2009磷酸铁锂电池电解液研究开发

2009磷酸铁锂电池电解液研究开发 东莞市杉杉电池 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 有限公司 磷酸铁锂动力电池相适应性电解液的开发项目立项书 一、立项依据 (一)项目的目的及意义 动力电池作为新能源的一个关键子行业，将在新能源汽车的带动下快速发展。在这种形势下，作为新能源汽车的核心技术部分，需要在技术等硬件配套设备上满足新能源汽车发展的需要。有数据显示:动力电池行业从无到有，市场容量从目前的十几亿到2012年预计达325 亿元，未来几年是十几倍的增长，而全球市场将是几千亿元的规模，面对如此巨大的市场，必促进在动力电池技术的发展。更为重要的一点就是动力电池是新能源汽车制造中利润最丰厚的一环，未来汽车厂商之间的竞争，将主要是动力电池性能的竞争，动力电池是技术核心的地位将长期存在，从而也将长久保持丰厚利润。因此当前以及未来的发展为新能源汽车以及动力电池的发展提供了丰富的“土壤”。 电解液是锂离子电池四大关键材料(正极、负极、隔膜、电解液)之一，在电池中正负极之间起到传导电子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液的每一次进步都有力地推动了锂离子电池的应用和迅速发展，而且在可预见的未来动力电池产业发展中，电解液材料仍将在锂电池的发展中扮演非常关键的角色。 目前电池界对新型锂盐和溶剂进行持续深入地研究，提出了许多改善电池性能和安全性的方法，而添加剂却能够弥补电解液在某些方面的不足，特别是正极和负极表面上保护膜(SEI膜)的形成，已经取得了许多成果。电解液需要与电池体系的特点相适应，因此电解液配方的设计和研究必须围绕不同的电池体系展开。 (二)国内外技术发展现状与趋势 当前动力电池已经开始实现商业化规模，但是由于各厂家所采用的材料不同会有很大的区别。由于磷酸铁锂正极材料结构、性能等方面的特殊性，被认为是最有可能在动力电池中应用的材料。因此，有厂家在这方面展开了大量的投资进行研发。例如，比亚迪公司的F3DM电动车正是采用了磷酸铁锂电池作为动力，成为世界领先的技术。但是对于新兴的动力电池领域，国家没有出台相关的技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 来界定动力电池性能的优劣，从而使得此领域的 1 发展并没有形成统一的技术标准。国外的先进锂离子电池制造厂家，例如Moli、Maxell、Samsung SDI等厂家，为了大力推进动力电池在新能源汽车中的使用，联合汽车制造厂家展开新能源汽车和动力电池领域的研究。但是无论是国内外电池制造厂家，都会将动力电池正极材料的选择，瞄准磷酸铁锂和锰酸锂两种材料。相对锰酸锂材料，磷酸铁锂材料有更好的高温性能和安全性能，因此也成为动力电池的首选。 近年来，全球锂离子电池电解液产业发展平稳，市场主要集中于日本宇部公司和ECOPRO(韩国第一毛织城)公司，两家公司大约占全球市场份额的50%。排在其后的企业依次为:三菱化学、富山化学、三井化学、岸田化学、张家港国泰荣华、东莞杉杉及其他企业。 国产电解液是从2002年进入市场逐步取代进口产品的，通过不断改进和提高，产品质量已达到国际先进水平。目前国内电池生产商电解液配套已基本实现国产化，只有少部分使用进口电解液。 国内生产电解液的主要企业有东莞杉杉、江苏国泰(002091)旗下国泰荣华、天津金牛、汕头金光、珠海赛纬电子、广州天赐、北京创亚化工公司等10余家。年生产能力都在千吨级以上，涉及高、中、低端各个市场，可满足我国锂离子电池生产的需要，并有部分出口。 电解液主要原材料为锂盐，学名(六氟磷酸锂LiPF6)，占成本的50%左右，其生产成本为10万元/吨，售价为40万元/吨，毛利率高达75%。锂盐的原材料硅石/碳酸锂都可以在国内采购到。本项目将要研发的磷酸铁锂动力电池相适应性电解液专门针对混合动力汽车电池:混合动力汽车(HEV)是未来数年内新能源汽车的主要发展方向。2010年底，全球汽车产量将达到7800万辆，混合动力汽车产量将达到210万辆，占比达到2.66%，每辆汽车用动力电池按5万元计算，整个汽车用动力电池市场产值将达到1050亿元。 (三)项目的产业化前景分析 国际上普遍认为LiFePO4 是高能动力电池的最佳新型正极材料。其主要优点表现在:(1)能解决LiCoO2 及其他现有正极材料不能解决的安全问题:由于采用磷酸根取代了氧，在滥用条件下不会有氧气析出，所以安全性能大大提高。(2)原料来源广泛，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。(3)无毒、无污染，是真正的绿色能源。(4)循环寿命非常长，可以满足电动车频繁充放电的需要。综上，LiFePO4 具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。同时，也存在导电性差、锂离子扩散速度慢，高倍率充放电时实际比容量低等难点，困扰其大范围产业化应用。 2 对该类材料进行深入研究并积极推进其产业化步伐，是解决电动车辆用长寿命、安全型、低成本的锂离子电池的关键，该类材料的快速产业化不仅具有很大的经济效益，还具有深远的战略意义，有利于我国乃至全球经济的可持续发展。 电池是目前新能源汽车技术和成本上的最大瓶颈，也是产业链中技术最核心，利润最丰厚的一环，拥有动力电池技术和核心原材料的企业将最先受益。在产业化初期，先进的动力电池厂商，将成为汽车厂商争夺的焦点; 动力电池行业从无到有，市场容量从目前的十几亿到2012 年的约325 亿元，未来几年是十几倍的增长，增长空间巨大。 既然磷酸铁锂动力电池的产业化前景如此巨大，磷酸铁锂适应性电解液成为急待攻关的子课题，成为增强磷酸铁锂动力电池综合性能的又一战略制高点。 二、研究开发内容、方法、技术路线 (一) 主要研究内容 动力电池的快速发展会影响相关材料体系的改变。不同的厂家会选择不同的材料。而这其中有绝大多数厂家，在对正极材料体系选择时会优先考虑磷酸铁锂正极材料。磷酸铁锂正极材料同传统的钴酸锂、锰酸锂材料有很大的差异。因此为了配合磷酸铁锂作为正极材料使用，会选择不同的电解液体系。本合作项目内容之一就是配合磷酸铁锂动力电池开发相适应的电解液。 磷酸铁锂动力电池相适应性电解液研究就是要开发出高安全性、高环境适应性的动力电池电解液材料。主要应从电解液的溶剂、溶质和添加剂的选择上进行考量: (1) 尽量选择工作温度范围宽的溶剂，溶剂的熔点最好能在-40?以下，沸点最好在150?以上或更高，电化学窗口宽的溶剂能更好地防止在荷电状态下的电解液的氧化还原反应，同时可以提高电池的循环稳定性。比如可以考虑使用离子液体、新型溶剂、多组分溶剂等，从而解决动力电池的安全性和环境适应性。 (2) 选择合适的溶质，提高电池的环境适应性。目前通常所用的LiPF6(锂六氟磷酸盐)分解温度低，从60?开始就有少量分解，在较高温度或恶劣的环境下，分解的比例大大增加，产生HF(氢氟酸)等游离酸，从而使电解液酸化，最终导致电极材料的损坏以及电池性能的急剧恶化。 3 (3) 可以考虑添加适量的阻燃添加剂、氧化还原穿梭添加剂、保护正负极成膜添加剂等。采用阻燃添加剂可以确保电池内部热失控时，电解液不会燃烧起火，使电池安全性得以保证。采用氧化还原穿梭添加剂的作用是，防止当电池尤其是动力电池组由于在使用过程中出现异常的状况，单体电池会经常性过充或过放，从而导致电池性能的迅速恶化，进而影响整组电池的性能和使用，甚至带来安全隐患的发生。采用正负极成膜添加剂的作用是可以有效地保护正负极材料在充电状态下与电解液的接触反应，通过成膜的形式，将高度活性的正负极与电解液隔离开来，从而防止电解液在电极表面的反应。 (二) 技术创新点 本项目的开展将会推动磷酸铁锂动力电池相适应性电解液的快速发展，同时填补国内在此方面技术空白和弱势。项目具有以下的特色和创新点: 1.进行1000周次磷酸铁锂动力电池测试，并在此测试基础上建立1000周次长循环体系下的充放电模拟系统 2. 设计、合成、提纯开发新的添加剂， 3. 新添加剂同现有常用的VC(碳酸亚乙烯酯)、PS(丙烷磺酸内酯)等添加剂之间的协同作用研究，并为此领域添加剂之间的协同研究提供可借鉴的方法和检测手段。 4. 在满足国标的基础上，磷酸铁锂动力电池相适应性电解液安全性能得到大大的提高，兼具过充安全性和阻燃安全性，防止滥用条件下的锂离子电爆炸燃烧等危险事件。 (三) 主要技术指标 技术指标: 1. 电解液常温电导率7-12mS/cm，HF含量?50ppm，水分含量?20ppm 2. 动力电池常温循环2000周次，容量保持率80% 3. 动力电池低温10度1C充放电循环20周次，不析锂 4. 动力电池2.5-3.65V电压范围低温-20度0.2C放电容量在50%以上 5. 动力电池体系下高温85度储存4小时，内阻厚度均小于5% 经济指标: 该项目达成后，2年内将新增销售额9000万元，5年内新增销售额3亿元，实现利税5800万元，实现利润3600万元。 4 三、 研究开发方法及技术路线、技术路线以及 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 流程 筛选合适的有机溶剂体系:采用电导率、粘度之间的关系曲线，筛选合适的有机溶剂体系，并借助电化学工作站对有机溶剂体系的氧化还原电位、不同温度条件下的循环伏安曲线进行测定。 选择合适的溶质及其浓度:找到分解温度高的电解液溶质;选择高温条件下氧化电位较高的有机溶剂体系，进行不同LiPF6锂盐浓度条件下的电导率、粘度的数据测量。 当有机溶剂体系和合适锂盐浓度确定后，进行各种电化学性能的测试。例如，扣式电池中此电解液体系的首次充放电曲线、放电容量等测试。 添加剂性能的研究:在以上有机溶剂体系和锂盐浓度筛选成功后，进行电解液体系最重要的添加剂性能的研究。根据本项目的合作内容和要求，会发明新类型的添加剂保证磷酸铁锂的长循环。此方面工作的展开将会借助中南大学力量，设计特殊官能团的有机化合物，进行合成、提纯等工序，从而得到适合于锂离子电池电解液体系使用要求的添加剂。由于特殊官能团的添加剂性能没有研究 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 可查，因此开展此添加剂基础性能数据方面的研究工作，同时也会研究新合成的添加剂同现有锂离子电池电解液体系中常用的VC(碳酸亚乙烯酯)、PS(丙烷磺酸内酯)等添加剂之间的协同作用，为后期磷酸铁锂动力电池相适应性电解液综合性能的改进做好铺垫工作。 电解液在动力电池中性能的评价工作:在对有机溶剂体系、锂盐、添加剂三者的筛选和性能研究有一定的数据积累后，展开磷酸铁锂动力电池相适应性电解液在动力电池中性能的评价工作。主要检测电解液在磷酸铁锂动力电池中的循环性能、高低温性能、安全性能等。此方面检测主要借助锂离子电池检测柜进行，同时配备阻抗测试，监测电解液在磷酸铁锂动力电池正负极界面性能。根据测试数据对整个电解液体系中的添加剂、锂盐浓度等在作出一定调整，并将继续进行上述测试工作。 电解液在动力电池组性能的评价工作:在单体电池进行测试性能完全合格之后，会开展由单体电池组装成动力电池组的性能。此方面测试方法、技术路线等类似于上述单体电池的，但是关注的焦点将会是整个电池组充放电性能的一致性问题、整个电池组表面的热释放，以及电池组安全性能的测试。此方面的性能改善主要立足两点:电解液组分及性能的改进和磷酸铁锂动力电池结构设计方面的改进。 四、现有研究开发基础 磷酸铁锂动力电池相适应性电解液的研究开发，已经在本项目承担单位东莞市杉杉电池 5 材料有限公司进行了前期的探索性工作。所开发的部分型号电解液已经在磷酸铁锂为正极的 小电池中开始使用，已经形成批量供货。但是由于磷酸铁锂正极材料使用在在动力电池体系 中，会因动力电池的使用条件以及自身电池设计等因素，导致当前的磷酸铁锂电池相适应性 电解液会在某些性能方面并不能够满足动力电池的使用条件。例如，当前动力电池体系要求 电池需要满足1000周次的循环，而使用在小电池体系中的磷酸铁锂电解液并不能够满足 1000周次的循环。 东莞市杉杉电池材料有限公司非常注重技术研发资金的投入，每年投入科研资金占销售 收入的4%以上，已经形成了锂离子电池电解液研究开发 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中心:现有色谱分析室、水分 测试室、酸度测试室、电导率测试室、原子吸收测试室、电化学工作站等。 五、研究开发项目组人员名单 序号 姓名 性别 年龄 在职时间 职务 最高学历 在本单位 工作时间 1 陈柏源 男 33 10 总工程师 本科 6年 2 侯涛 男 30 6 研发副主研究生 4年 任 3 方棋 男 38 17 技术中心大学 4年 主任 4 阳海鹰 女 29 5年 工程师 本科 3年 5 汤敏敏 女 29 6 研发副主研究生 4年 任 6 刘铁建 男 29 6 技术中心本科 1年 副主任 7 唐明明 男 27 5年 助理工程大学 3年 师 8 周冬 男 28 6年 技术员 本科 1年 9 丁婷 女 26 4年 分析中心大学 3年 主管 6 六、计划工作进度 预计项目起止时间 2009年09月, 2011年 09月 各阶段实施时间 各 阶 段 主 要 工 作 内 容 磷酸铁锂相适应性电解液前期探索，并为本项目做好前期准备工作 2009年9月,2009年11月 筛选合适的有机溶剂体系，借助循环伏安法对有机溶剂体系的电化学2009年12月,2010年3月 窗口进行测试，同时考察粘 度等数据 2010年4月,2010年7月 选择合适的溶质及其浓度，并测试电解液体系的电导率等关键性数据 电化学性能的测试，完成中期考核，初步达到乙方使用标准，并进行2010年7月,2010年10月 电池适用性试验，初步进行电解液配方的调整 添加剂性能的研究和验证，主要是进行添加剂的合成、提纯等，并进2010年11月,2011年2月 行基本性能研究，以及和当前成熟添加剂之间的协同作用研究 电解液在动力电池、电池组中性能的评价，反馈数据给甲方，进行电2011年3月,2011年6月 解液配方的调整 2011年7月,2011年9月 完成项目验收报告、准备结题 2011年10月 项目总结验收 七、研发经费预计 单位;万元 预计金额 费用项目 人员工资预计 105 直接投入预计 150 折旧费用与长期费用摊销预计 40 水电费预计 7 租赁费预计 4 委外检测费预计 5 设计费预计 设备调试费预计 无形资产摊销预计 30 其他费用预计 30 371 合计 7