充分利用錳資源優(yōu)勢加快動力型錳酸鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

李華成,李普良,李維健,詹海青,程 東

(中信大錳礦業(yè)有限責任公司,廣西南寧 530022)

0 前言

近年來,由于全球范圍內(nèi)的能源危機、大氣污染、溫室效應(yīng)等原因,在全世界掀起了一個發(fā)展新能源汽車的高潮,中國政府在發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)上決心很大,相繼出臺了一系列鼓勵政策,新能源汽車的研發(fā)、生產(chǎn)已成為汽車行業(yè)的熱點,而新能源汽車最關(guān)鍵的組成部分是動力電池,CMIC專家預(yù)測到2012年,中國將形成50萬輛新能源汽車產(chǎn)能,形成10億Ah的車用高能單體動力電池生產(chǎn)能力。

鋰離子動力電池的關(guān)鍵組成部分正極材料主要為錳酸鋰和磷酸鐵鋰,日本和韓國偏向于使用錳系,近幾年,日本在不斷擴大錳酸鋰的生產(chǎn)規(guī)模,據(jù)報道,到2012年日本電工株式會社錳酸鋰總生產(chǎn)能力將達到6 700 t/a,日本戶田工業(yè)株式會社錳酸鋰總生產(chǎn)能力達到6 500 t/a。美國偏向于鐵系,但近期也加大了錳系材料的研究。磷酸鐵鋰由于低溫性能和批次穩(wěn)定性較差[1～2],目前尚未大批量地投入使用,而錳酸鋰在技術(shù)上更加成熟,具有很好的低溫性能和批次穩(wěn)定性。

中信大錳礦業(yè)有限責任公司(以下簡稱為：中信大錳)順應(yīng)當今世界低碳經(jīng)濟發(fā)展潮流,響應(yīng)政府號召,充分利用自身的錳資源優(yōu)勢,搶占發(fā)展先機,提出了：

錳礦——EMD——動力型錳酸鋰——動力電池的發(fā)展思路,并正在逐步實現(xiàn)這一新能源產(chǎn)業(yè)鏈。

1 中信大錳發(fā)展動力型錳酸鋰的優(yōu)勢

1.1 錳資源優(yōu)勢

中信大錳公司錳礦資源豐富,占全國總儲量的22％,位居中國之首。同時積極實施“走出去”戰(zhàn)略,擁有海外高品質(zhì)礦產(chǎn)資源基地[3]。2007年11月,中信大錳成功地并購了南非某礦山和加蓬蒙貝利地區(qū)的錳礦資源。中信大錳主要從事錳礦開采和錳系產(chǎn)品深加工,其中電解二氧化錳2萬t的產(chǎn)能規(guī)模。電解二氧化錳是生產(chǎn)鋰離子電池正極材料錳酸鋰的原材料,中信大錳的電解二氧化錳產(chǎn)品質(zhì)量好,已暢銷國內(nèi)外,為錳酸鋰產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了很好的原料保障。

中信大錳為了充分發(fā)揮自身的資源、管理、人才優(yōu)勢,根據(jù)國家的產(chǎn)業(yè)政策及市場需求,及時調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),進一步延長錳系產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈,在崇左工業(yè)園區(qū)征購了近33.33 hm2地,建設(shè)中信大錳崇左產(chǎn)業(yè)園,開展電源材料、磁性材料的研發(fā)與生產(chǎn),在電源材料方面,以鋰離子電池正極材料錳酸鋰生產(chǎn)為切入點進入新能源行業(yè),將繼續(xù)開展鋰離子電池正極材料鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰及動力鋰離子電池的研發(fā)與生產(chǎn)。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢

中信大錳一貫堅持走可持續(xù)發(fā)展道路,加強對錳資源的科學利用、合理開發(fā)和有效保護,積極推進項目建設(shè)和自主創(chuàng)新。近年來,有1個項目榮獲全國冶金礦山科技進步一等獎,有兩個課題經(jīng)國家科技部審批,列入國家“863”計劃科研項目；2008年廣西科技廳指定公司為廣西首批自治區(qū)級產(chǎn)業(yè)基地廣西錳業(yè)產(chǎn)業(yè)化基地惟一建設(shè)單位；2009年自治區(qū)批準中信大錳獨立建設(shè)“廣西錳業(yè)人才小高地”,作為錳業(yè)領(lǐng)軍企業(yè),2010年7月被廣西科技廳、發(fā)改委、工信委授予千億元產(chǎn)業(yè)“廣西錳業(yè)研發(fā)中心”建設(shè)依托單位。中信大錳將加強高純硫酸錳、高純無硒金屬錳、高性能堿性電解二氧化錳、高檔次四氧化三錳、動力電池用改性錳酸鋰等錳系新產(chǎn)品開發(fā),開展錳業(yè)節(jié)能環(huán)保共性技術(shù)研究,開發(fā)適合廣西貧錳礦特點的錳系列產(chǎn)品深加工的新技術(shù)、新工藝和新裝備,全面提高錳業(yè)科技含量,增強企業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競爭力。

中信大錳在鋰電池材料的研發(fā)與生產(chǎn)上堅持高標準、高起點、高水平,優(yōu)服務(wù)的原則,在原有人才團隊的基礎(chǔ)上,從國內(nèi)相關(guān)科研院校及鋰電池最發(fā)達的日本引進鋰電材料的專家,采用了目前國內(nèi)最先進的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備以及完善的檢測手段和檢測設(shè)備,并不斷跟蹤國內(nèi)外鋰電行業(yè)發(fā)展趨勢,以日本先進鋰電正極材料的性能指標為目標,堅持自主創(chuàng)新、精細管理、持續(xù)改進、誠信經(jīng)營、優(yōu)質(zhì)服務(wù)的理念,不斷滿足客戶需求,從而打造出企業(yè)的品牌。

1.3 當?shù)卣闹С?/h3>

中信大錳崇左產(chǎn)業(yè)園項目是崇左市區(qū)最大的建設(shè)項目,其中鋰電池材料屬于國家優(yōu)先發(fā)展、重點扶持的新材料產(chǎn)品,可以填補廣西自治區(qū)的空白,廣西自治區(qū)、崇左市政府十分重視并大力支持,各級領(lǐng)導多次親臨現(xiàn)場檢查、指導工作并寄予了很大的希望,區(qū)工信委已將崇左產(chǎn)業(yè)園的鋰電項目列入廣西新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進方案中,與廣西新能源汽車配套發(fā)展,這給了我們很大的信心與鼓舞。

2 目前的工作進展

1)鋰離子電池正極材料錳酸鋰。錳酸鋰(LiMn2O4)理論容量為148 mAh/g[4],實際容量在100～110 mAh/g之間,由于生產(chǎn)錳酸鋰的原材料價格低廉、易得,在生產(chǎn)過程中對環(huán)境沒有污染,隨著近幾年的研究,其循環(huán)性能也得到了較大提升,再加之工作電壓高等優(yōu)點,被認為是一種很有發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料。中信大錳采用錳酸鋰生產(chǎn)新工藝,產(chǎn)品類型主要有容量型和動力型,產(chǎn)品性能優(yōu)異,已得到電池廠家認可。容量型錳酸鋰型號為DMLM-12,其全電池容量可達到110 mAh/g,半電池容量可達到125 mAh/g,具有很高的容量,可廣泛應(yīng)用到鋰離子電池中,或與鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰按不同比例混合使用。動力型錳酸鋰型號為DMLM-15,其全電池容量可達到95 mAh/g,半電池容量可達到100 m Ah/g以上,具有很好的高倍率性能和循環(huán)性能,適合于制作成電動工具、電動摩托車、電動自行車用鋰離子電池。

2)鋰離子動力電池中試線。中信大錳在正極材料動力型錳酸鋰研究的基礎(chǔ)上,積極開展以動力型錳酸鋰為正極材料的鋰離子動力電池研發(fā),目前已建成中試線規(guī)模,產(chǎn)品主要以單體5 Ah、10 Ah為主,已進入帶料調(diào)試階段。

3)集團內(nèi)部協(xié)合效益顯現(xiàn)。中信國安公司擁有較先進的動力電池生產(chǎn)技術(shù),其錳酸鋰產(chǎn)品指標國內(nèi)領(lǐng)先,現(xiàn)動力型錳酸鋰電池8 Ah、16 Ah等品種已正式用于奧運會和世博會環(huán)保車輛,效果良好,量產(chǎn)指日可待。

3 存在問題與對策

1)市場風險

鋰電池正極材料行業(yè)是近10年發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè),屬于國家重點支持、優(yōu)先發(fā)展的新能源類材料,現(xiàn)正處于快速發(fā)展階段,與鋰電產(chǎn)業(yè)一樣被大家公認為當今的熱門產(chǎn)業(yè)。近年來,進入這一行業(yè)的單位多,競爭激烈,針對這一狀況,一方面,通過技術(shù)創(chuàng)新、精細管理,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,增強競爭力；另一方面,及時采取靈活有效的營銷策略,并利用中信大錳的品牌及影響力吸引、開發(fā)優(yōu)質(zhì)客戶。

2)研發(fā)能力的提高

鋰離子電池正極材料屬于高科技行業(yè),產(chǎn)品更新?lián)Q代速度較快,不同的電池材料生產(chǎn)不同的鋰離子電池,這就要求中信大錳加大研發(fā)力度,以滿足電池制造廠商的要求。中信大錳已經(jīng)規(guī)劃在崇左產(chǎn)業(yè)園建立研發(fā)中心,購置先進的研發(fā)設(shè)備和分析設(shè)備,加強專業(yè)人才培養(yǎng),提升公司的研發(fā)力量,不斷研發(fā)出性能優(yōu)異的產(chǎn)品。同時還將充分發(fā)揮礦產(chǎn)資源優(yōu)勢,強化管理制度,提高中信大錳在鋰離子電池正極材料的競爭優(yōu)勢。

4 發(fā)展規(guī)劃與目標

發(fā)展鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)主要是從材料和技術(shù)方面進行大量研究,提高電池的安全性能和能量密度及功率密度,如何有效地解決單體電池使用一致性的問題和安全性能是發(fā)展鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)的努力方向。

4.1 發(fā)展規(guī)劃

中信大錳依托現(xiàn)有的錳資源優(yōu)勢,以鋰離子電池正極材料錳(鈷)酸鋰為切入點,進入新能源領(lǐng)域。未來5年內(nèi)在動力電池領(lǐng)域的發(fā)展思路為：

2010年,1 000 t/a鈷酸鋰、600 t/a錳酸鋰生產(chǎn)線建成投產(chǎn)。

2011年,錳酸鋰生產(chǎn)規(guī)模擴大到2 000 t/a。采用先進的聚合物鋰離子電池生產(chǎn)錳系動力鋰離子電池,正極材料為改性錳酸鋰或改性三元材料,單體電池容量為5 Ah、10 Ah、20 Ah,產(chǎn)品主要市場為電動兩輪車、電動工具等,規(guī)模為日產(chǎn)20萬Ah。300 t/a磷酸鐵鋰生產(chǎn)線建成投產(chǎn)。

2012年,在錳系動力鋰離子電池的基礎(chǔ)上,增加鐵系動力鋰離子電池,正極材料為磷酸亞鐵鋰,采用先進的聚合物鋰離子電池生產(chǎn)工藝,單體電池容量為10 Ah、20 Ah、30 Ah,產(chǎn)品面向市場為電動汽車,規(guī)模為日產(chǎn)50萬Ah。

4.2 預(yù)期達到的目標

動力型錳酸鋰預(yù)期達到新產(chǎn)品的技術(shù)指標為：

1)D50 ：10～15μm；

2) 比表面：0.4～1.0 m2/g；

3)松裝密度：≥1.1 g/cm3；

4)振實密度：≥2.3 g/m3；

5)比容量：≥110 mAh/g；

6)循環(huán)壽命(常溫)：≥1 000次；

7)55℃循環(huán)：≥500次；

8)大電流放電性能：≥30 C；

9)-20℃容量：≥標稱容量80％；

10)安全性能滿足動力蓄電池的各項要求。

以上發(fā)展規(guī)劃與目標的實現(xiàn)能夠使得中信大錳擠身于國內(nèi)鋰電行業(yè)前列,大大增強企業(yè)的經(jīng)濟實力,提升企業(yè)知名度,確保企業(yè)的經(jīng)濟持續(xù)快速增長。同時可以縮短廣西自治區(qū)與發(fā)達地區(qū)在新能源產(chǎn)業(yè)的距離,推動廣西新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5 結(jié)論

1)當今世界范圍內(nèi)掀起的新能源汽車產(chǎn)業(yè)熱潮,大大促進了動力型錳酸鋰的快速發(fā)展。

2)中信大錳利用自身資源等諸多優(yōu)勢,已涉足于動力電池行業(yè),并在穩(wěn)步發(fā)展。

3)中信大錳動力型錳酸鋰的容量及循環(huán)性能已達國內(nèi)領(lǐng)先水平。

4)針對目前動力型錳酸鋰存在的問題,還需加大投入,加強力量,不斷創(chuàng)新,爭取盡快趕超日本先進水平。

[1]張賓,林成濤,陳全世.電動汽車用LiFePO4/C鋰離子蓄電池性能[J].電源技術(shù),2008,32(2)：95-98.

[2]王琳霞,尚隨軍,鄭榮鵬.磷酸鐵鋰單體電芯容量篩選方法的研究[J].電源技術(shù),2010,34(5)：458-459.

[3]黎家電.履行社會責任促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].中國錳業(yè),2009,27(4)：51-53.