[精品文档]电动汽车用高性能磷酸铁锂动力电池研发及产业化项目可行性报告.docx
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1、一立项依据(一)项目地目地及意义在石油资源日渐短缺、环境污染日益严重地今天-,能源资源、环境与人类社会地与谐发展日益成为关注地焦点-,寻求开发传统石化能源地替代能源、实现无害资源产业发展、谋求人与环境地与谐-,实现汽车等主流交通工具能源供给清洁化显得尤为迫切。今天电动汽车地广泛应用已经成为了现实-,高能密度大容量、低成本电池地需求愈来愈强烈。全世界现在运行着近5亿辆轿车-,其尾气是造成大气污染地主要原因之一。随着全世界石油资源地逐渐枯竭一,必须寻找合适地替代能源。上世纪90年代以来-,全球汽车大公司纷纷转向研究动力汽车投入巨资展开激烈角逐。丰田公司应用混合动力技术地PriUS车于2005年在中
2、国上市-,引领全球汽车界向绿色节能方向发展。根据丰田汽车公司地测试-,Prius轿车在城市工况下比同等排量地花冠轿车节油44.4%;在市郊节油29.7%-,综合节油40.5%0我国也于十五期间启动实施了电动汽车重大专项-,顺应了世界汽车产业地发展潮流-,对于提升我国汽车工业地核心竞争力-,实现跨越式发展发挥了重要作用。根据中国汽车工业发展规划地要求-,中国电动汽车产业地发展目标是:到2010年-,电动汽车保有量占汽车保有量地年生产销售电动汽车150万辆以上;到2030年-,电动汽车保有量占汽车保有量50%以上-,年生产销售电动汽车100O7950万辆。目前电动车动力电池主要有四种:铅酸电池、银
3、氢电池、银镉电池与锂动力电池。从现在地水平看还各有优势-,但随着人们环境意识地逐渐提高-,以及铅酸电池银氢电池、银镉电池自身地劣势-,它们必将逐渐退出历史舞台-,因此锂离子动力电池具有广阔地应用前景。在这种背景下-,作为电动汽车能源供给之源一一电源地研究显得非常重要。如上所述-,在现有地各种动力电源系列产品中锂离子电池具有最良好地应用前景-,但是锂离子电池因所用电极材料体系不同其性能又有着千差万别。现在研究较为成熟地正极材料钻酸锂-,由于其安全性较差-,只作为常规地中小容量电池地正极材料-,基本上不具备制作大容量高功率动力电池地可能性。磷酸铁锂电池是近几年来开始引起广泛关注地新型锂离子电池-,
4、由于磷酸铁锂(LiFePo4)材料具有比能量高循环寿命长、结构稳定安全性能好成本低廉-,作为动力电池具有质量比能量高单位价格/寿命低工作电位高等诸多优势;另外磷酸铁锂材料无任何有毒有害物质不会对环境构成任何污染-,被世界公认为绿色环保电池材料-,该材料无论在生产及使用中均无污染-,它正成为中大容量、中高功率锂离子动力电池首选地正极材料。磷酸铁锂电池作为动力型电源-,必将成为铅酸、镁氢及镒钻等系列电池最有前景地替代品。因此-,磷酸铁锂电池被认为是标志着“锂离子电池一个新时代地到来”。聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点-,用铝塑复合薄膜制造电池外壳不会产生漏液与燃烧、爆炸等
5、安全性地问题-,可提高整个电池地比容量-,同时电池地工作电压与充放电循环寿命等电化学性能比液态锂离子电池有所提高。本项目充分利用磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料与聚合物锂离子电池地优越性-,开发新型容量具有40-60Ah高功率聚合物LiFePO,动力电池产品。利用聚合物电池本身特有地安全性能使大容量高功率聚合物LiFePo4动力电池地安全性得以进一步提高-,提升综合电化学性能满足汽车对能源供给地需求。二十一世纪可谓是“呼唤绿色环保”地时代-,不但要求人们注重节约能源-,更重要地是要求人们更加注重居住环境与绿色环保-,以实现社会地可持续发展。我国石油资源比较贫乏-,并且燃油与尾气排放地污染物是
6、大气污染地主要污染源-,不利于环境保护与社会可持续发展。为此中国发展电动车无疑是未来社会发展地必然要求-,也是符合绿色环保革命地需求-,更是一种实现社会可持续发展地工具。本项目提出采用高安全性磷酸铁锂作为正极材料制备聚合物动力电池-,将寻求解决困扰科研工作者多年地电池安全性问题-,同时也将为全国地汽车工业注入新地活力-,提高产品地竞争力-,并将有效地避免由于汽车尾气而造成地环境污染问题。目前电动汽车更加广泛地推广应用最主要地困难在于高性能动力源技术不能够得到有效地解决-,现有电池产品难以满足汽车对寿命、动力性能等地要求。本项目地实施即着眼于这些问题地解决-,项目地实施将提供电动汽车动力源供给方
7、案-,有效解决目前所面临地技术瓶颈-,为电动汽车地广泛应用提供高性能低成本地动力源-,使电动汽车产业发展不再负重前行。(二)国内外技术发展现状与趋势目前锂离子电池已经广泛应用于手机笔记本电脑等领域-,并有着不俗地表现-,但是如何将锂离子电池应用于动力领域还面临诸多问题。如何把锂离子电池容量与体积做大地同时又能够使电池电化学性能与安全性能得到保障-,一直是制约动力锂离子电池发展地瓶颈-,同时一直制约着电动车工业发展。由于锂离子电池能量密度高-,在过充电短路热冲击等状态下-,电池容易发生燃烧或爆炸-,造成较大地伤害。动力型锂离子电池诸如此类地问题一直是人们关注地焦点与国内外研究地热点。目前动力电池
8、产品普遍面临地问题主要有以下几个方面:(1)电池安全性得不到保障。目前中小容量锂离子电池地产业化已经非常成功。但是由于大容量高功率锂离子动力电池地安全性问题得不到有效解决-,一直制约着其产业化地发展-,因为电池容量愈大-,其一旦失控所造成地危害就愈大。所以如何解决锂离子动力电池地安全性问题已经成为困扰其产业化发展地根本性问题。(2)电池容量有限-,未能实现突破。续驶里程短是困扰动力电池在电动车上广泛应用地一大难题。目前市场上使用地电动汽车一次充电后地续驶里程一般为100300km-,并且这个数字通常还需要保持适当地行驶速度及具有良好地电池调节系统才能得到保证-,而绝大多数电动汽车在一般行驶环境
9、下地续驶里程只有50100kmo比起传统燃油汽车而言电动汽车地较短续驶里程成为其致命地弱点。要解决电动汽车地续驶里程必须从根本上解决其动力源一电池容量问题。能否有效提高蓄电池容量已经成为其在电动车领域能否获得广泛应用地制约因素。(3)电池循环寿命短。普通蓄电池充放电次数仅为30400次即使性能良好地蓄电池充放电次数也不过700900次-,按每年充放电200次计算一,一个蓄电池地寿命最多为4年-,与燃油汽车地寿命相比太短。另外-,不同类型地电池在性能方面都有各自地优势与不足-,例如铅酸电池成本低-,原材料丰富且易于回收-,但续驶里程短、加速动力差且寿命短。银镉电池加速动力足、寿命较长。但其成本高
10、、可回收性差。钠硫电池地比能量较高-,能够提供较长地续驶里程。但它要求地工作环境较苛刻。且其活性物质具有强腐化性并易爆炸。就整体来看。成熟电池地寿命都相对较短。为此开发新型动力电池成为了促进电动车发展地关键。(4)电池质量与尺寸制约。现有电动汽车所使用地电池都不能在储存足够能量地前提下保持合理地尺寸与质量。如果电动汽车自身装备质量大-,就会影响加速性能与最大车速地提高。例如-,现有电动汽车电池地外体积一般要达到550Lo当把这么大体积地电池用于家庭轿车上时-,就必然要挤占轿车地行李厢空间。为此开发单位体积容量大地电池就成为了当务之急。(5)电池价格昂贵。主要是电池技术复杂-,成本太高;另外也由
11、于采用一系列新材料、新技术-,增加了电动汽车地制造成本-,同时也使动力电池地应用受到了极大地限制。电动汽车蓄电池地价格约为100美元kwh-,甚至有地高达350美元kwh-,成本太高-,用户难以承受。为此制造生产价格相对较低地电池成为了动力电池获得广泛应用地关键性问题。对环境地污染严重。目前使用地动力电池主要为铅酸动力电池、银氢电池银镉电池。铅酸电池中地铅-,银镉电池中地镉从开采、冶炼到生产地排污-,都会对环境造成污染。另外在其废弃后若处理不当-,仍将对环境造成二次污染。所以开发从正极材料地制备到电池地生产使用以及废弃后对环境无污染地正极材料动力电池已经势在必行。因而-,如何解决动力电池安全性
12、问题、容量问题、寿命问题电池尺寸与重量问题电池地成本问题与环保问题成为动力锂电池商品化地关键。本项目提出采用高安全性磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料-,同时应用于聚合物体系中-,一方面利用磷酸铁锂与聚合物电池自身地高安全性来解决电池在各种苛刻条件下工作地安全问题-,另一方面利用磷酸铁锂正极材料成本比钻酸锂大为减少-,同时具有比容量较大、安全性能好、循环性能优异、环境友好等特点实现对动力起也安全容量寿命重量成本与环保问题地有效解)夬。目前国内外研究地磷酸铁锂动力电池主要是液态锂离子电池。磷酸铁锂及其液态锂离子电池正逐步进入产业化阶段-,国际上仍以美国地VaIenCe、PhostechA123与日本
13、地Sanyo、SOny等公司为代表-,在大力发展以LiFePo4为正极地安全型高容量锂离子电池系列。以ValenCe公司为例-,近期开发了N-Charge、VLNC2590U-Charge及K-Charge四个系列-,其中后二个系列为动力电池-,UYharge为12.8V、40130Ah电池组-,K-charge为25.651.2V4892Ah电池组-,比能量为91.610lWhkgx能量密度在130145WhL-,除了优良地安全性外-,可在-20-60放电-,及-40C60C储存。U-Charge电池质量比铅酸电池轻了36%-,其一次充电后运行时间是铅酸电池地2倍-,循环寿命前者达后者地67
14、倍-,考虑80%De)D地循环运行费用及购买电池价格-,用户使用U-Charge地费用仅为铅酸电池地44%-,其市场前景广阔。国内咸阳威力克能源有限公司-,广州市鹏辉电池有限公司-,天津力神、东莞ATL、台湾必翔等都成功地开发了一些小型地锂离子动力电池-,但是大容量高功率磷酸铁锂动力电池地工艺开发还未成功。国内还有锂离子动力电池地开发厂家有深圳雷天公司苏州星恒公司、中信国安盟固利公司等-,但是他们普遍以钻酸锂镒酸锂作为电池地正极材料-,所装配地电池地安全性得不到保证-,在条件比较苛刻地情况下运行-,电池容易起火燃烧甚至爆炸。如2004年10月由深圳某公司生产地TS-LP8581A(100AH)
15、电池按照14个单体串联一组-,48V100Ah电池组供应给韩国一电动车研发公司-,在一次充电时电池组发生燃烧。东莞市迈科科技有限公司联合天津大学此时介入了大容量高功率锂动力电池地研究开发中正当其时-,其充分利用磷酸铁锂正极材料与软包装聚合物锂离子电池本身特有地安全性能与电化学性能-,研究开发大容量高功率磷酸铁锂聚合物锂离子动力电池-,以便能彻底解决困扰钻酸锂、镒酸锂体系地锂离子动力电池瓶颈问题-,这是时刻关注国际动力电池最新进展地所作出地战略性决策。目前已经完成了磷酸铁锂材料地先期合成工作与6-8Ah电池地开发工作。材料性能达到了美国VALENCE公司材料地标准-,产品符合相关检测标准-,性能
16、优良。聚合物磷酸铁锂动力电池制作工艺技术地开发在整个项目过程中最为重要。在国民经济与社会发展第十一个五年规划纲要、国家中长期科学与技术发展规划纲要中将发展高效二次电池材料及关键技术作为重点支持地产业-,本项目是符合产业政策与产业发展方向地-,利用迈科科技有限公司强大地研发队伍产业基础强大资金支持与天津大学雄厚地研发力量-,双方联合开展技术攻关-,已经具备了开发大容量高功率磷酸铁锂聚合物动力电池地能力。(三)项目地产业化前景分析伴随着世界性燃料储量日益减少地危机-,以及环境污染地日益严重-,尽快发展以蓄电池为主要动力源地交通工具显得迫在眉睫。但传统蓄电池做为一种大功率-,大容量地动力电源-,并没
17、有解决其本身地致命弱点:比能量低(一次性充电达不到理想地续驶里程);比功率小(加速爬坡能力低-,在大电流放电时很难趋于平衡状态)O锂动力电池地产生-,为使用大功率大能量地驱动设备提供了新地憧憬。根据锂动力电池地性能(包括充放电特性-,温度特性-,循环寿命-,自放电性-,安全性)地综合分析与实际验证-,锂离子动力电池地应用前景之广阔-,使用范围之宏大-,是无法估量地。锂动力电池现在已具备广泛进入市场地能力-,这种电池地优点是体积小-,比能量大-,其可做为一种轻便可移动式地动力电源走向市场。已经引起所有地电动车厂家地密切关注。鉴于中国国情地客观因素-,电动自行车-,这种介于机动车与非机动车之间地代
18、步工具-,更突出了它诸多地优点与实用性。2004年全国地电动自行车地产量达到675万辆-,产值达到140亿元人民币-,2005年电动自行车地产量达到700万辆。未来我国大中城市电动自行车将逐步替代自行车成为主要地交通工具之一-,国内市场年产销量将维持在800万辆左右2010年全社会电动自行车保有量将突破3000万辆。但这需要电动车企业不断提高产品生产技术-,保持质量地稳定-,降低产品成本-,同时更注重环保-,逐步实现电池地新型高效-,替代铅酸电池地应用。由于所有地传统二次电池都不能满足于自行车那种轻巧灵便地需要-,电机生产厂商最后都把目光盯住了锂动力电池。锂动力电池-,做为电动自行车最理想地驱
19、动源泉-,其市场保有量会随着电动自行车地逐渐增加而增加。在电驱动自行车现在已经形成了市场地基础上-,电动摩托车市场规模也在不远地将来逐渐形成。其实采用电驱动摩托车在国外一些先进技术地国家与地区早已研制开发-,所有配件已经完美成熟。但始终因为电池问题-,最主要地是续驶里程与速度达不到理想地指标而叹惜。传统电池组装地摩托车用庞大笨重地电池组合-,其续驶里程仍然达不到理想地要求。只能跑4045km-,最高时速也只有4050km.锂动力电池地产生-,给电动摩托车地研发者带来新地希望-,在国内-,各大摩托车厂商也瞄准了锂动力电池为动力研发。这种局面无疑给锂动力电池地未来市场创造了无限地商机-,其市场辉煌
20、地前景是无法估量地。当锂离子动力电池做为电动轿车地研发目标已经取得了成功了地时候-,中巴、大巴做为城市无污染零排放地交通工具已经列为世界上各先进城市地改造热点。电动小轿车是城市绿色环保交通工具地亮点一,全世界现在运行着近5亿辆轿车-,其尾气污染是造成大气污染地很重要地原因。随着全世界石测资源地逐渐枯竭-,只有发展电动轿车才是汽车行业发展地唯一出路。一辆电动轿车需50100支地锂动力电池-,电动轿车产业化以后-,需要多少只电池满足市场地需求-,现在还是个未知数一,但可以乐观估计其市场份额将十分可观。从今年起在未来五年内-,世界范围内将全面强制性实施新出厂轿车由原来12V蓄电池改为36V蓄电池。现
21、代轿车注重车载电子系统地现代化-,现代化地车载电子系统-,无一例外地需要电源。1只12V120Ah地蓄电池怎能满足诸多电子系统地需要?而使用铅酸电久以来电动汽车地发展缓慢地制约性因素在于其动力供给系统不能够满足汽车对动力性能地需求以及动力系统核心部件一一电池成本过高。本项目实施在于开发40-6OAh地LiFePO4动力电池将就动力性能及成品成本两面如何解决目前电动汽车发展中面临地问题。项目开发地目标产品着眼于电动汽车地实际应用-,目标产品能够实现电动汽车对与电池能量密度循环寿命工作温度电池性能一致性地要求。由此我们不难推断项目地实施对于电动汽车产业地重大意义-,是对当前“国家振兴汽车产业政策”
22、地有力响应。(2)环保效益。从社会方面来看-,目前-,普遍使用地动力电池是铅酸电池银镉电池-,由于铅镉有毒-,会对环境造成极大地污染所以开发价格便宜、对环境友好地LiFePO4电池并实现产业化投向市场-,不仅可以保护有限宝贵地矿藏资源-,还可以减小环境污染-,改善人类生存环境地质量。广东省是中国地工业化程度比较高地省份之一-,汽车尾气也成为城市污染地公害-,发展电动汽车是减少我省地城市污染地重要途径之一。汽车尾气也成为城市污染地公害-,发展电动汽车是减少我省地城市污染地重要途径之一。低成本地大容量高功率LiFePO4动力电池地成功开发并投产是保障动力电池能成功走向市场地重要因素。(3)促进电池
23、行业技术升级与增强项目承担企业地市场竞争能力。本项目地成功实施对促进电池行业技术升级具有重大意义-,通过本项目地成功实施可以解决制约动力型锂离子电池发展地各种问题与障碍-,打破动力型锂离子电池发展、应用地瓶颈-,将从根本上扩大动力型锂离子电池地应用市场-,彻底解决目前锂离子动力电池应用所面临地各种问题-,增强整个行业在产业链发展中地作用。从项目承担单位来说-,本项目地开展将会培养大批地技术人才-,直接增强公司地技术力量。另外-,在研发过程中经验工艺数据地积累与最终动力型电池标准地制定都将直接促进公司技术水平与行业技术水平地升级。(4)带动相关行业地发展-,促进珠三角地区产业升级。珠三角地区是我
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