李華成,李普良,李維健,詹海青,程 東

(中信大錳礦業(yè)有限責(zé)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(jī)、大氣污染、溫室效應(yīng)等原因,在全世界掀起了一個(gè)發(fā)展新能源汽車的高潮,中國(guó)政府在發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)上決心很大,相繼出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)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(diǎn),而新能源汽車最關(guān)鍵的組成部分是動(dòng)力電池,CMIC專家預(yù)測(cè)到2012年,中國(guó)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(dòng)力電池生產(chǎn)能力。

鋰離子動(dòng)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(guó)偏向于使用錳系,近幾年,日本在不斷擴(kuò)大錳酸鋰的生產(chǎn)規(guī)模,據(jù)報(bào)道,到2012年日本電工株式會(huì)社錳酸鋰總生產(chǎn)能力將達(dá)到6 700 t/a,日本戶田工業(yè)株式會(huì)社錳酸鋰總生產(chǎn)能力達(dá)到6 500 t/a。美國(guó)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(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱為：中信大錳)順應(yīng)當(dāng)今世界低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展潮流,響應(yīng)政府號(hào)召,充分利用自身的錳資源優(yōu)勢(shì),搶占發(fā)展先機(jī),提出了：

錳礦——EMD——?jiǎng)恿π湾i酸鋰——?jiǎng)恿﹄姵氐陌l(fā)展思路,并正在逐步實(shí)現(xiàn)這一新能源產(chǎn)業(yè)鏈。

1 中信大錳發(fā)展動(dòng)力型錳酸鋰的優(yōu)勢(shì)

1.1 錳資源優(yōu)勢(shì)

中信大錳公司錳礦資源豐富,占全國(guó)總儲(chǔ)量的22％,位居中國(guó)之首。同時(shí)積極實(shí)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(guó)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(shì),根據(jù)國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策及市場(chǎng)需求,及時(shí)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),進(jìn)一步延長(zhǎng)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(diǎn)進(jìn)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(dòng)力鋰離子電池的研發(fā)與生產(chǎn)。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

中信大錳一貫堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展道路,加強(qiáng)對(duì)錳資源的科學(xué)利用、合理開發(fā)和有效保護(hù),積極推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)和自主創(chuàng)新。近年來,有1個(gè)項(xiàng)目榮獲全國(guó)冶金礦山科技進(jìn)步一等獎(jiǎng),有兩個(gè)課題經(jīng)國(guó)家科技部審批,列入國(guó)家“863”計(jì)劃科研項(xiàng)目；2008年廣西科技廳指定公司為廣西首批自治區(qū)級(jí)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(zhǔn)中信大錳獨(dú)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(qiáng)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(dòng)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(diǎn)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(qiáng)企業(yè)自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

中信大錳在鋰電池材料的研發(fā)與生產(chǎn)上堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)、高水平,優(yōu)服務(wù)的原則,在原有人才團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上,從國(guó)內(nèi)相關(guān)科研院校及鋰電池最發(fā)達(dá)的日本引進(jìn)鋰電材料的專家,采用了目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備以及完善的檢測(cè)手段和檢測(cè)設(shè)備,并不斷跟蹤國(guó)內(nèi)外鋰電行業(yè)發(fā)展趨勢(shì),以日本先進(jìn)鋰電正極材料的性能指標(biāo)為目標(biāo),堅(jiān)持自主創(chuàng)新、精細(xì)管理、持續(xù)改進(jìn)、誠信經(jīng)營(yíng)、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(dāng)?shù)卣闹С?/h3>

中信大錳崇左產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目是崇左市區(qū)最大的建設(shè)項(xiàng)目,其中鋰電池材料屬于國(guó)家優(yōu)先發(fā)展、重點(diǎn)扶持的新材料產(chǎn)品,可以填補(bǔ)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(jí)領(lǐng)導(dǎo)多次親臨現(xiàn)場(chǎng)檢查、指導(dǎo)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(xiàng)目列入廣西新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)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(jìn)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(shí)際容量在100～110 mAh/g之間,由于生產(chǎn)錳酸鋰的原材料價(jià)格低廉、易得,在生產(chǎn)過程中對(duì)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(diǎn),被認(rèn)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(dòng)力型,產(chǎn)品性能優(yōu)異,已得到電池廠家認(rèn)可。容量型錳酸鋰型號(hào)為DMLM-12,其全電池容量可達(dá)到110 mAh/g,半電池容量可達(dá)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(dòng)力型錳酸鋰型號(hào)為DMLM-15,其全電池容量可達(dá)到95 mAh/g,半電池容量可達(dá)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(dòng)工具、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車用鋰離子電池。

2)鋰離子動(dòng)力電池中試線。中信大錳在正極材料動(dòng)力型錳酸鋰研究的基礎(chǔ)上,積極開展以動(dòng)力型錳酸鋰為正極材料的鋰離子動(dòng)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(jìn)入帶料調(diào)試階段。

3)集團(tuán)內(nèi)部協(xié)合效益顯現(xiàn)。中信國(guó)安公司擁有較先進(jìn)的動(dòng)力電池生產(chǎn)技術(shù),其錳酸鋰產(chǎn)品指標(biāo)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先,現(xiàn)動(dòng)力型錳酸鋰電池8 Ah、16 Ah等品種已正式用于奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)環(huán)保車輛,效果良好,量產(chǎn)指日可待。

3 存在問題與對(duì)策

1)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)

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(guó)家重點(diǎn)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(rèn)為當(dāng)今的熱門產(chǎn)業(yè)。近年來,進(jìn)入這一行業(yè)的單位多,競(jìng)爭(zhēng)激烈,針對(duì)這一狀況,一方面,通過技術(shù)創(chuàng)新、精細(xì)管理,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力；另一方面,及時(shí)采取靈活有效的營(yíng)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(jìn)的研發(fā)設(shè)備和分析設(shè)備,加強(qiáng)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(shí)還將充分發(fā)揮礦產(chǎn)資源優(yōu)勢(shì),強(qiáng)化管理制度,提高中信大錳在鋰離子電池正極材料的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

4 發(fā)展規(guī)劃與目標(biāo)

發(fā)展鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)主要是從材料和技術(shù)方面進(jìn)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(dòng)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(shì),以鋰離子電池正極材料錳(鈷)酸鋰為切入點(diǎn),進(jìn)入新能源領(lǐng)域。未來5年內(nèi)在動(dòng)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(kuò)大到2 000 t/a。采用先進(jìn)的聚合物鋰離子電池生產(chǎn)錳系動(dòng)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(chǎng)為電動(dòng)兩輪車、電動(dòng)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(dòng)力鋰離子電池的基礎(chǔ)上,增加鐵系動(dòng)力鋰離子電池,正極材料為磷酸亞鐵鋰,采用先進(jìn)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(chǎng)為電動(dòng)汽車,規(guī)模為日產(chǎn)50萬Ah。

4.2 預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)

動(dòng)力型錳酸鋰預(yù)期達(dá)到新產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)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(shí)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(biāo)稱容量80％；

10)安全性能滿足動(dòng)力蓄電池的各項(xiàng)要求。

以上發(fā)展規(guī)劃與目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)能夠使得中信大錳擠身于國(guó)內(nèi)鋰電行業(yè)前列,大大增強(qiáng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力,提升企業(yè)知名度,確保企業(yè)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)。同時(shí)可以縮短廣西自治區(qū)與發(fā)達(dá)地區(qū)在新能源產(chǎn)業(yè)的距離,推動(dòng)廣西新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5 結(jié)論

1)當(dāng)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(jìn)了動(dòng)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(shì),已涉足于動(dòng)力電池行業(yè),并在穩(wěn)步發(fā)展。

3)中信大錳動(dòng)力型錳酸鋰的容量及循環(huán)性能已達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

4)針對(duì)目前動(dòng)力型錳酸鋰存在的問題,還需加大投入,加強(qiáng)力量,不斷創(chuàng)新,爭(zhēng)取盡快趕超日本先進(jìn)水平。

[1]張賓,林成濤,陳全世.電動(dòng)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(huì)責(zé)任促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].中國(guó)錳業(yè),2009,27(4)：51-53.