编号：厦门市重点产学研项目 （8Ah0Ah）磷酸铁锂电动自行车锂离子系列电池研制 厦门三圈电池有限公司 潘炳炫 2012年7月-2014年7月 厦门集美北大道519号 361023 0592-6388936（办公室设在市经济发展局）立项理由：（国内外相关产品与技术现状、发展的概况；市场需求前景、推广应用领域、达到的技术水平，以及在国民经济发展中的作用）石油资源的日益枯竭和环境问题的日趋严峻，使得发展清洁的电动交通工具成为我们面临的迫切需求。结合我国的国情和动力电池的发展现状，电动自行车不仅在未来的绿色交通系统中扮演重要角色，而且也是其它较大型电动车辆及配套的动力电池发展的基础和切入点。根据公司十二五规划，采取“高起点、先小后大”的策略，选择进入锂离子电池行业。锂离子电池是最新一代化学电源，是目前能量密度最高的二次电源系统，其能量密度达是铅酸电池的三倍，镍氢电池的两倍。同时锂离子电池又具有无污染、无记忆效应、工作温度范围广、循环性能优良等优点，是目前最受关注的动力电池。在锂离子二次电池的正极材料中，目前广泛使用的是钴酸锂（LiCoO2）、三元复合氧化物镍钴锰酸锂（LiNil3Co13Mnl3O2）等。其中，LiCoO2是大规模商品化的正极材料，目前90以上的商品化锂离子电池采用LiCoO2作为正极材料。LiCoO2的研究比较成熟，综合性能优良，但价格昂贵，容量较低，毒性较大，也存在安全性问题。磷酸铁锂作为新型锂离子电池正极材料是最近几年才快速发展起来的，最主要的特征是安全性好和成本低廉，很好地满足电动自行车对驱动电源的要求，无疑将大大促进锂离子动力电池的发展，使得各类电动交通工具实用化成为可能。国外锂离子动力电池发展概况：日本索尼公司对锂离子电池的研究开展较早，生产的锂离子电池在性能上和品种上已经具备相当高的水平。该公司生产的圆柱型单体电池分为高能型和高功率型。其中高功率型的圆柱电池80%DOD的比功率高达800 W/kg。法国SAFT公司是世界著名的锂电池生产公司，其各种型号锂离子电池已广泛应用于卫星、UUV（无人水下航行器）以及各类便携式电子设备上。目前该公司生产的圆柱型单体锂离子电池比能量达到143 Wh/kg，80%DOD的比功率为345 W/kg。德国瓦尔塔公司也在研制高能量密度型和高功率密度型电池。其高能密度型电池为方型，容量为60 Ah，比能量为115 Wh/kg，使用寿命达900次(100%DOD)。美国YARDNEY公司已为水下军事装备研制了三款锂离子动力电池，包括水下无人作战平台（UUV）电池系统、全电动鱼雷高功率锂离子电池系统、袖珍潜艇装置（ASDS-1）的高能量锂离子电池系统，单体电池能量密度170200 Wh/kg。美军在水下自动航行器（AUV）中已应用锂离子电池，其功率密度达到100 Wh/kg。国内锂离子动力电池发展概况：我国锂离子动力电池研制始于二十世纪，起步较晚。但自2000年以来，随着我国投入十多亿资金用于支持发展电动车和相关电池技术，以及“863”电动汽车重大专项的实施，对锂离子动力电池进行了开发研究，锂离子电池性能与国外产品相当，某些方面甚至优于国外产品，对外出口量不断上升。目前我国锂离子动力电池主要包括电动工具电池、电动自行车电池、特种车用电池和电动汽车用电池等，各种锂离子动力电池均处于产业化起步阶段。其中电动自行车用锂离子电池和电动工具用锂离子电池产业化基础相对较好。比亚迪公司生产的E6纯电动轿车采用自行生产的磷酸铁锂电池，用220 V民用电源15 min可充电80，100 km能耗为20 kWh，现已上市。我国人口众多，道路资源有限，城市交通拥堵严重。以方便、舒适、经济、实用为特点的电动自行车将是我国未来绿色交通的主要组成部分，具有很大的发展空间。而且，电动自行车是一个成熟的动力电池应用市场。经过十余年的发展, 电动自行车行业已经具有了相当的发展和市场成熟度, 电动自行车的整车技术也进入到稳定成熟的发展期,未来的三至五年内，国家希望将锂电池的使用比例从2.5%提高到20%左右。锂电动自行车有望成为锂电池需求一个重要增长点。在这个市场中考察电池的性能,发展电池的用户是非常有优势的。目前，电动自行车的磷酸铁锂锂离子动力电池已基本成熟，因此，以磷酸铁锂锂离子动力电池为配套电源的电动自行车的迅速发展恰逢其时。可以预见，更加轻便、环保的新一代电动自行车将会有一个大发展。同时，以电动自行车行业为先导, 在实践中促进各类新型电池的技术改进，也是未来较大型电动车辆动力电池发展的重要途径。目前，锂离子电池正处于性能不断提高、成本不断降低、应用领域快速扩大、市场份额急剧增长的阶段，市场前景广阔。技术经济分析：（包括技术特点、关键技术和关键工艺；产品性能指标与现有的产品技术的对比分析；经济效益或社会效益分析）1、技术特点：新型高倍率软包装磷酸铁锂聚合物锂离子电池是一种用磷酸铁锂（LiFePO4）作电池正极，用石墨作负极的锂离子电池。它的工作原理与锂离子电池完全相同，电池价格便宜，具有放电平台特别平坦、能用大放电率放电（5-10C）、特别安全（不会因过充电、过放电、甚至短路时发生燃烧或爆炸）、循环寿命长、对环境无污染等特点，作为大电流输出的动力电池是最佳的。磷酸铁锂电池用在电动自行车上有几大优点：(1)重量较轻，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。比能量大，高达150Wh/Kg，是铅酸电池的四倍，(2) 循环寿命长。铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，使用时间为1-1.5年。而磷酸铁锂电池电芯一致性高，循环寿命可达到2000次。使用时间为3-5年，是铅酸电池2-3倍。性能价格比将为铅酸电池的3倍以上。(3)容量大，范围广，具有比铅酸等更大的容量，可以生产出各种不同容量段（8Ah-50Ah）的电池，续航能力更长，使得该产品得到广泛地应用。(4)高低温性能好。75放电容量为90%，-20放电容量为60%以上。(5)采用高热稳定性材料和缜密工艺设计，电池安全性能好。（6）绿色环保。不含Pb、Hg、Gd等重金属。2、关键技术、关键工艺及创新点2.1通过改进电解液体系、正极配方、材料性能，改善电芯结构设计以及建立电池温度控制体系等措施，改善磷酸铁锂电池的低温性能；2.2通过纳米化LiFePO4晶粒等方法，减小锂离子在晶粒中的扩散距离，从而改善电池的高倍率放电特性。2.3要通过研究导电剂粒度与添加量对正极覆料导电性的影响，电极面密度设计、极耳材质及焊接工艺对电池倍率性能的影响，电解液量与电池内阻的关系及循环性能的影响，2.4通过对各关键制造工序工艺原理的分析，装备先进的全自动叠片关键工艺装备、涂覆工艺装备、隔膜生产工艺装备，生产过程自动检测仪器及装备等，实现磷酸铁锂电池的高品质大规模制造。2.5生产工艺流程图负极配料-涂布-冲片-辊压-负极极板正极配料-涂布-冲片-辊压-正极极板 叠片-焊接-装配-注液-抽真空封口-半成品电池-预化成-老化-抽真空-切边-拆边-分容-单体电池-组装-成品电池3、技术指标3.1 单芯电池电压3.2V；3.2 单芯电池标称容量Ah50Ah； 3.3 0.5C放电容量98%标称容量； 3.4 5.0C倍率放电容量90%标称容量；3.5 0.5C循环寿命（60%DOD）2000次；3.6 电池内阻6.0 m；产量（万安时）产值 (万元)税利(万元)创汇(万元)顶替进口(万元)2013年7月-2014年6月200120024050/项目水平国际水平国内首创国内领先国内先进省内领先原材料来源：（包括主要原、辅材料名称，年需要量及供应渠道）1、磷酸铁锂 21吨/年 深圳德方纳米科技有限公司；2、石墨（MCMB） 11吨/年 天津爱敏特电池材料有限公司；3、导电碳 1.5吨/年 上海汇普工业化学品有限公司深圳公司；4、PVDF 550Kg/年 厦门中物投贸易有限公司；5、铝箔 4.8吨/年 秦皇岛市兴恒铝业科技有限公司6、铜箔 1.5吨/年 广东梅县梅雁电解铜箔有限公司7、隔膜 20万平方米/年 上海晶融科技发展有限公司；8、电解液 15吨/年 广州天赐高新材料有限公司9、铝塑膜 2.4万平方米/年 上海晶融科技发展有限公司10、极耳 26万对/年 厦门凯程工贸有限公司项目进度：（包括调研、设计、试制、设备安装、测试、制定标准、试产、试销、鉴定及批量生产的时间）项目内容起始时间技术、市场调研2012.72012.9产品配方及工艺设计2012.102013.2产品试制2013.32013.6设备采购安装调试*2012.72013.8产品测试2013.92013.12制定标准及工艺文件2014.12014.2中试2014.32014.4批量生产2014.52014.6鉴定验收、投产2014.7*说明：2012年16月份本项目固定资产已投资（设备）320万元；占项目计划投资35%项目资金 （万元） 投资总额：900资金来源申请拨款银行贷款企业自筹其它100/800/资金构成设备仪器技术转让市场调研检验测试工模夹具其它（材料等）7191515259036需购置的设备仪器明细表设 备 名 称（型 号）单 位数 量单 价总 价双行星动力混合机（HY-DLH100L）双行星动力混合机（HY-DLH60L）震动筛真空烤箱分条机（电极片）轧机铝塑模手动成型机顶封机侧封机超音波焊接机切极耳机超声波焊接机全自动叠片机手套箱手动封口机短路测试台喷码输送带电池内阻测试仪喷码机条码机可充电动力电池组性能检测设备实验工作台多路电压内阻测试仪分条机（铝塑膜）模拟汽车运输振动台转盘式双面加热真空封装机分容柜10A分容柜5A动力电池数据管理系统抽真空预封口机烘烤房40预化成设备3A高温烘箱85及夹具锂电安全实验室（包括测试设备）台台台台台台台台台台台台台套台台条台台台台套台台台台台台套台套台台套1321022322223411111111121128611143 121600016386616200275006500065500055000