磷酸铁锂的工艺路线探讨和发展

技术路线不统一，说明目前的磷酸铁锂市场仍然不成熟，预示整个产业还处于“从有到优”的竞争阶 段，稳定性是现阶段的重点，V系工艺会有较好的表现，在下一个阶段”从优到廉“的发展过程中，复 合路线和磷酸铁将成为发展的主流，毕竟“稳定性，加工性，电特性”才是符合动力电池产业发展的 主流特征。
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35%左右才能在成本和电性能优势方面更具竞争力。
（3）氧化铁红路线原材料成本约在5.5万左右，总体成本在8 万左右，磷酸二氢锂材料单项比例约50%左右。
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2.工艺路线的发展探讨
正磷酸铁工艺流程
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2.工艺路线的发展探讨
主要生产设备
主要生产设备一览表
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2.工艺路线的发展探讨
成本比较前提
（1）草酸亚铁产业化路线： 有机溶剂（考虑回收），二次静态热处理工艺； （2）磷酸铁产业化路线：
水系体系，一次静态热处理工艺。
生产线按年产300吨配臵，实际产量按每月12吨来核算，设备利用率约50%。
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2.工艺路线的发展探讨
亚铁项目核算
草酸亚铁工艺路线核算（以月产12吨为例）： 项目 成本 （元/吨）
42200 7000 12700
成本比例 （%）
63.21 10.49 19.02
备注
原材料 水力和电力 人力成本
考虑溶剂回收
折旧费用
合计
4861
66761
7.28
100
折旧基数：700万元
不考虑回收，每吨成 本增加16000元。
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2.工艺路线的发展探讨
原材料小结
磷源合成离不开工业磷酸，锂源都是由氢氧化锂作为中间产物。
合成磷酸铁锂的基础原料可简单分为3种：
（1）工业磷酸；
（2）硫酸亚铁； （3）氢氧化锂；
归根到底，固相法和溶液法所用的原料完全相同，不同的工艺路线 只是原材料的不同排列组合而已；很显然物质利用率越高的搭配组合可 以实现较低的原材料成本。
32000
7600 12700 2778 55078 折旧基数：400万元 成本下降27500元
成本比例 （%）
58.10
备注
磷酸铁成本在总体成 本比例35பைடு நூலகம்以下。
原材料
水力和电力 人力成本 折旧费用 合计
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁锂成本变化
磷酸铁合成路线在未来的发展中将克服成本方面的障碍，体现更 优良的性价比，该路线符合动力电池产业对正极材料的需求。随 着生产量的扩大，人力成本和折旧费用可下降50%以上。
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2.工艺路线的发展探讨
三元系电芯成本核算
镍钴锰酸锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型2.1Ah电池为例）： 物质名称
镍钴锰酸锂 隔膜 壳体
单项成本1 （元）
4.933 1.494 1.000
成本比例 （%）
41.62 12.60 8.44
单项成本2 （元）
备注
碳微球
9.42
10.04 1.26
氧化剂
去离子水 正磷酸铁
考虑到加工费用、设备折旧等预计正磷酸铁总体成本控制在2万元以下; 按照目前磷酸铁锂生产工艺，磷酸铁锂单吨总成本可以控制在5.5万以内。
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2.工艺路线的发展探讨
硫酸亚铁精制的意义
当前我国绝大部分钛白粉仍采用传统的硫酸法生产工艺,采 用硫酸法生产一吨钛白将产生3. 5～4 t 的绿矾，年副产绿矾量 255～340万t。 钛白生产的副产物废渣绿矾除含有约90%亚铁盐外，还含 有Ti、Mn、Mg、Al、Si、Cu等多种杂质。而其高附加值利用 途径要求硫酸亚铁的纯度达到99%以上,主要体现在氧化铁颜 料、磁性材料和磁粉工业。
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁项目核算
磷酸铁工艺路线核算（以月产12吨为例）： 项目 成本 （元/吨）
59500 7600 12700
成本比例 （%）
72.05 9.20 15.38
备注
磷酸铁成本在总体成 本比例50%以上。
原材料 水力和电力 人力成本
折旧费用
合计
2778
5
2.工艺路线的发展探讨
铁源追溯
草酸亚铁
氧化铁红
磷酸铁
草酸
氨水
氢氧化钠
双氧水
双氧水
磷酸
氢氧化钠
硫酸亚铁
还原铁粉
工业硫酸
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2.工艺路线的发展探讨
磷源追溯
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7
2.工艺路线的发展探讨
锂源追溯
电池级碳酸锂制备工艺：
（1）用盐酸中和氢氧化锂至一定pH值，然后加入草酸铵和氯化钡除去钙和硫 酸根离子。 （2）然后用氢氧化锂条件调节一定pH值，加入双氧水将亚铁离子氧化成铁离 子，在弱碱性条件下除去铁离子。 （3）为了提高锂的回收率，加入碳酸铵沉锂； （4）通入CO2将碳酸锂进一步氢化； （5）通过离子交换树脂深度除去钙、镁离子，然后将LiHCO3溶液加热结晶得 到99.9%电池级碳酸锂。
电解液 其它 合计 实际成本预估 每Ah成本 每Wh成本
1.088
1.085 2.252 11.852 14.222 6.773 1.881
9.18
9.15 19.00 100 元 元/安.时 元/瓦.时
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（1）成本1以三 元系每吨销售价 30万来计算； （2）成本2以三 元系每吨销售价 18万来计算。
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2.工艺路线的发展探讨
锰酸锂电芯成本核算
锰酸锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型1.4Ah电池为例）： 物质名称
锰酸锂 隔膜 壳体 碳微球 电解液 其它
单项成本1 （元）
1.241 1.415 1.000 0.921 0.731 1.944
成本比例 （%）
17.11 19.51 13.79 12.70 10.08 26.81
★★★★ ★★★★
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3
1.磷酸铁锂产业化现状
路线比较
以年产300吨为例： 工艺路线 （铁源选择）
草酸亚铁 氧化铁红1（V系） 氧化铁红2（复合） 磷酸铁
原材料成本 （元/吨）
53500（42200）
生产设备投资 (万元）
700
路线瓶颈
成本略高，品质不易 稳定控制。 容量不理想，产品性 价比偏低。 产业化经验需要摸索 现阶段原材料成本过 高，比例超过50%。
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2.工艺路线的发展探讨
车用电池成本分析
物质名称
每Wh成本 (元） 36V10Ah 电池组成本 42V24Ah 电池组成本 320V120Ah 电池组成本
磷酸铁锂1
1.859
磷酸铁锂2
1.768
磷酸铁锂3
1.662
锰酸锂
1.680
镍钴锰酸锂
1.881
669.2
636.5
598.32
604.8
677.16
磷酸铁锂的工艺路线探讨和发展
蒋华锋
二0一0年五月
内容概要
第一部分 磷酸铁锂的产业化现状
第二部分
第三部分
工艺路线的发展探讨
磷酸铁锂产业的发展探讨
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1
1.磷酸铁锂产业化现状
典型厂家
铁锂材料生产商
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2
1.磷酸铁锂产业化现状
厂家总结
生产厂家
A123systems STL PULEAD GX-TECH ZN VALENCE FPG-CY
单项成本2 （元）
1.862（23.65%）
备注
合计
实际成本预估 每Ah成本 每Wh成本
7.252
8.702 6.216 1.680
100
元 元/安.时 元/瓦.时
7.873
9.448 6.748 1.824
（1）成本1以锰 酸锂每吨销售价8 万来计算； （2）成本2以锰 酸锂每吨销售价 12万来计算。
序号
1 2 3 4 5
规格型号
2000L 2000L 800mm 2000L 100Kg/h
设备名称
反应釜 高位槽 离心机 干燥箱 粉碎机
材质
SU316L SU304 SU316L SU304 SU304
数量
3 1 3 2 1
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁原料成本核算
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9
2.工艺路线的发展探讨
烧失率统计
工艺路线 （铁源选择）
草酸亚铁 氧化铁红1（V系） 氧化铁红2（复合）
产率 （%）
47.6
百分比 （%）
57.3
备注
两次烧成，有机体系
83.1
100
水系
66.4
79.9
水系或有机系
磷酸铁
68.6（81.4）
98.0
水系
很显然，氧化铁红1路线和磷酸铁路线物质利用率最高，但由于目前磷酸二氢 锂和磷酸铁的价格压力较大，成为制约其路线发展的关键！
55000
450
40000
400
58500
400
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4
1.磷酸铁锂产业化现状
简要分析
（1）草酸亚铁路线仍然是目前最主流的合成路线，但设备依存度较高，生 产周期比较长 ，形貌调控问题是该路线的难点，导致稳定性不理想。
（2）氧化铁工艺路线比较成熟，产业化基础强，稳定性好，但V系路线的 市场竞争力较弱，在成熟市场会面临挑战；复合路线在成本和性能做 了很好的兼顾，成本方面也有较大优势。 （3）磷酸铁路线成本比较高，仅磷酸铁一项就达到原材料成本的50%以 上，必须大幅削减成本，才能让其优质的电性能和市场价格相匹配。
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2.工艺路线的发展探讨
硫酸铁的提纯和精制
高纯硫酸亚铁成本每吨成本可控制在2500元以内，保守估计磷酸铁成本每 吨可节省4000元左右。
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁成本变化
磷酸铁工艺成本变化（以月产12吨为例）： 项目 成本 （元/吨）
序号
1 2
名称
硫酸亚铁
工业磷酸 氢氧化钠
单价 (元/吨）
4600 4000
吨耗用量 （吨）
1.52 0.62
吨耗费用 （元）
6992 2480
成本比例 （%）
58.53 20.76
3
4 5 产品
2500
1200 10 11947
0.45
1.00 15.00 产率95%
1125
1200 150 12576 元/吨
1873.9
1782.1
1675.3
1693.4
1896.0
71385.6
67891.2
63820.8
64512.0
72230.4
400V300Ah 电池组成本
223080
212160
199440
201600
225720
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2.工艺路线的发展探讨
磷酸铁锂电芯成本核算
磷酸铁锂电芯成本核算（以圆柱电池18650型1.5Ah电池为例）： 物质名称
磷酸铁锂 隔膜 壳体 碳微球 电解液 其它
单项成本1 （元）
1.576 1.251 1.000 0.912 0.729 1.968
成本比例 （%）
21.19 16.83 13.45 12.26 9.80 26.47
技术路线
产品特性
高倍率 较高容量和倍率 高平台 较高容量和倍率
综合评估
★★★★☆ ★★★☆ ★★★☆ ★★★☆ ★★★☆ ★★★☆ ★★★☆
草酸亚铁 氧化铁红
较高容量和倍率 稳定性好，易加工 稳定性好，易加工
Phostech
DATUNG Aleees 磷酸铁
易加工；高倍率
高容量和高倍率 高容量
★★★★
成熟市场的磷酸铁锂价格最终会降至在6万区间内！
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2.工艺路线的发展探讨
锂电池设计比较
（1）磷酸铁锂1.5安时18650型电池： 正极片：面密度300g/m2，压实密度2.3g/ml； 活性物质含量90%。 （2）锰酸锂1.4安时18650型电池： 正极片：面密度380g/m2，压实密度2.8g/ml； 活性物质含量92%。 （3）镍钴锰酸锂2.1安时18650型电池： 正极片：面密度380g/m2，压实密度3.6g/ml； 活性物质含量92%。 负极采用中间相碳微球（MCMB），正负极粘结体系均采用有机体系。
82578
3.36
100
折旧基数：400万元
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2.工艺路线的发展探讨
工业化路线成本小结
通过上述分析得出以下结论：
（1）草酸亚铁工艺路线的成本可控制在7万以下，由于目前国 内大部分厂家设备投资额有限，溶剂回收利用率低，实 际成本控制在8万左右；该路线原材料价格比较成熟。 （2）磷酸铁成本占据总成本的50%以上，需在现有幅度下降
单项成本2 （元）
6.5万（10万）
备注
合计
实际成本预估 每Ah成本 每Wh成本
7.436
8.923 5.949 1.859
100
元 元/安.时 元/瓦.时
6.648（7.072）
7.978（8.487） 5.318（5.658） 1.662（1.768）
（1）成本1以磷 酸铁锂每吨销售 价13万来计算； （2）成本2以磷 酸铁锂每吨销售 价6.5万和10万来 计算。