锂源动力电池研究院。2、项目成果特点和水平 本项目利用电化学、材料科学、冶金、电子、机械等领域的学科知识,通过精细化管理,标准化生产,自动化设备,优化合理的工艺流程等方法,使各工序生产动作尽量达到一致,使电池质量稳定可控。 公司的标准化管理,自动化设备,先进的工艺理念和工艺路线,能有效的保证产品一致性,过程能力指标再行业处于先进水平,产品质量在国内外也处于领先水平。本项目产品采用的具有先进性、创造性和实用性。其技术特点分述如下:1、动力电池技术特点: 1性能高,比功率可达10

46、00W/kg,电池反复充放电无任何记忆效应,能在-40至75环境温度下正常工作,普通城市公交大客车改装为纯电动车,一次充电续行里程在300600km范围,还可适应快速充电,电动车电池的使用寿命高达60万km以上。 2成本低:在保证良好的性能前提下,生产成本较目前常用的工艺技术低50%。 3生产工艺简化,便于操作,便于产业化。 4安全可靠。 5生产过程无三废污染,可循环回收再造。2、正负极材料技术特点: 1均匀性,一致性好。 2容量高。 3内阻低。 4克服了目前用的负极材料受溶剂影响程度大,与有机溶剂兼容能力差,使嵌锂离子能力下降和过放电发生爆炸、燃烧等危险和电效率低的问题。3、电解质材料技术特点: 1性能稳定,能长期存放。 2工艺简化,便于操作,便于产业化。 3成本低。 4导电率高,要适应-4085充放电。4、胶粘剂技术特点: 1对电池的集流体金属的粘接性能优良。 2对活性物质(正、负极)微粒的粘结性能优良。 3有利于提高电池的循环寿命。 4可直接采用蒸馏水替代昂贵的PVDF有机溶剂作混料。 克服目前生产中常用的电池胶粘剂对正、负极物质微粒粘接性能和对电池的集流体金属的粘接性能均差,从而使电池的容量和寿命降低的问题。3.3 设备购置方案3.3.1设备选择原则 1、主要设备选型与项目建设规模、产品方案、工艺、技术方案相适应,满足项目要求。 2