磷酸铁锂生产项目.doc

一 一一 一、 、 、 总论 总论总论 总论 1.1 项目名称 项目名称 项目名称 项目名称 电池正极材料磷酸铁锂生产 电池正极材料磷酸铁锂生产 电池正极材料磷酸铁锂生产 电池正极材料磷酸铁锂生产项目 项目项目 项目 1.2 建设内容及规模 建设内容及规模 建设内容及规模 建设内容及规模 建设内容为一条年产 200 吨磷酸铁锂材料的生产线，及其配套土地、建筑。 本技术包含多条工艺路径。本建议书所选择的为投资额最大且成本最高的路径，因此各种测算均采用最保守条件下数据。 1.3 概算投资 概算投资 概算投资 概算投资 本项目建议投资 1000 万元。（含土地、基建、流动资金等费用）其中： 设备总投资 402 万元；（生产设备为 362 万元，检测设备为 39.75 万元） 土地、土建约 250 万元； 流动资金约 250 万元； 其余为试验费、外协费等其它费用。 1.4 效益分析 效益分析 效益分析 效益分析 年产值为 3000 万元/年； 年毛利约 1764 万元/年；（含人工、水电，不含设备折旧、税费） 毛利润率为 142.72%。 二 二二 二、 、 、 背景 背景背景 背景介绍 介绍介绍 介绍 2.1 电池 电池电池 电池概述 概述概述 概述 2.1.1 定义 定义定义 定义 电池的定义是将辐射能或化学能直接转变成电能的直流电压源。 广义的电池 广义的电池 广义的电池 广义的电池既包括化学电池，也包括其它能量转换电池，如太阳能电池、温差电池、核电池等。 化学电池 化学电池 化学电池 化学电池是指通过电化学反应，把正极、负极活性物质的化学能，转化为电能的一类装置。 狭义的电池 狭义的电池 狭义的电池 狭义的电池是指不包括有特殊工作机制的如金属空气电池、燃料电池等在内的化学电池。 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 2本文中主要涉及的是狭义的电池。 2.1.2 分类 分类分类 分类 电池主要分为原电池 原电池 原电池 原电池和蓄电池 蓄电池 蓄电池 蓄电池两类。 原电 原电原电 原电池 池池 池是一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应直接转换成电能输出的装置。由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差，放完电后，不能重复使用，故又称一次电池 一次电池 一次电池 一次电池。常见的一次性电池包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池（指正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是单质锂的电池，与锂离子电池不同，目前通常被称作“锂电池”的事实上是锂离子电池，而非传统意义上“锂电池”）、锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池。 蓄电池 蓄电池 蓄电池 蓄电池的原理是通过将化学能和直流电能相互转化，在放电后经充电后能复原，从而达到重复使用效果，故又称可充电电池 可充电电池 可充电电池 可充电电池。 由于一次电池与本文关系不大因此不展开讨论，且本文中不做特别说明的电池即为蓄电池的缩写。 2.1.3 常见蓄电池 常见蓄电池 常见蓄电池 常见蓄电池 常见的蓄电池包括铅酸电池、镍铁电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等几种。 铅酸电池 铅酸电池 铅酸电池 铅酸电池：是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。一般由正极板、负极板、隔板、电池槽、电解液和接线端子等部分组成。正极板为二氧化铅板(PbO2)，负极板为铅板(Pb)。放电后，正负极的主要成分均转变为硫酸铅；充电后，在荷电状态下，正极主要成分回复为二氧化铅，负极主要成分回复为铅。由法国人普兰特于 1859 年发明，已经历了 150 余年的发展历程。铅酸电池的标称电压是 2.0V，能放电到 1.5V，能充电到 2.4V。其优点 优点优点 优点是发展多年技术成熟，价格低廉。但缺点 缺点缺点 缺点非常多，例如储能密度极低；寿命短；强酸性、含铅量巨大，拆解后污染严重；电解液为液态强酸，易泄漏，腐蚀严重；气体排放量大，不能密封；除被称为所谓“免维护电池”的阀控型电池以外，需要定期注酸维护等等。 镍铁电 镍铁电 镍铁电 镍铁电池 池池 池：阴极是氧化镍，阳极是铁，电解液是氢氧化钾。这种电池的电压通常是 1.2V。由爱迪生发明，也是一种历史悠久的电池品种。相对铅酸电池来说，能量密度高、充放电能力强、低温性能好、自放电率低，但它的这些相对优势对比于镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池又成为了劣势，且成本远高于铅酸电池。早已逐步被淘汰出了市场。 镍镉电池 镍镉电池 镍镉电池 镍镉电池： ： ：镍镉电池（NiCd，NickelCadmiun Batteries, NiCd Rechargeable Battery）是最早应用于手机、超科等设备的电池种类，它具有相对良好的大电流放电特性、耐过充放电能力强、维护简单，一般使用以下反应放电： Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2 充电时反应相反。镍镉电池最致命的缺点 缺点缺点 缺点是，在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短。所谓“记忆效应”就是电中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 3池在充电前，电池的电量没有被完全放尽，久而久之将会引起电池容量的降低，在电池充放电的过程中（放电较为明显），会在电池极板上产生些许的小气泡，日积月累这些气泡减少了电池极板的面积也间接影响了电池的容量。而且其能量密度的优势尚不及镍氢电池，也已被淘汰出了主要竞争领域。 镍氢电池 镍氢电池 镍氢电池 镍氢电池：是由氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池多 30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差。镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属互化物。许多种类的金属互化物都已被运用在镍氢电池的制造上，它们主要分为两大类。最常见的是 AB5一类，A 是稀土元素的混合物（或者）再加上钛（Ti）；B则是镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn），（或者）还有铝（Al）。而一些高容量电池的“含多种成分”的电极则主要由 AB2构成，这里的 A则是钛（Ti）或者钒（V），B 则是锆（Zr）或镍（Ni），再加上一些铬（Cr）、钴（Co）、铁（Fe）和（或）锰（Mn）。所有这些化合物扮演的都是相同的角色：可逆地形成金属氢化物。电池充电时，氢氧化钾（KOH）电解液中的氢离子（H+）会被释放出来，由这些化合物将它吸收，避免形成氢气（H2），以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时，这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。镍氢电池与镍镉电池相同都有记忆效应 记忆效应 记忆效应 记忆效应。因此定期的放电管理也是必需的。这种定期放电管理属于模糊状态下被处理，甚至也有些在不正确的知识下进行放电（每次放电或者使用几次后进行放电都因公司的不同而有所差异）这种烦琐的放电管理在使用镍氢电池时是无法避免的。相对的锂电池而言因为完全没有记忆效应，在使用上非常方便简单。它完全不必理会残余电压多少，直接可进行充电，充电时间自然可以缩短。镍氢电池具有较高的自放电效应 较高的自放电效应 较高的自放电效应 较高的自放电效应，约为每个月 30%或更多。这要比镍镉电池每月 20%的自放电速率高。电池充得越满，自放电速率就越高；当电量下降到一定程度时，自放电速率又会稍微下降。电池存放处的温度对自放电速率有十分大的影响。 锂离子电池 锂离子电池 锂离子电池 锂离子电池：是现代高性能电池的代表。它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。锂离子电池能量密度 能量密度 能量密度 能量密度大 大大 大，平均输出电压高，以每一个单元电池的电压来看，镍氢与镍镉都是 1.2V，而锂电池确为 3.6V，锂电池的电压是其他两者的 3 倍。并且同型电池的重量锂电池与镍镉电池几乎相等，而镍氢电池却比较重，可知每一个电池本身重量不同，但锂电池因 3.6V 高电压，在输出同等电压的情况下使的单个电池组合时数目可减少 2/3 而使成型后的电池重量和体积减小，比能量高 34 倍于 NiCd， 23 倍于 NiMH；自放电小 自放电小 自放电小 自放电小，每月在 2%以下（可恢复）大大低于 NiCd的 2530%，Ni、MH的 3035%；没有记忆效应 没有记忆效应 没有记忆效应 没有记忆效应；工作温度范围宽 工作温度范围宽 工作温度范围宽 工作温度范围宽为2060；循环性能优越 循环性能优越 循环性能优越 循环性能优越；可快速充放电 可快速充放电 可快速充放电 可快速充放电；充电效率高 充电效率高 充电效率高 充电效率高达 100%，其它电池在充电过程中都有一定的能量损耗；输出功率大 输出功率大 输出功率大 输出功率大；使用寿命长 使用寿命长 使用寿命长 使用寿命长；必须部分 必须部分 必须部分 必须部分不含有毒有害物质 不含有毒有害物质 不含有毒有害物质 不含有毒有害物质，被称为绿色电池。但也有以石墨为负极时存储温度导致衰老；不耐过充、过放、过温，需要保护电路；除磷酸铁锂电池以外有气体排放，会燃烧爆炸；隔膜要求高；成本高等缺点 缺点缺点 缺点。但这些缺点相较于其优点来说就显得微不足道了，因此锂离子电池是目前电池行业的主要发展方向。而且锂离子作为易于捕获、脱嵌，和导电性良好的最小的金属离子，目前已基本从理论上被证明是最好的介质，所以锂离子电池成为电池技术发展的唯一中心已无可争议，需要研究的仅为具体的品种问中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 4题。 2.2 锂离子电池概述 锂离子电池概述 锂离子电池概述 锂离子电池概述 2.2.1 常见锂离子电池 常见锂离子电池 常见锂离子电池 常见锂离子电池 常见锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂钒氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍钴氧化物、磷酸铁锂等。 钴酸锂 钴酸锂 钴酸锂 钴酸锂（LiCoO2）：正极材料为层状结构，空间群为 R3m，氧原子构成立方密堆序列，钴和锂则分别占据立方密堆积中八面体的 3(a)与 3(b)位置；在充放电过程中，材料的结构保持稳定，具有比较好的循环性能，而且 LiCoO2在可逆性、放电容量、充电效率、电压稳定性等各方面性能均最好。在锂离子电池正极材料中，钴酸锂是迄今为止制备方法比较简单的材料，其生产工艺最为成熟，用其制造的电池的性能最为可靠，是获得了最广泛商业应用的锂离子电池的正极材料；钴酸锂还具有较高的容量和较长的使用寿命，当前国内外锂离子电池生产企业以使用钴酸锂材料为主。由于钴属于战略物资，在中国未发现大规模有开采价值的钴矿，钴资源基本依赖进口，价格昂贵，安全性较差，限制了锂离子电池在广泛领域中的推广应用。并且钴元素对环境污染严重。 锂镍氧化物 锂镍氧化物 锂镍氧化物 锂镍氧化物（LiNiO2）：LiNiO2 是目前研究的各种正极材料中电容量最高的系列，是非常有希望的高电压电池活性材料， LiNiO2曾被认为是最有希望成为LiCoO2的替代材料之一，其容量（190210mAh/g）远远高于 LiCoO2材料（135 mAh/g），而且自放电率低，对环境无污染，在价格和资源上也比 LiCoO2有优势。法国 SAFT 和日本“新阳光计划”均在致力于 LiNiO2与其他正极材料替代品的开发，用以提高锂离子电池的电容量和降低其成本；国内也有不少单位在这方面进行研究，但是投入均相对较少，进展较慢。锂镍氧化物的主要缺点在于合成条件苛刻，合成条件的细微变化会导致非化学计量锂镍氧化物的生成，其结构中锂离子和镍离子的无序分布，使电化学性能恶化，能量密度下降。另外由于其脱锂后的产物分解温度太低，分解产生大量的热量和氧气，容易造成锂电池过充电是的燃烧和爆炸。 锂锰氧化物 锂锰氧化物 锂锰氧化物 锂锰氧化物（LiMnxOy）：LiMnxOy系列主要有三种结构：隧道结构、层状结构和尖晶石结构。其结构不同合成方法也不同，其组成也有差别。其中层状结构的 LiMnO2目前的研究成果还不够成熟。而处于同系列的 LiMn2O4是目前研究比较热的材料、也是相对比较成熟的锂离子电池正极材料之一，锂锰氧化物（LiMn2O4）系尖晶石型结构，氧原子构成立方密堆积（CCP）序列，Li 在 CCP堆积的四面体间隙位置（8a），而 Mn 则在 CCP 堆积的八面体间隙位置(16d)上，Li 可以在（LiMn2O4）骨架提供的二维隧道中实现脱嵌。该体系具有制备容易、污染低、价格便宜等特点，因而引起研究者的极大兴趣，但相对于其它正极材料体系而言，该体系比容量较低（110mAh/g）、高温电容量衰减较快，故而提高其可逆比容量及改善其高温电化学性能成为 LiMn2O4 正极材料体系的研究焦点之一。据报道，云南汇龙科技有限公司已开始生产尖晶石型锰酸锂。然而由于锰在其氧化物结构中的价态比较复杂，因而不易掌握制备方法和充放电条件。其显著缺点是，由于电解液自身所含部分物质（主要是 LiPF6）与水共同作用以及尖晶石的催化作用引起电解液的分解（最终产生 HF）而高温下电解液中微量水和痕中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 5量酸又造成锰的溶解，是该材料在高温下循环容量迅速衰减。 锂钒氧化物 锂钒氧化物 锂钒氧化物 锂钒氧化物（Li1+V3O8）：Li1+V3O8体系属于单斜晶系，呈层状结构，空间群为P21m,其结构单元是两层V3O8结构，中间夹有Li离子的MXM （V3O8LiV3O8）夹心饼，Li+占据八面体间隙位置，额外的 Li+（与 X相对应）嵌入到层间，并占据四面体间隙位置；Li1+V3O8具有 Li 的嵌入量大（X 可达 4.5）、比能量高、放电容量大、可逆性较好等特点；但随着 Li 离子的嵌入量不同,其晶体结构易发生改变,从而导致大的残余容量,放电电压也随之变化,造成放电电压曲线不平坦，故其作为实用化的正极材料尚有一定的局限性。 锂镍钴氧化物 锂镍钴氧化物 锂镍钴氧化物 锂镍钴氧化物（LiNixCo1xO2）和锂镍钴锰氧化物 锂镍钴锰氧化物 锂镍钴锰氧化物 锂镍钴锰氧化物（LiNixCo12xMnxO2）：即二元材料 二元材料 二元材料 二元材料和三元材料 三元材料 三元材料 三元材料。LiNixCo1xO2 是用部分 Ni 取代 Co 得到的，LiNix Co12xMnxO2 是用部分 Ni 和 Mn 取代 Co 得到的。它们属于掺杂体系，结构与LiCoO2、LiNiO2相似，综合了 LiCoO2、LiNiO2材料的共同优点，具有成本较低、容量较高（130200mAh/g之间）和较好的循环稳定性等特点，因而是当前锂离子电池正极用材料的研究热点之一。国外已有将 LiNixCo1xO2 和 LiNix Co12xMnxO2 批量投入商业使用的报道。以上锂离子电池及其正极材料都在研究开发之中，至今尚未形成批量产品。 磷酸铁锂 磷酸铁锂 磷酸铁锂 磷酸铁锂（LiFePO4）：随着科学技术的进步，锂离子电池制造和销售都在快速发展，锂离子电池逐渐在动力、储能等大容量电池领域得到应用，但是由于钴资源紧缺，而且氧化钴锂的热稳定性相对较差，难以满足这一要求。磷酸盐正极材料作为大容量电池应用的首选材料备受瞩目。它具有高容量 高容量 高容量 高容量、低价格 低价格 低价格 低价格、原料来 原料来 原料来 原料来源丰富 源丰富 源丰富 源丰富、环境友好 环境友好 环境友好 环境友好、安全性出色 安全性出色 安全性出色 安全性出色等氧化钴锂难以比拟的优点。众多的应用试验结果已经证明，以磷酸铁锂为正极材料的锂离子二次电池具有优异的热稳定性和稳定的循环充放电性能，完全可以应用到诸如电动汽车、低谷电力储藏、风力与太阳能发电电能储藏、应急电力储备和车用辅助电源等。随着磷酸铁锂技术的逐渐成熟，其电导率低、低温放电性能差的弱点已经被克服，磷酸铁锂大规模应用的时代已经到来。 2.2.2 锂离子电池的安全性 锂离子电池的安全性 锂离子电池的安全性 锂离子电池的安全性 有关锂电池燃烧爆炸的报道时常见诸报端，常见引起燃烧爆炸的原因有如下几种： 1) 加热引起电芯分解、燃烧、爆炸。爆炸的温度因电池成分而异，如 LiCoO4成分的电芯加热至 165 45 分钟会爆炸（属于比较耐热的）。虽然平时难把电池加热到这样的温度，但是平时使用中还是要注意不要把电池放在靠近热源的地方，比如说封闭的汽车里受到阳光暴晒和接近发动机的地方，也不要接近火源。 2) 过充引起的爆炸。如果用不合格的充电器给电池充电，同时电池的保护芯片失效，充电电压超过 4.5V的时候，若负极的嵌锂能力很差，锂离子便会沉积而使电芯内部短路；若负极的嵌锂能力比较强，则溶剂被急速氧化，产生大量的热使电池温度升高并引发更多的反应，放出更多的热。若充电电流很大，电芯的稳定性也很差，电芯温度迅速升高，电池就会着火、爆炸。 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 63) 短路引起的爆炸。短路时，若保护芯片失效，电流通过电芯的瞬间产生大量的热，使电芯分解而导致电池爆炸。电池的正负极直接接触会造成电池的外部短路；装配过程中出现的集流体毛刺，隔膜皱褶以及不良装配均可引发内部短路，可能引起电池的爆炸。索尼的电芯就是因为电芯中有微小金属屑导致了内部短路而在极少见的情况下（索尼说的）引起了爆炸。 4) 其它情况下，例如针刺和冲击也会造成锂离子电池的爆炸，原理比较繁杂就不多说了。这里转一下文献对电池过放的描述，锂离子电芯过放到1.02.0V时，部分电解液发生还原放出少量的热。电压达到 0.7V后，金属铜开始氧化，并沉积在正极上，电池内部短路，电压迅速降为 0V，锂离子电池变为 Cu 负极/Al 正极电池，但电池表面温度升高不明显，不会发生危险。但是由上面看得出来，过放是对电池有伤害的。当然电池保护芯片正常工作的话是能够有效防止过放的。 笔记本电池起火爆炸事件一览： 1) 2006年4月，惠普宣布对15700块可能存在起火隐患的电池进行了召回，并未公布电池隐患的具体原因和生产方。 2) 2006 年 8 月，戴尔公司宣布在全球召回 410 万块由索尼制造的电池，涉及戴尔的 20 多款电脑型号。 3) 2006 年 9 月，一台由联想公司生产的、型号为 T43 的 ThinkPad 笔记本电脑在美国洛杉矶国际机场起火，日本索尼公司确认了该笔记本使用了自己生产的电池。 4) 2006 年 10 月，使用索尼电池的联想笔记本在国内引发了北京师范大学宿舍的火灾。校方给出的失火原因是用户离开时没有拔下笔记本充电器插头，充电时间过长引起发热所致。 5) 2007 年 5 月，东芝表示其公司笔记本配备的电池近期发生了起火事故，引发事故的是索尼的电池模块，并且建议用户尽快更换问题电池。 6) 2007 年 9 月，上海一位用户一款戴尔笔记本电池突然爆炸燃烧，后戴尔电脑中国区发言人证实，发生爆炸的笔记本电池属于此前因存在起火隐患被召回的型号之列。 7) 2008 年 1 月，韩国一名记者在使用 LG 笔记本电脑采访时发生爆炸并起火。此后 LG经过调查称爆炸是由于受到意外高温所致。LG还接到用户反馈另一款笔记本电池无故熔化，并决定停止销售该款笔记本电脑，但未公布产品型号。 8) 2008 年 2 月，三星 P10 笔记本因电池熔化而引发火灾。三星至今仍未公布原因，称仍在调查中。 事实上被掩盖在电池生产企业中的人员伤亡事件更是触目惊心，只是并未得到直接报道而已。 而磷酸铁锂材料以磷酸根取代氧在滥用条件下不会有氧气析出的独特特性中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 7则恰恰从原理上避免了这些隐患的出现，使磷酸铁锂电池可以很好的应付这些不当操作带来的恶劣工作环境。其实这些所谓的“不当操作”，首先不属于用户应当了解的范围，其次保护电路等保护措施的失效不可能完全避免，另外在电动力汽车等户外应用环境里更是易于出现。因此从原理上避免是非常必要的。 2.3 电池的污染性 电池的污染性 电池的污染性 电池的污染性 废旧电池内含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液。如果随意丢弃，腐败的电池会破坏我们的水源，侵蚀我们赖以生存的庄稼和土地，我们的生存环境面临着巨大的威胁。如果一节一号电池在地里腐烂，它的有毒物质能使一平方米的土地失去使用价值；扔一粒纽扣电池进水里，它其中所含的有毒物质会造成60 万升水体的污染，相当于一个人一生的用水量；废旧电池中含有重金属镉、钴、铅、汞、镍、锌、锰等，其中钴、镉、铅、汞是对人体危害较大的物质。而镍、锌等金属虽然在一定浓度范围内是有益物质，但在环境中超过极限，也将对人体造成危害。废旧电池渗出的重金属会造成江、河、湖、海等水体的污染，危及水生物的生存和水资源的利用，间接威胁人类的健康。废酸、废碱等电解质溶液可能污染土地，使土地酸化和盐碱化，这就如同埋在我们身边的一颗定时炸弹。因此，对废旧电池的收集与处置非常重要，如果处置不当，可能对生态环境和人类健康造成严重危害。随意丢弃废旧电池不仅污染环境，也是一种资源浪费。有人算了一笔帐以全国每年生产 100 亿只电池计算，全年消耗 15.6 万吨锌，22.6万吨二氧化锰，2080 吨铜，2.7 万吨氯化锌，7.9 万吨氯化铵，4.3 万吨碳棒。尽管先进的科技已给了我们正确的指向，但我国的电池污染现象仍不容乐观。目前我国的大部分废旧电池混入生活垃圾被一并埋入地下，久而久之，经过转化使电池腐烂，重金属溶出，既可能污染地下水体，又可能污染土壤，最终通过各种途径进入人的食物链。生物从环境中摄取的重金属经过食物链的生物放大作用，逐级在较高级的生物中成千上万倍地富集，然后经过食物链进入人的身体，在某些器官中积蓄造成慢性中毒，日本的水俣病就是汞中毒的典型案例。 2.3.1 钴的毒性 钴的毒性 钴的毒性 钴的毒性 钴作为重金属危害严重。与其它微量元素一样，当土壤、植物、动物饲料以及人类食物中添加极少量钴时，通常有营养作用。但是，如果加入量太多，则有可能抑制机体的生长，甚至导致严重的中毒事故。由于生物个体因素的差异，钴在机体中营养浓度与毒性浓度存在着巨大差别。 1966 年，美国通过一项控制发酵麦芽饮料中使用钴的法令。在此以前，制造商为了增加饮料泡沫的稳定性并防止其喷出，饮料中使用的各种钴盐如草酸钴、氯化钴和硫酸钴的浓度高达 1.2mg/L。关于制造和使用硬质合金时产生的粉尘毒性。这些合金如钨合金通常掺有钴粉末，在制造和使用过程中会产生大量颗粒状粉尘，含有大量金属钴及其氧化物，其颗粒大小只有 0.43.6=m，完全可以透过肺泡膜进入血液中。在湿法冶炼钨合金过程中，空气中钴的浓度可达到0.010.02mg/m3。钴可导致血球蛋白的增加。在从事钨合金工业的人中，已发现一种肺组织纤维化的致命症状，这与空气中钴的含量太高有关。在制造硬质合金产生的粉尘中，钴在钴钨合金中毒性增加可能与在钨接触时钴的溶解性更强有关。 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 82.3.2 汞 汞汞 汞的毒性 的毒性 的毒性 的毒性 汞即我们俗称的“水银”，是一种常温下为液体的物质，可以阻止电池中阴极金属锌的氧化，这一作法提高了电池的贮存寿命。因此，早在以前采用的锌做阴极度的电池几乎都有一定量的汞做防腐剂。但是汞和汞的化合都具有神经毒性，对内分泌系统，免疫系统等也有不良影响，它会引发人的口齿不清、步态不稳、四肢麻痹，最后导致全身痉挛，精神失常而死。 长期以来，我国在生产干电池时，要加入一种有毒物质汞或汞的化合物。我国的碱性干电池的汞含量达 1%5%，中性干电池为 0.025%，全国每年用于生产干电池的汞就达几十吨之多。随着科技的进步，电池开始逐渐实行低汞化和无汞化，汞的代替品表面活性剂 Forafac 氟化聚合物，在防止锌的腐蚀上取得了良好的效果。 废弃在自然界电池中的汞会慢慢从电池中溢出来，进入土壤或水源，再在微生物的作用下，无机汞可以转化成甲基汞，聚集在鱼类的身体里，人食用了这种鱼后，甲基汞会进入人的大脑细胞，使人的神经系统受到严重破坏，重者会发疯致死。著名的日本水俣病就是甲基汞所致。 2.3.3 镉 镉镉 镉的毒性 的毒性 的毒性 的毒性 镉不是人体所必需的痕量元素，新生婴儿体内并没有镉，而是随着年龄的增长，逐渐累积起来的。镉具有肾毒性，它所致的肾损伤是不可逆的。同时肾损伤后还可能继发骨质疏松、软骨症和骨折。在 1993 年，国际抗癌联盟就将镉定为IA 级致癌物。基于以上原因，许多发达国家已建议禁止使用镉镍电池而镍氢电池已取代镉镍电池，避免了镉的使用。而我国的绝大多数电池生产企业仍用镉作为生产电池的原料，使得电池的危害进一步加大。长期食用受镉污染的水和食物，可导致骨痛病，镉进入人体后，引起骨质软化骨骼变形，严重时形成自然骨折，以致死亡。 2.3.4 锰的毒性 锰的毒性 锰的毒性 锰的毒性 过量的锰蓄积于体内可引起神经功能障碍，早期表现为综合性功能紊乱，较重的出现言语单调，表情呆板，感情冷漠，伴有精神症状。 2.3.5 铅的毒性 铅的毒性 铅的毒性 铅的毒性 铅主要作用于神经系统、造血系统、消化系统、和肝、肾等器官，能抑制血红蛋白的的合成代谢，还能直接作用于成熟红细胞，对婴、幼儿的毒害很大，它将导致儿童体格发育迟缓，慢性铅中素的儿童智力低下。 2.3.6 镍的毒性 镍的毒性 镍的毒性 镍的毒性 镍粉溶解于血液，参加体内循环，有较强毒性，能损害中枢神经，引起血管变异，严重者导致癌症。 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 92.3.7 锌的毒性 锌的毒性 锌的毒性 锌的毒性 锌是人体不可缺少的元素，毒性较低，口服 1000mg的硫酸锌才会使人急性中毒，但吸入氧化锌烟尘会引起中毒。其症状为全身疲乏，肌肉疼痛，呼吸困难、呕吐、腹泻，严重时心脏衰弱、虚脱、痉挛后死亡。硫酸锌、氯化锌侵入皮肤黏膜时，可产生皮炎和溃疡。锌对鱼类和水生生物的毒性比对人的毒性大，故渔业水质要求为每升水中锌的含量不得超过 0.1mg。 2.3.8 磷酸铁锂的环境优势 磷酸铁锂的环境优势 磷酸铁锂的环境优势 磷酸铁锂的环境优势 显而易见，除了公共无毒的锂离子以外，磷酸铁锂的另两个成分是亚铁离子和磷酸根。一个是人体需要大量补充的补血剂的主要成分，一个是植物氮、磷、钾三样主肥之一的磷的主要存在形式。可以说磷酸铁锂唯一是可以直接丢弃的电池材料。 2.4 磷酸铁锂的优势 磷酸铁锂的优势 磷酸铁锂的优势 磷酸铁锂的优势 通过前述介绍，我们可以归纳磷酸铁锂的优势如下： 既具备了所有锂离子电池所共有的优点 既具备了所有锂离子电池所共有的优点 既具备了所有锂离子电池所共有的优点 既具备了所有锂离子电池所共有的优点， ， ， 1) 蓄能密度大 蓄能密度大 蓄能密度大 蓄能密度大。同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的 2/3重量是铅酸电池的 1/3。 2) 无记忆效应 无记忆效应 无记忆效应 无记忆效应。可以长期在线充放电，蓄能效果几乎不受影响。电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。 3) 转换效率高 转换效率高 转换效率高 转换效率高。有力的节约了能源。 4) 自放电率极低 自放电率极低 自放电率极低 自放电率极低。可较长期的存储电能。 5) 一致性好 一致性好 一致性好 一致性好。适于标准化生产。 6) 免维护 免维护 免维护 免维护。降低使用成本。 也拥有着其它锂离子电池所不具备的独特优势 也拥有着其它锂离子电池所不具备的独特优势 也拥有着其它锂离子电池所不具备的独特优势 也拥有着其它锂离子电池所不具备的独特优势， ， ， 1) 绝对安全 绝对安全 绝对安全 绝对安全。磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。 2) 耐高温 耐高温 耐高温 耐高温。磷酸铁锂电热峰值可达 350500而锰酸锂和钴酸锂只在200左右。工作温度范围宽广（20C75C），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达 350500而锰酸锂和钴酸锂只在 200左右。 3) 可快速充放电 可快速充放电 可快速充放电 可快速充放电。保证了快速充电和大功率应用的需求。 4) 循环寿命长 循环寿命长 循环寿命长 循环寿命长。铅酸电池、氢电池以及其它各种锂电池循环寿命均小于 500次，磷酸铁锂电池寿命至少可达 2000 次以上，甚至可超过 3500 次。用在电动自行车上，同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 10半年”，最多也就 11.5 年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到 78 年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的 4 倍以上。 5) 原材料来源广泛 原材料来源广泛 原材料来源广泛 原材料来源广泛、 、 、价格低廉 价格低廉 价格低廉 价格低廉。铁元素在地壳中含量十分丰富，仅次于氧、硅、铝三种元素。磷酸铁锂材料目前市售价仅为钴酸锂的三分之一以下，且仍有很大的降价空间。 6) 环保 环保环保 环保。该电池不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS 认证通过），无污染，符合欧洲 RoHS 规定，为绝对的绿色环保电池证。铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍将对环境够成二次污染，而磷酸铁锂材料无论在生产及使用中均无污染。 正因如此，磷酸铁锂不仅成为了电池材料领域发展的重点，更是诸如电动力汽车、手持电动工具、矿灯等需要特殊性能支持的领域里无法替代、独一无二的选择。成为当前的投资热点不足为奇。 三 三三 三、 、 、 市场分析 市场分析 市场分析 市场分析 3.1 产品应用领域 产品应用领域 产品应用领域 产品应用领域 正因为磷酸铁锂的众多独特优势，磷酸铁锂电池在诸多领域拥有着无可替代的优势： 1) 便携电子设备 便携电子设备 便携电子设备 便携电子设备。其高安全性特点是商务型笔记本、手机的最佳选择。 2) 电动工具 电动工具 电动工具 电动工具。蓄能密度大、可大功率放电是手持电钻等设备的不二之选。 3) 矿灯 矿灯矿灯 矿灯。高安全要求仅铅酸电池和磷酸铁锂电池可保证。 4) 电动自行车 电动自行车 电动自行车 电动自行车、 、 、轮椅 轮椅轮椅 轮椅、 、 、高尔夫车 高尔夫车 高尔夫车 高尔夫车、 、 、沙滩车 沙滩车 沙滩车 沙滩车、 、 、汽车启动电源 汽车启动电源 汽车启动电源 汽车启动电源。重量仅为铅酸电池的四到五分之一。 5) 电动汽车 电动汽车 电动汽车 电动汽车、 、 、混合动力汽车动力 混合动力汽车动力 混合动力汽车动力 混合动力汽车动力。磷酸铁锂电池的所有优点均不可或缺，是该领域目前唯一满足所有需求的产品，也是磷酸铁锂电池的主要应用领域。 6) 新能源蓄能 新能源蓄能 新能源蓄能 新能源蓄能。风能、太阳能等新能源发电项目的共同问题是输出不稳定，蓄能电池组必不可少，长寿命、高容量的磷酸铁锂电池是其最佳选择。 7) 军用 军用军用 军用。电台、潜艇、航空、航天都有着大量的应用空间。 3.2 电动力汽车的 电动力汽车的 电动力汽车的 电动力汽车的高速发展 高速发展 高速发展 高速发展 随着能源危机的不断加剧，电动力汽车、混合动力汽车的热度不断上升。不讨论国际上的风起云涌，单看我国的汽车行业发展，已可见一斑。 “2010 中国汽车产业发展国际论坛”已于 9 月 5 日在天津闭幕。该论坛素有“汽车行业达沃斯”之称，参会的多为政府人士、行业专家和汽车企业高层。中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 11从会议讨论的议题以及发言中，我们不难看出我国汽车行业未来的政策信号和发展方向。 全国政协副主席、科技部部长万钢在论坛上表示，经过十年发展，中国电动汽车已经从研发阶段进入产业化阶段。同时电动车的技术路线也已基本确定，即：混合动力汽车将成为传统汽车节能技术改造升级换代的主要方向，纯电动包括插电式汽车将成为近期发展战略的主流，燃料电池汽车会成为未来的制高点。在电动汽车整车技术方面，中国已经建立了具有自主知识产权、适用于中国公共交通和私人汽车市场的特色混合动力、纯电动、燃油电池、动力系统技术平台，掌握了整车集成技术。在电动汽车技术方面，接近国际先进水平，部分指标具有一定的优势。 万钢还在论坛上透露，我国的电动汽车发展规划草案已经制定出来，国家将从七个方面支持电动汽车发展，包括加大充电设施、基础设施的科技创新力度及加快基础设施建设；加快技术标准的研究，完善标准体系；继续深化国际技术交流与合作，推动电动汽车的国际化等。 根据财政部、科技部、工业和信息化部、国家发展改革委 6 月份联合出台关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知，确定在上海、长春、深圳、杭州、合肥等 5 个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作。根据通知，插电式混合动力乘用车每辆最高补贴 5 万元，纯电动乘用车每辆最高补贴 6 万元，补贴资金首先拨付给汽车生产企业，按其扣除补贴后的价格将新能源汽车销售给私人用户或租赁企业。 国内主要企业新能源汽车发展现状 上汽集团：已在混合动力、纯电动、代用燃料三大领域布局。2010 年将推出混合动力版荣威，2012 年将推出插电式混合动力车和纯电动汽车。 一汽集团：已确定以混合动力为主导的新能源发展战略。2008 年已推出混合动力版 B70，2012 年将建成年产 1.1 万台混合动力轿车生产基地。 东风集团：目前集中于混合动力客车和电动小巴，自主品牌混合动力轿车仍在研发之中。 长安汽车：新能源发展内外结合、逐步推进。2008 年杰勋 HEV是国内首款自主品牌混合动力轿车，2009 年底推出纯电动奔奔 mini，已在重庆建设新能源产业基地。 比亚迪：国内新能源汽车领先者，2008 年已推出插电式混合动力车 F3DM，2009 年推出纯电动轿车 E6，计划以新能源汽车进军国际市场，成为全球领先企业。 奇瑞：多种新能源技术齐头并进，涉及混合动力、纯电动、生物柴油多个领域。2008 年已推出轻混、中混版 A5，2009 年推出 QQ、S18、瑞虎等多款纯电动轿车。 最近磷酸铁锂电池受瞩目的另一个市场是混合动力大巴，这块市场已经开始显露。据测算一辆电动大巴大约要配制 6 万 AH 的电池，折算成售价为 60 万人民币，如按照新能源汽车产业规划目标，2011 年要形成 50 万辆的产量，这意味中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中国科学院北京分院 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中科国际技术转移中心 中北国技 中北国技 中北国技 中北国技（ （ （北京 北京北京 北京） ） ）科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 科技有限公司 北京市中关村东路 95 号自动化大厦 电话传真网址： 12着磷酸铁锂电池一年的市场规模就有 3000 亿。目前安徽国轩、深圳沃特玛、山木电池、赛恩斯等企业纷纷拿到了政府的大额采购订单，为电动大巴提供配套的磷酸铁锂动力电池，这是一个很好的开端。电动大巴得以广泛推广有两大原因：一是公用的新能源汽车享受国家政府补贴，二是不受充电问题的困扰。目前，电动大巴采取的充电技术有两套解决方案：一是采用快速充电的电池，在每个公交站点上放置充电器，利用大巴停留时间进行充电；另一种方案是采用储能优良的电池，增强电动大巴的续驶里程，这样可以减少充电次数。 相对来说，磷酸铁锂电池在电动轿车上的应用较为滞缓，不仅是因为售价高，政府原来没有补贴，而且使用环境也不允许最难解决的是充电的问题。在这种情况下，消费者购买欲望不强烈，即使购买了也无法正常使用。从