新型钛酸锂电极材料和钛酸锂电池项目商业计划书

新型钛酸锂电极材料和钛酸锂电池项目商业计划书目录1.项目概况 (3)1.1项目概况 (3)1.2创业机会概述 (3)2. 项目技术与产品实现 (5)2.1项目技术方案 (5)2.2项目产品化 (12)3. 项目产品市场与竞争 (15)3.1市场概述 (15)3.2竞争优势分析 (17)3.3项目实施风险及应对措施 (18)4. 商业模式 (20)4.1项目产品的开发、生产策略 (20)4.2项目产品的营销策略 (20)4.3项目产品获利方式 (20)4.4企业发展计划 (21)5. 财务与经济效益 (23)5.1项目投融资计划 (23)5.2项目经济效益分析 (23)1. 项目概述1.1项目概述本项目专注于新型高性能锂离子电池负极材料钛酸锂的合成和钛酸锂电池的制备。

采用纳米颗粒团聚造粒技术制备5-20微米直径的钛酸锂球形二次颗粒材料，用以提高钛酸锂负极材料的振实密度与电极涂布过程中的加工性能。

同时利用体相掺杂与表面修饰，进一步提高材料的克容量、循环寿命与倍率性能。

采用以上技术处理后，测试表明钛酸锂材料的克容量达到170mAh/g，接近理论容量175mAh/g，1C下倍率放电性能能够超过155mAh/g，循环寿命（80%剩余容量）超过15000次通过新型合成工艺和产品性能优化，综合考虑成本、连续生产能力、环保特性等因素，采用喷雾干燥和烧结技术制备出成本低、性能优异的钛酸锂材料。

此外，生产装置已实现连续生产能力，提高了自动化程度与质量控制水平，为后续扩大规模生产打下了坚实的基础。

采用自制的钛酸锂材料，全面优化了钛酸锂电池的制备组装全工艺流程。

在电池组装过程中关键工艺参数有：浆料中各组分的比例、粘结剂与分散剂的选择（一般为PVDF与NMP）、浆料混合工艺（高速剪切力机械搅拌、机械球磨等）、涂布速度与涂膜厚度、烘干方式与速率、电解液成分必选（以实现与钛酸锂的最佳匹配，发挥出电池的最佳性能）、化成程序（电压范围、电流强度、恒流-恒压模式组合、测试温度）等。

所制备的26650单体电池、25Ah钛酸锂电池单体及方形电池，通过了相关电池成组用户的严格测试，总体性能与日本东芝20Ah 钛酸锂电池相当，部分性能，如低温性能优于东芝钛酸锂电池。

1.2 创业机会概述进入21世纪以来，以锂离子电池电极材料和锂离子电池电芯生产为代表的中国新能源产业起步虽迟，但发展速度也相当迅猛。

目前我国普通手机用低端方形锂离子电池已经达到了产销平衡，但缺乏用于笔记本电脑、摄像机和第三代移动通讯设备等的高档锂离子电池的批量生产能力。

按照锂离子电池目前所处发展阶段，其主要市场在便携式电子设备与电动交通工具领域。

从著名的锂离子充电电池市场分析机构日本信息技术综合研究所（IIT）披露的数据来看，2013年，我国锂离子电池行业（包括锂离子电池、设备、材料）规模持续扩大，全球市场份额稳步提升，全行业销售收入超过860亿元。

根据专家预测，近期内全球小型锂离子电池的需求量将会扩大到上百亿只，对应着上千亿元的市场规模。

今后数年内锂离子电池最大的市场需求仍来自为IT产业提供配套（手机 57.4%，笔记本电脑 31.5%，其他 11.1%）以及电动交通工具。

本项目开发的钛酸锂材料及钛酸锂电池具有以下独特的技术优势，（1）低成本优势，目前，销售的高性能钛酸锂材料价格在15-20万元/吨，传统方法采用的工艺流程和原材料，成本高达10-12万元/吨。

本项目采用价格低廉、来源广泛的工业级原料，并简化工艺流程，使得生产成本大大降低。

（2）倍率性能优异，钛酸锂电池在1C，2C，4C下容量接近一致，具有优异的倍率性能，在10分钟（即6C）的快充条件下，电池可以充至90%。

（3）循环寿命长，在4C快充下，循环2000次，容量衰减不超过10%，拥有出色的长寿命。

（4）高低温性能优异，在-20℃下，放电容量仍然维持常温容量的90%以上，在60℃下，放电容量维持常温容量。

由于具有以上优越的成本优势和性能优势，项目具有很强的总体竞争优势和盈利空间。

2. 项目技术与产品实现2.1 项目技术方案2.1.1 项目总体技术概述锂离子电池是一种可反复充电的蓄电池，由具有可重复嵌入/脱嵌锂离子的材料做正极与负极，多孔高分子薄膜作为隔离膜，并浸入含有锂盐的电解质溶液中构成一个基本电池单体（Cell）。

多个单体通过串联或并联方式构成电池组（Battery），以提供满足需要的输出电压与电流。

其基本工作原理是：放电过程中，锂离子从负极材料中释放出来进入电解质溶液；电解质溶液中的锂离子在电场作用下迁移至正极，然后嵌入正极材料内部。

与此同时，负极材料失去的电子经由外电路穿过负载做功后到达正极。

因此，放电过程中，在正极发生还原反应（阴极），在负极发生氧化反应（阳极）。

充电过程需要在正负极间施加一个合适的电压，是放电过程的逆过程。

在锂离子电池中，负极材料与正极材料一样，都是对锂离子进行电化学储存的部分。

锂离子电池通过锂离子在负极材料中可逆的嵌入与脱嵌过程，实现电能的存储与释放。

目前商业化的锂离子电池负极材料多采用各种碳材料，包括天然石墨、人造石墨、焦炭、中间相炭微球、热解碳材料等，锂离子存储容量理论上为200 – 372 mAh/g。

由于碳电极具有较低的放电平台（0.5V vs. Li/Li+）、容量高、充放电效率高等优点，自从1990年Sony公司开发碳材料作为负极的锂离子电池以来，碳材料性能不断改善，目前得到了广泛应用。

然而，碳材料作为锂离子电池负极材料仍存在一些缺点：如嵌锂后电极的电位与锂金属的电位很接近（例如：石墨的电势小于0.1V vs. Li/Li+），在电池过充时，金属锂可能在碳电极表面析出而形成锂枝晶，从而引起短路；此外，大多数电解液在此低电位下不稳定，电解质容易在碳电极表面发生分解，产生可燃气体混合物，存在安全隐患；碳电极中锂离子的嵌入将引起10%的体积膨胀，导致颗粒间不联系，引起电极/电解质及电极/汇流体界面的松散与剥落，严重缩短了电池的循环寿命。

以上这些情况表明，碳负极材料的发展已经遇到瓶颈，很难取得进一步的突破，无法满足未来电池长寿命、高稳定性、安全环保的要求。

因此，研究者们在逐渐认识到这一点后，纷纷开始了新型负极材料的开发。

钛酸锂的分子式为Li4Ti5O12，具有尖晶石结构，上世纪70年代被作为超导材料进行了大量研究。

上世纪80年代末钛酸锂被作为锂离子电池正极材料进行研究，但因为其相对于金属锂的电位偏低而未能引起人们的广泛关注。

直到1996年，加拿大研究者K. Zaghib首次提出可以采用钛酸锂作为负极与高电压正极组成锂离子电池、与碳电极组成不对称超级电容器的概念。

此后，一些日本学者也在相关领域开展了探索性工作，但针对钛酸锂作为锂离子二次电池负极材料的大规模研究却始于上世纪末、本世纪初。

由于钛酸锂优异的电化学性能，许多研究者和公司致力于将其工业化。

国际上在动力锂电池应用方面，目前已使用尖晶石(Spinel)结构之钛酸锂作为负极；钛酸锂材料结构稳定，充放电所导致的体积膨胀非常小，不到 0.2%，即使反复充放电，晶体结构也不容易发生变化，因此循环寿命极优。

此外，钛酸锂电位为1.5V (vs. Li)，不会和电解液反应形成固态电介质界面，电池内阻抗不会上升。

并且由于阴极不会发生树枝状结晶，所以电池单元不会因发热而发生事故，适合大电流快速充电，可作为高功率快速充放电锂离子电池的负极材料。

新时代快速充放电锂离子电池除了可作为 3C 可携式电子产品之电源外，未来更可作为电动车、混成动力车、电动工具、电动自行车、电动机车及机器人之动力来源，极具市场潜力。

从目前现有的钛酸锂材料技术水平来看，多集中于颗粒纳米化与碳包裹的研究，以期提高倍率性能。

然而，从根本上提高材料电子传导性能的体相掺杂，以及面向产业化应用需求的结构形貌控制、加工性能的改进等，近年来才逐渐被人们所意识到，而这也正是本项目的技术先进性优势。

项目创新内容包括针对微米二次粒子的组装技术，行业现有技术方案如下：（1）微乳液法（Water/Oil）微乳液法制备球形纳米颗粒是近年来发展起来的微米级别颗粒的合成方法。

微乳液由水、油和表面活性剂组成的热力学稳定体系，其中水被表面活性剂单层包裹形成微水池，分散于油相中，通过控制微水池的尺寸来控制超微颗粒的大型，因为在微水池生成的颗粒的粒径可被水滴的大小有效控制。

该工艺的优点是：产品球形度好，堆积密度大，尺寸分布较均匀。

缺点是：需要消耗大量的煤油介质，成本较高；如循环使用煤油介质，还需要额外添加回收利用装置，进一步增加了成本。

此外，制备单位质量的钛酸锂消耗的煤油量过多，经济性有待进一步提高。

（2）醇液聚合法醇液聚合法类似于微乳液法，也采用非水溶剂。

一般情况下，经历一个溶胶-凝胶过程：钛酸酯首先溶解于丁醇或异丙醇中，并加入羟丙基纤维素等作为空间位阻剂，控制二氧化钛颗粒的生长速度与表面形貌。

一般采用四氯化钛作为钛源，水作为水解剂。

该工艺的优点是：得到的二氧化钛球形度极好，且呈单分散，粒径分布小。

缺点是：制得的颗粒尺寸较小，一般仅有1微米左右，与锂离子电池电极制备所需要的最佳尺寸（10-20微米）差距较大，进一步提高颗粒尺寸难度较高；此外，反应工艺控制较为复杂精细，规模化难度较高。

（3）喷雾干燥法喷雾干燥技术已有近百年发展历史，目前在制药、生物、食品加工、染料合成、水泥制备、陶瓷等氧化物生产上已经获得了相当广泛的应用。

其基本工艺是：固体微粒分散在溶剂中（一般为水），加入适当的添加剂得到稳定的浆料。

浆料经机械泵输送至喷嘴（或离心盘），在高速气流的冲击下雾化成几十至几百微米的液滴，并在热空气吹动下在干燥室内运动。

由于分散的液滴表面积很大，可以与热空气充分接触，故液滴干燥时间极端（一般小于1秒），干燥充分。

在蒸发过程中，液滴由于表面张力作用收缩成球体，待溶剂干燥后，形成固体微球。

喷雾干燥法制备微米球的优点有：成本低，可连续生产；温度较低，处理时间短，故能量消耗少；适用的前躯体类型广泛，从生物活性物体至氧化物陶瓷材料，均可在处理成浆料后进行喷雾造粒；采用不同的喷雾干燥机，并适当调节浆料固含量、进出口温度、进料速率等参数后，可以得到尺寸与分布不同的微球，操作弹性大；使用的溶剂是水，故其蒸汽可直接排放至大气，对环境无毒无害，节省了环保与后处理设备的投入。

该工艺的缺点是：需要根据不同前躯体制备合适的浆料，因浆料特性对产物颗粒质量影响很大；此外，需要进行一系列实验来确定喷雾干燥机的各种操作参数，特别是在中试放大试验中。

从以上三种微球制备工艺的比较中，可以看出，在综合了成本、连续生产能力、环保特性等考察因素后，喷雾干燥法是最佳工艺选择。

本项目组结合喷雾干燥技术及砂磨技术，使钛酸锂的振实密度由目前的1.0g/cm3，提高到1.35g/cm3。