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磷酸铁锂的工艺路线探讨和发展蒋华锋二0一0年五月HuafengChiang1第一部分第二部分第三部分磷酸铁锂的产业化现状工艺路线的发展探讨磷酸铁锂产业的发展探讨内容概要HuafengChiang21.磷酸铁锂产业化现状典型厂家铁锂材料生产商生产厂家技术路线产品特性综合评估A123systems草酸亚铁高倍率★★★★☆STL较高容量和倍率★★★☆PULEAD高平台★★★☆GX-TECH较高容量和倍率★★★☆ZN较高容量和倍率★★★☆VALENCE氧化铁红稳定性好，易加工★★★☆FPG-CY稳定性好，易加工★★★☆Phostech磷酸铁易加工；高倍率★★★★DATUNG高容量和高倍率★★★★Aleees高容量★★★★HuafengChiang31.磷酸铁锂产业化现状厂家总结工艺路线（铁源选择）原材料成本（元/吨）生产设备投资(万元）路线瓶颈草酸亚铁53500（42200）700成本略高，品质不易稳定控制。氧化铁红1（V系）55000450容量不理想，产品性价比偏低。氧化铁红2（复合）40000400产业化经验需要摸索磷酸铁58500400现阶段原材料成本过高，比例超过50%。HuafengChiang41.磷酸铁锂产业化现状路线比较以年产300吨为例：HuafengChiang51.磷酸铁锂产业化现状简要分析（1）草酸亚铁路线仍然是目前最主流的合成路线，但设备依存度较高，生产周期比较长，形貌调控问题是该路线的难点，导致稳定性不理想。（2）氧化铁工艺路线比较成熟，产业化基础强，稳定性好，但V系路线的市场竞争力较弱，在成熟市场会面临挑战；复合路线在成本和性能做了很好的兼顾，成本方面也有较大优势。（3）磷酸铁路线成本比较高，仅磷酸铁一项就达到原材料成本的50%以上，必须大幅削减成本，才能让其优质的电性能和市场价格相匹配。技术路线不统一，说明目前的磷酸铁锂市场仍然不成熟，预示整个产业还处于“从有到优”的竞争阶段，稳定性是现阶段的重点，V系工艺会有较好的表现，在下一个阶段”从优到廉“的发展过程中，复合路线和磷酸铁将成为发展的主流，毕竟“稳定性，加工性，电特性”才是符合动力电池产业发展的主流特征。HuafengChiang62.工艺路线的发展探讨铁源追溯草酸亚铁氧化铁红磷酸铁硫酸亚铁磷酸草酸氢氧化钠氢氧化钠双氧水双氧水氨水还原铁粉工业硫酸HuafengChiang72.工艺路线的发展探讨磷源追溯HuafengChiang82.工艺路线的发展探讨锂源追溯电池级碳酸锂制备工艺：（1）用盐酸中和氢氧化锂至一定pH值，然后加入草酸铵和氯化钡除去钙和硫酸根离子。（2）然后用氢氧化锂条件调节一定pH值，加入双氧水将亚铁离子氧化成铁离子，在弱碱性条件下除去铁离子。（3）为了提高锂的回收率，加入碳酸铵沉锂；（4）通入CO2将碳酸锂进一步氢化；（5）通过离子交换树脂深度除去钙、镁离子，然后将LiHCO3溶液加热结晶得到99.9%电池级碳酸锂。HuafengChiang92.工艺路线的发展探讨原材料小结磷源合成离不开工业磷酸，锂源都是由氢氧化锂作为中间产物。合成磷酸铁锂的基础原料可简单分为3种：（1）工业磷酸；（2）硫酸亚铁；（3）氢氧化锂；归根到底，固相法和溶液法所用的原料完全相同，不同的工艺路线只是原材料的不同排列组合而已；很显然物质利用率越高的搭配组合可以实现较低的原材料成本。工艺路线（铁源选择）产率（%）百分比（%）备注草酸亚铁47.657.3两次烧成，有机体系氧化铁红1（V系）83.1100水系氧化铁红2（复合）66.479.9水系或有机系磷酸铁68.6（81.4）98.0水系HuafengChiang102.工艺路线的发展探讨烧失率统计很显然，氧化铁红1路线和磷酸铁路线物质利用率最高，但由于目前磷酸二氢锂和磷酸铁的价格压力较大，成为制约其路线发展的关键！HuafengChiang112.工艺路线的发展探讨成本比较前提（1）草酸亚铁产业化路线：有机溶剂（考虑回收），二次静态热处理工艺；（2）磷酸铁产业化路线：水系体系，一次静态热处理工艺。生产线按年产300吨配置，实际产量按每月12吨来核算，设备利用率约50%。项目成本（元/吨）成本比例（%）备注原材料4220063.21考虑溶剂回收水力和电力700010.49人力成本1270019.02折旧费用48617.28折旧基数：700万元合计66761100不考虑回收，每吨成本增加16000元。HuafengChiang122.工艺路线的发展探讨亚铁项目核算草酸亚铁工艺路线核算（以月产12吨为例）：项目成本（元/吨）成本比例（%）备注原材料5950072.05磷酸铁成本在总体成本比例50%以上。水力和电力76009.20人力成本1270015.38折旧费用27783.36折旧基数：400万元合计82578100HuafengChiang132.工艺路线的发展探讨磷酸铁项目核算磷酸铁工艺路线核算（以月产12吨为例）：HuafengChiang142.工艺路线的发展探讨工业化路线成本小结通过上述分析得出以下结论：（1）草酸亚铁工艺路线的成本可控制在7万以下，由于目前国内大部分厂家设备投资额有限，溶剂回收利用率低，实际成本控制在8万左右；该路线原材料价格比较成熟。（2）磷酸铁成本占据总成本的50%以上，需在现有幅度下降35%左右才能在成本和电性能优势方面更具竞争力。（3）氧化铁红路线原材料成本约在5.5万左右，总体成本在8万左右，磷酸二氢锂材料单项比例约50%左右。HuafengChiang152.工艺路线的发展探讨正磷酸铁工艺流程主要生产设备一览表序号规格型号设备名称材质数量12000L反应釜SU316L322000L高位槽SU30413800mm离心机SU316L342000L干燥箱SU30425100Kg/h粉碎机SU3041HuafengChiang162.工艺路线的发展探讨主要生产设备序号名称单价(元/吨）吨耗用量（吨）吨耗费用（元）成本比例（%）1硫酸亚铁46001.52699258.532工业磷酸40000.62248020.763氢氧化钠25000.4511259.424氧化剂12001.00120010.045去离子水1015.001501.26产品正磷酸铁11947产率95%12576元/吨HuafengChiang172.工艺路线的发展探讨磷酸铁原料成本核算考虑到加工费用、设备折旧等预计正磷酸铁总体成本控制在2万元以下;按照目前磷酸铁锂生产工艺，磷酸铁锂单吨总成本可以控制在5.5万以内。HuafengChiang182.工艺路线的发展探讨硫酸亚铁精制的意义当前我国绝大部分钛白粉仍采用传统的硫酸法生产工艺,采用硫酸法生产一吨钛白将产生3.5～4t的绿矾，年副产绿矾量255～340万t。钛白生产的副产物废渣绿矾除含有约90%亚铁盐外，还含有Ti、Mn、Mg、Al、Si、Cu等多种杂质。而其高附加值利用途径要求硫酸亚铁的纯度达到99%以上,主要体现在氧化铁颜料、磁性材料和磁粉工业。HuafengChiang192.工艺路线的发展探讨硫酸铁的提纯和精制高纯硫酸亚铁成本每吨成本可控制在2500元以内，保守估计磷酸铁成本每吨可节省4000元左右。项目成本（元/吨）成本比例（%）备注原材料3200058.10磷酸铁成本在总体成本比例35%以下。水力和电力7600人力成本12700折旧费用2778折旧基数：400万元合计55078成本下降27500元HuafengChiang202.工艺路线的发展探讨磷酸铁成本变化磷酸铁工艺成本变化（以月产12吨为例）：HuafengChiang212.工艺路线的发展探讨磷酸铁锂成本变化磷酸铁合成路线在未来的发展中将克服成本方面的障碍，体现更优良的性价比，该路线符合动力电池产业对正极材料的需求。随着生产量的扩大，人力成本和折旧费用可下降50%以上。成熟市场的磷酸铁锂价格最终会降至在6万区间内！HuafengChiang222.工艺路线的发展探讨锂电池设计比较（1）磷酸铁锂1.5安时18650型电池：正极片：面密度300g/m2，压实密度2.3g/ml；活性物质含量90%。（2）锰酸锂1.4安时18650型电池：正极片：面密度380g/m2，压实密度2.8g/ml；活性物质含量92%。（3）镍钴锰酸锂2.1安时18650型电池：正极片：面密度380g/m2，压实密度3.6g/ml；活性物质含量92%。负极采用中间相碳微球（MCMB），正负极粘结体系均采用有机体系。物质名称单项成本1（元）成本比例（%）单项成本2（元）备注磷酸铁锂1.57621.196.5万（10万）（1）成本1以磷酸铁锂每吨销售价13万来计算；（2）成本2以磷酸铁锂每吨销售价6.5万和10万来计算。隔膜1.25116.83壳体1.00013.45碳微球0.91212.26电解液0.7299.80其它1.96826.47合计7.4361006.648（7.072）实际成本预估8.923元7.978（8.487）每Ah成本5.949元/安.时5.318（5.658）每Wh成本1.859元/瓦.时1.662（1.768）HuafengChiang232.工艺路线的发展探讨磷酸铁锂电芯成本核算磷酸铁锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型1.5Ah电池为例）：物质名称单项成本1（元）成本比例（%）单项成本2（元）备注锰酸锂1.24117.111.862（23.65%）（1）成本1以锰酸锂每吨销售价8万来计算；（2）成本2以锰酸锂每吨销售价12万来计算。隔膜1.41519.51壳体1.00013.79碳微球0.92112.70电解液0.73110.08其它1.94426.81合计7.2521007.873实际成本预估8.702元9.448每Ah成本6.216元/安.时6.748每Wh成本1.680元/瓦.时1.824HuafengChiang242.工艺路线的发展探讨锰酸锂电芯成本核算锰酸锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型1.4Ah电池为例）：物质名称单项成本1（元）成本比例（%）单项成本2（元）备注镍钴锰酸锂4.93341.62（1）成本1以三元系每吨销售价30万来计算；（2）成本2以三元系每吨销售价18万来计算。隔膜1.49412.60壳体1.0008.44碳微球1.0889.18电解液1.0859.15其它2.25219.00合计11.852100实际成本预估14.222元每Ah成本6.773元/安.时每Wh成本1.881元/瓦.时HuafengChiang252.工艺路线的发展探讨三元系电芯成本核算镍钴锰酸锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型2.1Ah电池为例）：物质名称磷酸铁锂1磷酸铁锂2磷酸铁锂3锰酸锂镍钴锰酸锂每Wh成本(元）1.8591.7681.6621.6801.88136V10Ah电池组成本669.2636.5598.32604.8677.1642V24Ah电池组成本1873.91782.11675.31693.41896.0320V120Ah电池组成本71385.667891.263820.864512.072230.4400V300Ah电池组成本223080212160199440201600225720HuafengChiang262.工艺路线的发展探讨车用电池成本分析HuafengChiang272.工艺路线的发展探讨成本定价策略探讨设定磷酸铁锂价格为Pf，锰酸锂价格为Pm，当两者wh成本相等时满足下面关系式：(5.86+1.576*Pf/13)/1.5/3.2=(6.011+1.241*Pm/8)/1.4/3.7;Pf=1.186Pm-23.917;上面涉及成本为每公斤单价，单位为元/公斤。HuafengChiang282.工艺路线的发展探讨成本对比曲线图HuafengChiang292.工艺路线的发展探讨正极材料点评就现状而言，锰酸锂材料因为良好的加工性和较低的成本在便携式电子产品和动力电池等领域都有广阔的应用；但随着磷酸铁锂正极材料成本的持续下降，锰酸锂的市场空间