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军用锂离子电池正极材料氧化镍钴锰锂的制备技术开发

技术简介

       锂离子电池由于具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应以及温度范围宽等优点而被称为20世纪的主导电源,已被广泛用于移动电话、笔记本电脑、摄录机、电子仪表、武器装备等。近年来,锂离子电池产量快速增长,应用领域不断扩大,已成为21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。随着锂离子电池的快速发展,带动了锂离子电池材料的发展。

       锂离子电池正极材料主要包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等材料,其中,钴酸锂的成本较高,资源贫乏,毒性大;镍酸锂的制备困难,热稳定性差;锰酸锂的容量较低,循环稳定性较差。氧化镍钴锰锂正极材料不仅极大地减少了对稀缺资源钴的用量,降低了电池的成本,而且结合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂电池材料各自的优点,与占市场主导地位的钴酸锂正极材料相比,氧化镍钴锰锂正极材料的克比容量更高、安全性和循环稳定性更好、成本更低,是高比能量型锂离子电池最有潜力的新型正极材料。

       通过军用技术的推广,大力发展军民两用技术,积极开展军用与民用领域技术的双向互动和转移,以加快科技进步在军事领域的应用,降低获得前沿技术的成本,缩短武器装备的研制周期,促进军用和民用工业基础的一体化实现。



技术指标

       (1)物理指标

        外观:黑色固体粉末;

        形貌:球形;

        振实密度:≥2.45g/cm3;

        比表面积:≤0.5m2/g;

        粒度分布D50: 11.0 ± 2.0μm。

        (2)电性能指标

        初始比容量: ≥185mAh/g(4.8V)、≥160mAh/g(4.3V);

        工作电压:2.75V~4.3V;

        首次充放电效率:92%;

        10次循环后比容量:160mAh/g,充放电效率:99%;

        循环寿命:500次循环容量保持率大于85%;

        高低温、安全性能良好。

       (3)产品合格率指标

        产品合格率:≥95%


技术特点

       首先,从技术层面分析,索尼锂离子电池在DELL笔记本电脑上发生爆炸,产生召回事件;松下的锂离子电池生产车间发生爆炸、诺基亚N70手机电池发生爆炸等锂电安全事件促使人们更加关注锂离子电池的安全问题,而锂离子电池安全问题很大程度受制于正极材料的性能。

        其次,从价格层面分析,钴资源的稀缺,导致LiCoO2的价格一路攀升,目前已超过60万元/吨,严重挤压了锂离子电池厂家的利润空间,迫使生产厂家选择价格更为低廉的正极材料,以降低生产成本,与钴酸锂相比,氧化镍钴锰锂正极材料具有更高的性价比和更好的安全性,正对钴酸锂材料进行替代。

        最后,从市场需求层面进行分析,2007年中国锂离子电池产量达到13.5亿只,较2006年增长28.36%。以每只平均使用正极材料8g计算,需要正极材料10000余吨,而目前国内正极材料年产500吨以上的生产厂家仅有:湖南瑞祥、余姚金和、中信国安、深圳天骄、青岛乾运、天津巴莫等,这些厂家中能生产氧化镍钴锰材料的仅有余姚金和、深圳天骄等少数几家。为此,采用十八所自主研发的工艺建设氧化镍钴锰锂正极材料生产线,实现材料的产业化是很有必要的。


预期效果

       该项目符合国家产业政策,根据项目的研发、生产需要,总投资为3000万元,按经济分析结果显示,项目的总投资回收期为3年,总投资利税率16.8%。该项目经济效益较佳,实施后可促进产品结构调整,提高企业的可持续发展能力,从而为我国新型电源产业注入新的活力,为国家及地方创造可观的经济效益。