产万吨锂电池三元正极材料可行性报告.docx
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产万吨锂电池三元正极材料可行性报告
年产1万吨锂电池三元正极材料项目
可行性报告
贵州贵阳
2016年8月
1总论
1.1概述
1.1.1项目提出的背景
20世纪是人类发展最为快速的一个世纪，各种高新技术的出现和应用给人们的生活带来了巨大的便利。
然而，伴随这种高速发展的是能源的严重消耗，污染的加剧以及全球灾难性气候变化的屡屡出现，这已经严重危害到人类的生存环境和健康安全。
全世界已探明的化石燃料（煤、石油、天然气）的贮量在不久以后将会枯竭。
为了缓解环境与能源压力，探索新型的能源模式已成为21世纪必须解决的重大课题。
电池的出现是人们在寻找清洁能源过程中一个里程碑式的事件。
电池的最大特点是在提供能源的高效率转化时，能够实现原料的“零排放”，从而减少对原材料的损耗，达到最优化的利用地球上有限的自然资源，实现社会的和谐发展的目的。
由此可见电池材料对解决今后的能源危机及其所造成的环境污染起着关键的作用，而锂电池则是能实现高效能量储存与能源转换的储能设备而得到社会的广泛认可。
锂电池是通常使用的锂离子电池的俗称，锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正负极，依靠Li+在正负极之间移动来实现充放电的二次电池。
锂离子电池的研究开始于20世纪80年代，20世纪90年代初日本索尼公司推出了第一代锂离子电池并进行了商业化生产。
随着现代社会的不断发展和生活水平的逐渐提高，笔记本电脑、手机等数码产品在人们日常生活中的使用越来越频繁。
据统计，2015年全球笔记本电脑销量已达到1.644亿台。
从2010年开始，我国笔记本电脑市场需求增速明显，2015年1~10月我国笔记本电脑累计产量为14711.95万台。
同时，使用手机的人数也大幅增长。
截至2015年底，全球手机用户数达到71亿，手机信号已覆盖全球超过95%的人口，其中我国移动电话用户13.06亿户。
2015年全球智能手机用户比例首次超过全球人口的四分之一，达到19.1亿，到2016年全球智能手机用户数量将超过20亿，而到2018年，全球三分之一的消费者将是智能手机用户，总数超过25.6亿人。
2018年智能手机用户指数代表了全球移动手机用户的一半，这意味着功能手机将成为电子通讯领域的少数派。
如今，锂离子电池以其轻巧、电容量大、寿命长等优点，很快占领市场并且用量越来越大。
除笔记本电脑、手机、便携电源、摄像机、便携式测量仪器、小型医疗仪器等小型轻量化电子装置及电动玩具、电动剃须刀等日用电器中已被广泛应用外，锂离子电池还广泛应用于电动工具、电动汽车、储备电源、军用电源等多种新兴领域。
国外专家指出，在21世纪里，电池将成为最有发展前途的十大支柱产品中排名第二的能源产业。
1.1.2项目投资的必要性和建设意义
锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。
作为绿色环保的二次储存能源，锂离子电池具有轻便、移动、高能量、绿色环保等优势。
但随着电子信息技术的快速发展，通讯基站、视听设备，工业仪器、医疗器械、手机、笔记本电脑、电动工具、电动自行车乃至电动汽车对锂电池需求量的不断增加，对锂离子电池的能量密度、循环次数、安全性能、生产成本等综合性能也提出了更高的要求。
生产品质优良、适销对路的锂离子电池材料，是各生产厂家的必然选择。
因此无论是提高能源利用效率、减少不可再生资源消耗还是开发新能源，都与材料产业的创新发展密不可分。
正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。
目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、镍酸锂，尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。
其中，钴酸锂（LiCoO2）制备工艺简单，充放电电压较高，循环性能优异而获得广泛应用。
但是，因钴资源稀少、成本较高、环境污染较大和抗过充能力较差，其发展空间受到限制。
镍酸锂（LiNiO2）比容量较大，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差。
锰酸锂除了尖晶石结构的LiMn2O4外，还有层状结构的LiMnO2。
其中层状LiMnO2比容量较大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，存在Jahn-Teller效应而循环性能较差。
尖晶石结构的LiMn2O4工艺简单，价格低廉，充放电电压高，对环境友好，安全性能优异，但比容量较低，高温下容量衰减较严重。
磷酸铁锂属于较新的正极材料，其安全性高、成本较低，但存在放电电压低（3.4V）、振实密度与压实密度低等性能上的缺点。
上述几种正极材料的缺点都制约了自身的进一步应用，因此寻找新的正极材料成了研究的重点。
本项目产品三元正极材料正是这种新型锂离子电池正极材料。
三元正极材料是指镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2），是一种层状镍钴锰三元复合正极材料，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而来，产品为黑色粉末，其含有镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，在一定程度综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2的优势，提高材料的导电并改善充放电循环性能，弥补不足，改善了材料性能。
三元料优点是三元锂电池能量密度高，循环性能好，并且，随着配方的改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。
因此，资源丰富、价格低廉、合成容易、环保无毒和绿色的三元材料成为下一代动力电池材料的首选，被认为是最有可能取代目前商用钴酸锂的新型正极材料，是现今锂离子电池研究的一大热点。
三元材料与其它正极材料相比综合性能最具优势，比钴酸锂价格低，安全性好，比锰酸锂循环性能好，比磷酸铁锂电压高，既可用于手机、笔记本电脑用小型锂电池，也可用于电动车用大型动力锂电池，市场潜力巨大。
通过对锂电池及其需求市场以及各种正极材料的应用前景的分析，三元材料将成为正极材料的主流，发展空间巨大。
1.1.3本项目建设的有利条件
正极材料行业是技术加资源的竞争，从电池产业发展特点及产业链特征方面看，本项目建设地具有发展锂电池正极材料产业的良好条件。
（1）符合产业政策和行业发展规划
锂离子电池三元正极材料在现代工业和科学技术中发挥着举足轻重的作用，是支持和促进社会发展的关键材料，国家和地方政府均予以积极的发展扶持。
根据国家发改委颁布的《产业结构调整指导目录（2011年本）》（2013年修订）“鼓励类”产业“十九、轻工”中的“第17条”为“锂离子电池用磷酸铁锂等正极材料、中间相炭微球和钛酸锂等负极材料“，本项目属于锂离子电池最新型正极材料的生产，因此符合国家最新产业结构调整指导目录，属于鼓励类。
本项目建设除符合国家产业政策外，也符合政府和相关部门近年来不断下发的各文件精神。
如国家《新材料产业“十二五”发展规划》将“先进储能材料、光伏材料产业化取得突破，基本满足新能源汽车、太阳能高效利用等需求”确定为工程目标，并将“组织开发高效率、大容量（≥150mAh/g）、长寿命（大于2000次）、安全性能高的磷酸盐系、镍钴锰三元系、锰酸盐系等锂离子电池正极材料，新增正极材料产能45万吨/年，着力实现自主化…”确定为目标规划的主要内容。
本项目产品属于该“十二五“规划中重点发展的锂离子正极材料，符合规模要求。
《国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）的通知》（国发〔2012〕22号）指出：
“加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展的紧迫任务，也是加快汽车产业转型升级、培育新的经济增长点和国际竞争优势的战略举措。
为落实国务院关于发展战略性新兴产业和加强节能减排工作的决策部署，加快培育和发展节能与新能源汽车产业。
”《通知》还明确提出：
“加快研制动力电池正负极、隔膜、电解质等关键材料及其生产。
”
此外，近年来国家颁布的一系列与锂电池正极材料行业相关的政策文件，如《电动自行车用锂离子电池产品规格尺寸》、《电池行业清洁生产实施方案》、《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》、《分离膜行业“十二五”发展指南》、《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点通知》等，均对支持与鼓励锂电池及三元材料等的需求产生有效拉动。
2015年2月16日，科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案（征求意见稿）》，其中明确要求了2015年底轿车动力电池能量密度要达到200Wh/kg。
一时间，更是让无数人将目光投向了三元材料。
近几年来，中央深入推进西部大开发战略，加大了对西部地区新能源、新材料产业发展的支持力度。
《国务院关于中西部地区承接产业转移的指导意见》（国发〔2010〕28号）指出“发挥国家级经济技术开发区、高新技术产业开发区的示范带动作用，承接发展电子信息、生物、航空航天、新材料、新能源等战略性新兴产业。
鼓励有条件的地方加强与东部沿海地区创新要素对接，大力发展总部经济和研发中心，支持建立高新技术产业化基地和产业“孵化园”，促进创新成果转化。
（2）能源供应充足、公用工程设施完善
本项目建设地电力供应充足，公用工程设施完善。
其他水气等公用工程设施完善，为本项目发展高能电池材料产业提供了充分的能源保障。
（3）区位交通便利
贵安新区位于全国“两横三纵”城市化战略格局包昆通道纵轴南部，北接成渝都市群，南望东盟自由贸易区，处于西南出大海大通道的中间位置，是连接大西南与泛珠三角的枢纽区域。
境内沪昆高铁、贵广高速等快速通道横贯全境，使整个西南地区进入贵安新区辐射半径，三小时通达贵州周边省会，六小时抵达出海港口；东西两侧分别有龙洞堡国际机场和黄果树支线机场，使贵安新区成为连接东南亚、南亚和长三角、京津冀之间的重要航空枢纽。
综上所述，本项目建设符合国家产业政策及省市鼓励、支持战略性新兴产业发展的产业政策，具备良好的外部和内部投资环境条件。
本项目三元正极材料的大规模生产将对国际、国内锂离子电池产业及新能源汽车产业的发展起到巨大的促进作用，也将为本地区新材料产业的发展起到示范作用。
1.2.1项目在经济上可行
本项目总投资为58362万元（按全额流动资金计），其中建设投资27026万元，建设期利息539万元，全额流动资金30797万元（其中铺底流动资金9239万元）。
当原料前驱体材料按70000元/吨、锂盐按160000元/吨（含税价）计价时，年总成本费用估算平均值为155074万元；当产品622型三元正极材料的出厂价格按180000元/吨（含税价）计算，年均含税营业收入为177429万元，年均营业税金及附加为6391万元（其中增值税为5706万元）。
项目投资内部收益率为37.56%（税前），税前静态投资回收期4.21年（含建设期），总投资收益率29.66%，项目在经济上可行。
1.2.2项目抗风险能力
本项目盈亏平衡点为50.76%（生产期平均），抗市场风险能力较强。
1.2.3存在问题和建议
本项目产品市场较好，建议尽快立项建设。
附：
综合技术经济指标表
表1-2综合技术经济指标
序号
名称
单位
指标
说明
一
产品方案
1
622型三元正极材料
二
生产规模
1
622型三元正极材料
t/a
10000
三
年操作时间
小时
7200
四
主要原材料消耗
1
前驱体材料
t/a
9500
2
锂盐
t/a
4500
3
富氧系统分子筛
t
31.8
一次装填量，15年更换一次
4
富氧系统干燥剂
t/a
8
五
公用工程消耗
1
电（10KV/380V）
kWh/h
7183.4
含公用工程用电
2
新鲜水
t/h
2.5
3
循环水
t/h
120
4
仪表空气
Nm3/h
2440
5
60%富氧
Nm3/h
1200
六
劳动定员
人
200
七
占地面积
m2
102132
八
建构筑物占地面积
m2
37685
九
综合能耗
1
单位产品生产能耗
GJ/t产品
18.63
2
全年总能耗
t标煤/a
6355.79
十
项目总投资
万元
58362
按全额流动资金计
1
建设投资
万元
27026
2
建设期利息
万元
539
3
全额流动资金
万元
30797
铺底流动资金9239万元
十一
营业收入（含税）
万元
177429
生产期平均
十二
营业税金及附加
万元
685
生产期平均
增值税
万元
5706
生产期平均
十三
总成本费用
万元
155074
生产期平均
十四
利润总额
万元
15964
生产期平均
十五
所得税
万元
3991
生产期平均
十六
税后利润
万元
11973
生产期平均
十七
财务盈利能力分析
1
财务内部收益率
项目投资所得税前
%
37.56
项目投资所得税后
%
28.59
项目资本金
%
67.09
2
财务净现值
项目投资所得税前
万元
69406
ic=12%
项目投资所得税后
万元
44796
3
项目投资回收期
含一年建设期
静态投资所得税前
年
4.21
静态投资所得税后
年
5.02
动态投资所得税前
年
4.92
动态投资所得税后
年
6.26
4
总投资收益率
%
29.66
5
项目资本金净利润率
%
69.02
十八
清偿能力分析
年
1
财务比率
资产负债率
%
48.01
达产年
流动比率
%
达产年
速动比率
%
达产年
2
借款偿还期
年
5
不含建设期
十九
盈亏平衡点
%
50.76
生产期平均或达产期平均
2市场分析
2.1锂电池概述
2.1.1锂离子电池发展简史
在所有元素中，锂是自然界中最轻的金属元素，同时具有最负的标准电极电位（-3.045VvsSHE）。
这些特点使得锂具有很高的能量密度，其理论比容量达到3860Ah/kg。
锂电池大致可分为两类：
锂金属电池和锂离子电池。
习惯上，人们把锂离子电池也称为锂电池，但这两种电池是不一样的。
锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池；而锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。
20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。
由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。
所以，锂电池长期没有得到应用。
但随着科学技术的发展，随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用，并逐步向其他产品应用领域发展。
现在锂离子电池已经成为了主流，并且已成为目前新一代动力电源的发展方向。
2.1.2锂离子电池的组成
锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。
这些电池内部材料包括正极材料、负极、电解质、隔膜和以及电池壳等部分组成。
正极材料在电池成本中所占比例约为40%，电解液和隔膜的成本占比分别约为10%和15%。
正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。
由于正极材料的密度远高于负极材料，因此正极材料的比容量对电池比能量的影响更大，正极材料对于锂电池的能量密度、安全性、循环寿命等尤其起着决定性作用，其技术发展尤为关键。
2.1.3锂离子电池的发展
锂离子电池具有比能量高、比功率大、使用寿命长、工作范围宽等特点，除笔记本电脑、手机、便携电源、摄像机、便携式测量仪器、小型医疗仪器等小型轻量化电子装置及电动玩具、电动剃须刀等日用电器中已被广泛应用外，锂离子电池还广泛应用于电动工具、纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、储备电源、军用电源等多种新兴领域。
近十年来，在各国政府的支持与推动下，锂离子电池的技术迅速发展，其产业化也正在向前推进。
目前，作为纯电动汽车独立驱动电源，锂电子电池的比容量不断得到提高，作为混合动力汽车和燃料动力汽车辅助电源，锂离子电池在性能、寿命、安全性等方面也符合要求。
2.2锂电池三元正极材料概述
2.2.1锂电池正极材料性能比较
在锂离子电池中，正极材料是锂离子最直接的提供者。
目前主流的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂（LCO）、镍酸锂（LNO），尖晶石结构的锰酸锂（LMO）和橄榄石结构的磷酸铁锂（LFP）以及三元材料（主要包括镍钴锰酸锂NCM和镍钴铝酸锂NCA两种）等。
就能量密度、成本、安全性、热稳定性和循环寿命来看，它们各有千秋，这也导致动力锂电池正极材料技术路线出现分化。
表2-1各种常用的锂离子电池正极材料的性能比较
参数
钴酸锂
镍酸锂
锰酸锂
镍钴锰
磷酸铁锂
振实密度/g.cm-3
2.8~3.0
2.4~2.6
2.2~2.4
2.0~2.3
1.0~1.4
比表面/m2.g-1
0.4~0.6
0.3~0.7
0.4~0.8
0.2~0.4
12~20
克容量/mAh.g-1
140~155
190~210
100~115
155~165
130~140
电压平台/V
3.6
3.8
3.7
3.5
3.2
循环性能
≥300
-
≥500
≥800
≥2000
过渡金属
贫乏
贫乏
丰富
丰富
非常丰富
原料成本
很高
高
低廉
较高
低廉
环保
含钴
含镍
无毒
含钴镍
无毒
安全性能
差
差
较好
较好
优良
适用领域
小电池
小电池
动力电池
小电池、小型动力电池
动力电池、大容量电源
从能量密度上讲，锰酸锂好于磷酸铁锂，镍钴锰多元材料NCM又好于锰酸锂，。
钴酸锂循环寿命长，能够快速放电，但Co是贵重金属，全球含量有限、价格昂贵，目前钴酸锂已越来越不能适应市场，因此国内许多钴酸锂企业正积极向三元材料转型。
磷酸铁锂电池的特色是不含钴等贵重金属，原料价格低及磷、铁存在于地球的资源含量丰富，不会有供料问题，其工作电压适中、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，且安全性能好，不会因为过充、温度过高、短路、撞击而发生爆炸或燃烧，环境友好，在高温与高热环境下的稳定性高。
但磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低；材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。
此外，据长期关注锂电行业发展的专家观察，目前国内磷酸铁锂前途堪忧，因其技术进步跟锰酸锂（包括三元材料）的技术进步相比，其差距不是在缩小，而是在拉大。
现在电动汽车方面对磷酸铁锂基本上是退出的，锰酸锂系列三元材料更合适。
2.2.2三元材料技术发展与现状
三元是指锂电池一种正极材料名称。
三元材料则是三元材料做正极的电池，其正极是三元材料、负极是石墨的电池即是通常说法中的“三元动力电池”。
还有一种正极是三元、负极是钛酸锂的，通常被称为“钛酸锂”，其性能比较安全，寿命比较长。
正极三元材料是镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。
三元材料优点是三元锂电池能量密度高，循环性能好于正常钴酸锂。
目前，随着配方的改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。
目前商业化三元系列材料（LiNixCoyMnzO2）包括LiNi1/3Co1/3Mn1/2O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。
自1999年Liu等首次报道了层状的镍钴锰三元过渡金属复合氧化物，该氧化物为LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2共熔体，具有LiCoO2的良好循环性能、LiNiO2的高比容量和LiMnO2的安全性，2001年T.Ohzuku等首次合成了具有优良性能的层状NaFeO2结构的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，镍钴锰三元复合材料的研究因此受到特别关注。
层状镍钴锰三元复合材料一定程度综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2的优势，提高材料的导电并改善充放电循环性能，弥补不足，改善了材料性能，降低了成本。
因此，资源丰富、价格低廉、环保无毒和绿色的三元材料以及磷酸铁锂为代表的新型正极材料成为下一代动力电池材料的首选。
2.3锂电池正极材料生产和市场现状
2.3.1锂离子电池主要应用领域
锂离子电池应用领域主要有以下几个方面：
（1）便携电源：
在摄像机、随身听、移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪器、小型医疗仪器等小型轻量化电子装置及电动玩具、电动剃须刀等日用电器中已被广泛应用；
（2）储能电源：
随着世界能源日趋紧张，太阳能、风能、潮汐能的开发相继问世，这些清洁能源有一个共同特点，即动力来源在时间上不连续，因而必须在其高峰期将所发的电能储存下来，以便低峰时使用，因此大容电量的“二次电池”便成为清洁能源的重要组成部分之一；
（3）动力电源：
大容量的二次电池已成为电动汽车的理想动力源，特别是磷酸铁锂正极材料的运用，使电动汽车进入市场的脚步已越来越快，由于安全性能得到了保证，动力型锂电池在航空、航天、航海中将会有广泛的应用前景；
（4）军用电源：
现代化战争由机械化→自动化→信息化→向信息中心战的方向发展，其中哪一个阶段都少不了电源，军用电源的便携性、能量密度高低、寿命、可靠性是军事通讯设备、侦察设备、制导兵器、军用计算机所用电源必须的要求，特别是前线作战部队，由于受到大范围机动、高速推进、能利用的运载交通工具有限，主要依靠便携能源。
电池作为“信息中心战”中的信息采集、信息处理、信息传输的动力源，也已成为部队作战能力的重要标志之一。
目前，锂离子电池除了用在军事通讯外，也用在一些武器系统中，如美国、德国、英国研制的单兵系统，日本正在建造电动潜艇中均采用了锂离子电池为动力电源。
2.3.2国内外锂电池行业生产和市场现状
2.3.2.1国内外锂电池生产和市场现状
图2-12011~2015年全球锂离子电池产量及不同类型电池占比示意图
由上图可见，2015年，全球锂离子电池总体产量达到100.75GWh，同比增长39.45%。
从不同类型电池来看，小型电池占比已经由2011年的97.04%下降到2015年的66.28%；得益于新能源汽车产业，动力电池占比已经上升到2015年的28.26%，成为锂电池重要组成部分。
图2-22011~2015年中国锂离子电池产量及不同类型电池占比示意图
由上图可见，2015年，中国锂离子电池总体产量达到47.13GWh，同比大幅度增长54.78%。
得益于动力电池出货量的快速增长，中国锂离子电池产量全球占比上升至46.78%，动力电池在整个锂离子电池中的比重快速上升，由2014年的19.38%上升到2015年2015年的36.07%。
根据国家统计局数据，2015年全国电池行业累计完成销售收入4474亿元，同比增长5%。
主要产品是锂电池企业收入2030亿元，占到行业45%；镍氢电池行业收入430亿元，占到10%；其他电池行业占到45%。
其中锂电池行业的收入增速20%是最高的，考虑到锂电池的用量中仍有大部分是手机等饱和类的电子产品使用，锂电池企业收入2030亿元中包括有产业链的电池上游企业数据，初步估计其中有1000亿元的锂电池成品销售收入，汽车占200多亿元的销售收入，占锂电池产量的近30%。
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