磷酸铁锂技术与市场调研报告(简版).doc

磷酸铁锂技术与市场调研报告Technoic and Market Research Report of LFP报 告 摘 要磷酸铁锂（分子式LiFePO4，简称LFP），是锂离子电池的一种正极材料，其特点是原料价格低廉丰富，工作电压适中、电容量大、高放电功率、可快速充电且循环寿命长、稳定性高，自90年代被发现后，成为了引发了锂电池革命的新材料，是当前电池发展领域的前沿。磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池。采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的电池被称为磷酸铁锂电池，由于磷酸铁锂电池的众多优点，被广泛使用于各个领域。目前，国内的磷酸铁锂产业投资热正在兴起，其势头超过了其他任何国家。磷酸铁锂技术与市场调研报告Technoic and Market Research Report of LFP目 录第一章、磷酸铁锂概况61.1 磷酸铁锂的基本概况61.2 磷酸铁锂性能特点7第二章、磷酸铁锂的生产工艺与技术路线选择102.1 磷酸铁锂的结构和性能102.2 磷酸铁锂的制备方法及研究112.2.1 固相法122.2.1.1 高温固相反应法122.2.1.2 碳热还原法132.2.1.3 微波合成法132.2.1.4 脉冲激光沉积法142.2.2 液相法142.2.2.1 溶胶·凝胶法142.2.2.2 水热合成法152.2.2.3 沉淀法152.2.2.4 溶剂热合成法162.2.2.5 乳液干燥法162.2.2.6 雾化分解法172.2.3 其他合成方法172.3 磷酸铁锂生产技术工艺经济比较182.4 磷酸铁锂的改性及研究192.5 磷酸铁锂生产工艺研究方向与选择20第三章、磷酸铁锂的生产现状与预测233.1 国际磷酸铁锂发展及生产现状233.2 我国磷酸铁锂发展及生产现状283.1.1 我国磷酸铁锂生产发展历程283.1.2 我国磷酸铁锂生产现状323.1.3 我国磷酸铁锂主要生产企业产能统计343.1.4 我国磷酸铁锂生产发展分析与预测363.3 世界磷酸铁锂主要生产企业概况37第四章、磷酸铁锂的消费分析与预测474.1 世界磷酸铁锂消费分析与预测474.1.1 世界磷酸铁锂消费分析474.1.2 世界磷酸铁锂需求预测504.2 我国磷酸铁锂消费分析与预测524.2.1 我国磷酸铁锂消费分析524.2.2 我国磷酸铁锂需求预测55第五章、磷酸铁锂竞争分析与预测595.1 钴酸锂竞争分析595.2 镍酸锂竞争分析605.3 锰酸锂竞争分析605.4 钴镍锰酸锂竞争分析615.5 磷酸铁锂竞争分析61第六章、磷酸铁锂市场价格及市场分析666.1 磷酸铁锂市场价格666.2 磷酸铁锂市场分析与预测67第七章、磷酸铁锂的原料与上下游产业链分析697.1 磷酸铁锂原料供应与市场概况697.2 磷酸铁锂上下游产业链分析72第八章、磷酸铁锂拟建与在建设项目分析预测748.1 磷酸铁锂项目投资概况748.2 磷酸铁锂拟建和在建项目统计778.3 磷酸铁锂投资动态与投资趋势分析预测79第九章、磷酸铁锂行业发展趋势分析预测与建议809.1 我国磷酸铁锂行业总结与发展趋势分析809.2 磷酸铁锂企业发展策略与建议81第十章、附件8310.1 国内外磷酸铁锂厂商材料性能数据83参考文献目录90版权申明91表格和图（45个）图1.1 磷酸铁锂结构式6表1.1 磷酸铁锂性能优缺点比较表9图2.1磷酸铁锂的空间结构图10图2.2磷酸铁锂的循环载荷伏安图11表2.1 国内外磷酸铁锂企业技术路线表18表2.2 以年产300吨为例磷酸铁锂技术路线比较18表3.1 2011年国际磷酸铁锂主要生产企业及产能统计表26表3.2 20072010年国际磷酸铁锂主要生产企业产能增长表26图3.1 20072010年国际磷酸铁锂产能增长图27表3.3 20072010年我国磷酸铁锂产能产量情况表33图3.2 20072010年我国磷酸铁锂产能产量走势图33表3.4 2011年我国磷酸铁锂主要生产厂家与生产能力情况表34表3.5 20112015年我国磷酸铁锂产能产量预测表36图3.3 20112015年我国磷酸铁锂产能产量预测图37表4.1 20022008年世界锂离子电池市场占有率变化情况表48表4.2 20072010年世界磷酸铁锂消费情况表50图4.1 20072010年世界磷酸铁锂产能产量走势图50图4.2 锂离子电池在各个应用领域的应用增长预测51表4.3 我国磷酸铁锂应用领域消耗分析表52表4.4 20072010年我国磷酸铁锂产、供、需平衡表54图4.3 20072010年我国磷酸铁锂产、供、需走势图55表4.5 20112015年我国磷酸铁锂产、供、需预测表58图4.4 20112015年我国磷酸铁锂产、供、需预测走势图58表5.1 不同锂离子正极材料性能比较表62表5.2 不同正极材料锂离子电池性能比较表63图5.1 20072011年各类正极材料市场占有变化情况图64表6.1 我国市场磷酸铁锂价格表66表6.2 20072011年10月我国市场磷酸铁锂材料价格表66图6.1 20072011年10月我国市场磷酸铁锂材料价格走势图67图7.1 2008年全球碳酸锂产量70图7.2 全球锂储量示意图70图7.3 磷酸铁锂上下游产业链图72表8.1 磷酸铁锂拟建和在建项目表77表10.1 A123磷酸铁锂材料性能状况表83表10.2 Valence磷酸铁锂材料性能状况表84表10.3 Phostech磷酸铁锂材料性能状况84表10.4 立凯电能磷酸铁锂材料性能状况85表10.5 SLT磷酸铁锂材料性能状况85表10.6 北大先行磷酸铁锂材料性能状况86表10.7 BYD磷酸铁锂材料性能指标86表10.8 烟台卓能磷酸铁锂材料性能状况87表10.9 BTR磷酸铁锂材料性能状况87表10.10 新乡华鑫磷酸铁锂材料性能状况88表10.11 磷酸铁锂市场主流材料性能对比分析88表10.12 北大先行五种定型产品的主要指标表89第一章、磷酸铁锂概况1.1 磷酸铁锂的基本概况磷酸铁锂英文名：LITHIUM IRON PHOSPHATE CARBON COATED；简称LFP；分子式：LiFePO4；分子量：157.76；CAS：15365-14-7；图1.1 磷酸铁锂结构式磷酸铁锂（分子式LiFePO4，简称LFP），是锂离子电池的一种正极材料，其特点是原料价格低廉丰富，工作电压适中、电容量大、高放电功率、可快速充电且循环寿命长、稳定性高，自90年代被发现后，成为了引发了锂电池革命的新材料，是当前电池发展领域的前沿。磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池。采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的电池被称为磷酸铁锂电池，由于磷酸铁锂电池的众多优点，被广泛使用于各个领域。目前全球已经有很多厂家开始了工业化生产磷酸铁锂，国外加拿大Phostech Lithium公司、美国Valence（威能）公司和A123（高博），国内天津斯特兰，北大先行等。世界各国正竞相实现产业化生产。目前，国内的磷酸铁锂产业投资热正在兴起，其势头超过了其他任何国家。1.2 磷酸铁锂性能特点锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为锂电池正极材料其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，是新一代锂离子电池的理想正极材料。磷酸铁锂优势性能主要有：1、比容量大，高效率输出，高能量密度。磷酸铁锂标准放电为25C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140 mAh/g（0.2C，25）；2、结构稳定、安全性能好。磷酸铁锂是目前最安全的锂离子电池正极材料；不含任何对人体有害的重金属元素；即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好。3、循环寿命长。经500次循环，其放电容量仍大于95%；实验室制备的磷酸铁锂单体电池在进行IC的循环测试时，循环寿命高达2000次。在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上； (原因：磷酸铁锂晶格稳定性好，锂离子的嵌入和脱出对晶格的影响不大，故而具有良好的可逆性。存在的不足是电子离子传到率差，不适宜大电流的充放电，在应用方面受阻。解决方法：在电极表面包覆导电材料、掺杂进行电极改性。) 4、资源丰富、成本低廉。磷酸铁锂原材料来源广泛、价格便宜。5、充电性能好。磷酸铁锂正极材料的锂电池，可以使用大倍率充电，最快可在1小时内将电池充满。可快速充电，自放电少，无记忆效应。可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C。过放电到零伏也无损坏，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。6、工作温度范围宽广（-2075）。高温时性能良好：外部温度65时内部温度则高达95，电池放电结束时温度可达160，电池内部结构安全、完好。磷酸铁锂性能缺点主要有：1、导电性能差。目前在实际生产过程中通过在前驱体添加有机碳源和高价金属离子联合掺杂的办法来改善材料的导电性（A123、烟台卓能正采用这种方法），研究表明，磷酸铁锂的电导率提高了7个数量级，使磷酸铁锂具备了和钴酸锂相近的电导特性。2、锂离子扩散速度慢。目前采取的解决方案主要有纳米化LiFePO4晶粒，从而减少锂离子在晶粒中的扩散距离，再者就是掺杂改善锂离子的扩散通道，后一种方法看起来效果并不明显。纳米化已经有较多的研究，但是难以应用到实际的工业生产中，目前只有A123宣称掌握了LiFePO4的纳米化产业技术。3、 振实密度低，影响电容量。一般只能达到0.81.3，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的最大缺点。但这一缺点在动力电池方面不会突出。因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。4、磷酸铁锂电池的低温性能是令人担心的。尽管人们通过各种方法（例如锂位、铁位、甚至磷酸位的掺杂改善离子和电子导电性能，通过改善一次或二次颗粒的粒径及形貌控制有效反应面积、通过加入额外的导电剂增加电子导电性等）改善磷酸铁锂的低温性能，但是磷酸铁锂材料的固有特点，决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下，对于单只电芯（注意是单只而非电池组，对于电池组而言，实测的低温性能可能会略高，这与散热条件有关）而言，其0时的容量保持率约6070%，-10时为4055%，-20时为2040%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求的。当前一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能和改善电芯结构设计等使磷酸铁锂的低温性能有所提升，但还未真正满足需求。表1.1 磷酸铁锂性能优缺点比较表序号优点缺点1高能量密度导电性能差2结构稳定、安全性能好锂离子扩散速度3循环寿命长振实密度低，影响电容量4资源丰富、成本低廉低温性能差5充电性能好6工作温度范围宽广第二章、磷酸铁锂的生产工艺与技术路线选择锂离子电池作为一种高性能的二次绿色电池，具有高电压、高能量密度(包括体积能量、质量比能量)、低的自放电率、宽的使用温度范围、长的循环寿命、环保、无记忆效应以及可以大电流充放电等优点。锂离子电池性能的改善，很大程度上决定于电极材料性能的改善，尤其是正极材料。目前研究最广泛的正极材料有LiCoO2、LiNiO2以及LiMn2O4等，但由于钴有毒且资源有限，镍酸锂制备困难，锰酸锂的循环性能和高温性能差等因素，制约了它们的应用和发展。因此，开发新型高能廉价的正极材料对锂离子电池的发展至关重要。1997年，Padhi等报道了具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)能够可逆地嵌脱锂，且具有比容量高、循环性能好、电化学性能稳定、价格低廉等特点，是首选的新一代绿色正极材料，特别是作为动力锂离子电池材料。磷酸铁锂的发现引起了国内外电化学界不少研究人员的关注，近几年，随着锂电池的越来越广的应用，对LiFePO4的研究越来越多。2.1 磷酸铁锂的结构和性能磷酸铁锂(LiFePO4)具有橄榄石结构，为稍微扭曲的六方密堆积，其空间群是Pmnb型，晶型结构如图2.1所示。图2.1磷酸铁锂的空间结构图LiFePO4由FeO6八面体和PO4四面体构成空间骨架，P占据四面体位置，而Fe和Li则填充在八面体空隙中，其中Fe占据共角的八面体位置，Li则占据共边的八面体位置。晶格一个FeO6八面体与两个FeO6八面体和一个PO4四面体共边，而PO4四面体则与一个FeO6八面体和两个LiO6八面体共边。由于近乎六方堆积的氧原子的紧密排列，使得锂离子只能在二维平面上进行脱嵌，也因此具有了相对较高的理论密度(3.6g/cm3)。在此结构中，Fe2+/Fe3+相对金属锂的电压为3.4V，材料的理论比容量为170mA·h/g。在材料中形成较强的P-O-M共价键，极大地稳定了材料的晶体结构，从而导致材料具有很高的热稳定性。Wang等对LiFePO4的电化学性能做了详细的分析，图2.2是LiFePO4的循环载荷伏安图，在C-V图中形成两个峰，在阳极扫描时Li+从LixFePO4结构中脱出，在3.52V形成氧化峰；当在4.03.0扫描时Li+嵌入到LixFePO4结构中，相应的在3.32V形成还原峰；C-V曲线中的氧化还原峰表明在L iFePO4电极上发生着可逆的锂离子嵌脱反应。图2.2磷酸铁锂的循环载荷伏安图2.2 磷酸铁锂的制备方法及研究LiFePO4正极材料的性能在一定程度上取决于材料的形态、颗粒的尺寸以及原子排列，因此制备方法尤为重要。目前主要有固相法和液相法，其中固相法包括高温固相反应法、碳热还原法、微波合成法和脉冲激光沉积法；液相法包括溶胶·凝胶法、水热合成法、沉淀法以及溶剂热合成法等。2.2.1 固相法2.2.1.1 高温固相反应法2.2.1.2 碳热还原法碳热还原法也是固相法中的一种，是比较容易工业化的合成方法，以廉价的三价铁作为铁源，通过高温还原的方法制备覆碳的LiFePO4复合材料。多数研究以磷酸二氢锂 (LiH2PO4)、三氧化二铁(Fe2O3)或四氧化三铁、蔗糖为原料，均匀混合后，在高温和氩气或氮气保护下焙烧，碳将三价铁还原为二价铁，也就是通过碳热还原法合成磷酸铁锂。 Mich等以FePO4·4H2O和LiOH·H2O为原料，聚丙烯为还原剂，在氮气氛下500800处理10h，合成的覆碳材料在0.1C及0.5C倍率下首次放电比容量分别为160mA·h/g和146.5mA·h/g。张宝等采用改进的碳热还原法，即以FeSO4·7H2O和NH4H2PO4为原料，采用液相沉淀法制备FePO4前驱体，然后将前驱体、Li2CO3及导电碳黑混合均匀，在Ar气的保护下分别在500、560、600、700和800下煅烧12h，合成LiFePO4。研究表明，560、600、700和800合成的样品均为LiFePO4/C，LiFePO4颗粒粒径随合成温度的升高而逐渐增大。560样品在放电倍率为0.1C时的首次放电比容量为151mA·h/g(0.1C)，而当放电倍率达到1C时，放电比容量为129mA·h/g,且具有良好的循环性能。碳热还原法优点：采用碳热还原法解决了原料价格昂贵的缺点，能够广泛的应用于工业生产。还解决了在原料混合加工过程中可能引发的氧化反应，使合成过程更为合理，同时改善了材料的导电性。碳热还原法缺点：反应时间相对过长，温度难以控制，产物一致性要求的控制条件更为苛刻，难以适应工业化生产。 2.2.1.3 微波合成法2.2.1.4 脉冲激光沉积法Iriyama等首先使用固相合成方法制备出LiFePO4，然后将材料压片后在A r中800煅烧24h，使用常规的脉冲激光沉积系统得到薄层的LiFePO4，具有良好的循环性能，循环100周后容量保持初始容量的90%。Sauvage等通过研究不同厚度LiFePO4薄膜的电化学性能，他们发现离子电导率是限制薄膜电极的主要因素。该方法是一种制备薄膜电极的方法，但是需要特殊的设备。2.2.2 液相法2.2.2.1 溶胶·凝胶法2.2.2.2 水热合成法水热法是指在高温高压下，在水或者蒸汽等流体中进行的有关化学反应的总称。水热技术有两个特点：一是其相对低的温度，二是在封闭容器中进行，避免了组分挥发。水热合成法属于湿法范畴，它是以可溶性亚铁盐、锂盐和磷酸为原料，在水热条件下直接合成 LiFePO4，由于氧气在水热体系中的溶解度很小，水热体系LiFePO4的合成提供了优良的惰性环境。 张俊玲以量LiOH·H2O、FeSO4·7H2O、H3PO4为原料，加入少量的表面活性剂(预计产物量的2wt%)，置于密封的釜体中升温至180保温4h，然后以预定降温速度进行冷却降温至100以下，过滤、洗涤，样品于120下真空干燥2h，将所得粉体与15%葡萄糖混合，放入管式炉，N2保护下600保温2h，得碳包裹的LiFePO4/C复合材料。结果表明，在30的环境温度下，材料0.2C、1C和5C首次充放电比容量分别为157、152和136mA·h/g，经过35次5C倍率充放电循环后，比容量无衰减。水热合成法优点：水热法可以在液相中制备超微细颗粒，原料可以在分子级混合。具有物相均匀、粉体粒径小以及操作简便等优点，且具有易量产、产品批量稳定性好、原料价廉易得的优点。同时生产过程中不需要惰性气氛。采用水热合成法可以得到晶形良好的 LiMPO4，但是为了加入导电碳，在水溶液中加入聚乙二醇，再借由热处理过程转变为碳。水热合成法缺点：水热合成法制备的产物结构中常常存在着铁的错位，生成了亚稳态FePO4，影响了产物的化学及电化学性能。同时也存在粒径不均匀、物相不纯净、设备投资大(耐高温高压反应器的设计制造难度大，造价也高)或工艺较复杂的缺点。2.2.2.3 沉淀法2.2.2.4 溶剂热合成法溶剂热合成法与水热合成法相对应，是用有机溶剂或水和有机溶剂的混合物代替水做介质，采用类似水热合成的原理。甘晖等以溶剂热方法首次合成了橄榄石相的磷酸亚铁锂，并以水热法为参照。结果表明，使用溶剂热方法合成的磷酸亚铁锂是球形或多面体状、橄榄石相，随着反应时间的增加，颗粒逐渐长大；而使用水热方法合成磷酸亚铁锂时，颗粒由纤维状逐渐成长为菱形。周文彩认为，这两种方法产物的形状差异可能是由于溶剂热反应体系中较高的压力抑制了纤维态晶体的产生。2.2.2.5 乳液干燥法2.2.2.6 雾化分解法雾化分解法是一种获得小尺寸、规则形态的材料的有效方法，即将载气流通过超声喷雾的方法通入到高温(450650)反应器中。将Li2CO3、FeC2O4和NH4H2PO4溶解在酸中，再加入一定量的蔗糖就可以得到前躯体，蔗糖作为碳源提供还原性气氛，空气作为载气流。此外，超声喷雾分解可以制备掺杂金属的LiFePO4/C复合材料。这种方法制备的粉体呈球形但是结晶程度低，所以在600900弱还原性气氛中的后期退火是必须环节,然而,在煅烧过程中的规则球形会有所改变。2.2.3 其他合成方法2.3 磷酸铁锂生产技术工艺经济比较依据工艺路线的不同，生产磷酸铁锂正极材料的主要原材料有草酸亚铁、氧化铁红、磷酸铁、磷酸二氢锂和磷酸二氢铵等。表2.1 国内外磷酸铁锂企业技术路线表生产厂家技术路线产品特性综合评估表2.2 以年产300吨为例磷酸铁锂技术路线比较工艺路线（铁源选择）原材料成本（元/吨）生产设备投资(万元）路线瓶颈2.4 磷酸铁锂的改性及研究2.5 磷酸铁锂生产工艺研究方向与选择LiFePO4生产工艺目前主要有高温固相反应法、碳热还原法、水热合成法、溶胶·凝胶法、液相共沉淀法、微波合成法等。这些工艺都有各自的优缺点，但目前通过改良工艺后，应用比较广泛的还是前3种，美国的A123和加拿大的 Phostech公司采用固相法，美国的Valence公司采用碳热还原法，LG化学利用连续水热合成法。 目前国内外已经能实现磷酸铁锂电池量产的合成方法主要是高温固相法，高温固相法又分传统的（以天津斯特兰、湖南瑞翔、北大先行等为代表，以草酸亚铁做为铁源）和改进的（以美国Valence、苏州恒正为代表，以三价铁物质做为铁源，该法也称碳热还原法）两种。对碳热还原法来讲，选取的铁源主要有两种，一种是Valence的氧化铁红路线，还有一种是清华大学（已成立北京锂先锋科技）以及武汉大学（已转让浙江振华新能源）的技术，选用磷酸铁做为铁源，该法制程工艺较为简单，其最大优点是避开了其它合成方法中使用磷酸二氢铵为原料，产生大量氨气污染环境的问题，但对磷酸铁原料要求较高。目前清华大学的一个研究小组通过控制沉淀条件合成了一种粒度可控，碳掺杂的磷酸铁前驱体，但该法合成难度较高，在工业放大过程中面临一些问题。目前有些厂家选用磷酸二氢锂做为生产磷酸铁锂的原材料，同样可以避免反应过程的污染问题，这个在氧化铁红路线上有所体现；这条路线和磷酸铁加碳酸锂的路线均不产生污染。在材料制备过程中，导电碳包覆是LiFePO4制备过程中的一项关键技术。A123通过在箔体表面预先涂敷一层高品质导电碳层，有效的降低了电池的内阻，提升了磷酸铁锂电池的大倍率放电能力。 LiFePO4正极材料具有循环性能好、比容量高、安全性能好以及原料来源广、价格低廉的特点，是下一代动力锂离子电池的首选材料。随着锂离子电池越来越广泛的应用，LiFePO4正极材料日益受到人们的关注国内外关于其结构性能以及制备改性的研究已经取得了巨大的发展，但对其制备改性的研究仍将是以后研究的重点。LiFePO4材料的合成难度很大，目前所应用的主要是固相法生产，生产周期长、能耗高，污染严重，产品批次稳定性差。而且专利技术掌握在外国手中；面临知识产权的问题。为了实现LiFePO4材料生产的高效、节能，且稳定大规模的生产。国内必须研发出一种全新的技术工艺路线来实现磷酸铁锂材料的产业化。近几年来我国开展锂离子电池正极材料研究开发的单位主要有：天津电子18所、北京有色金属研究总院、四川省有色冶金研究院、中科院化学所及物理所、中国兵器工业第二一三研究所、中南大学、厦门大学、中科院盐湖所、北京科技大学、清华大学、武汉大学、浙江大学、江西理工大学、东北师范大学等等单位。国内用溶胶-凝胶法制备出前躯体，然后采取微波烧结的工艺路线，是我国现有的动力电池技术的一次大突破，技术达到国内先进水平，国际上亦未见报道。具有自主的知识产权。可以有效地提高产品的各项性能指标，保证产品的质量稳定，环保节能，大幅度地降低了生产成本。与目前国内外采用的工艺（固相法）相比，可节能40%以上，生产周期缩短50%以上。成本降低70%以上。 第三章、磷酸铁锂的生产现状与预测3.1 国际磷酸铁锂发展及生产现状磷酸铁锂因其原料来源丰富、价廉、无毒、理论容量高、热稳定性好以及循环性能好等优点近几年备受关注，是下一代锂离子电池的首选材料。自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合：LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后，1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究群，也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性，美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4)，使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比，LiMPO4的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。采用磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料的电池被称为磷酸铁锂电池，由于磷酸铁锂电池的众多优点，被广泛使用于各个领域。 Phostech Lithium公司2001年在加拿大魁北克省St.Bruno成立，是全球排名第一的德国化学磷肥大厂南方化学(Süd-Chemie)的全资子公司。Phostech Lithium公司因拥有生产和销售基于Goodenough博士专利的电池材料的专有权而在锂电池领域占有举足轻重的地位。Phostech作为南方化学公司的子公司在加拿大的工厂及德国的一家准商业化的部门生产并销售磷酸铁锂正极材料，其中有Life Power-P1 (能量型)与Life Power-P2 (动力型)。 Life Power 品牌已经被世界上各大锂电公司或正在进行磷酸铁锂电池产业化的公司所论证并使用。2008年 Phostech Lithium公司磷酸铁锂产能达到1100吨，当年产销量为100吨。美国Valence(威能)作为世界上第一家生产出磷酸铁锂并量产成功的厂家，经过不断的技术进步，Valence电池具有稳定性和超低差异，这是他最见长的。2008年 Valence(威能)公司磷酸铁锂产能为240吨，当年产销量为60吨。Valence 生产的磷酸铁锂材料但不外卖，全部用于自己制作电池或者寻求OEM加工的方式制备电池。其所制备的电池应用于电动工具电池，电动车用电池，UPS电源，储能电池系统等。Valence磷酸铁锂生产基地在中国，威能科技（苏州）有限公司和威泰能源（苏州）有限公司 ，分别负责磷酸铁锂材料的生产和电池制作。美国A123（高博）公司主要从事掺杂金属离子的磷酸铁锂材料的商品化运作，A123公司与Valence公司类似，也是以OEM的方式和中国的一些电池厂家进行合作。A123公司在中国的常州和镇江建设生产基地。2007年 A123公司磷酸铁锂产能为350吨，2008年扩大到3000吨，当年产销量为750吨。磷酸铁锂电池让A123公司飞黄腾达，用于电动工具的26650电池的累计销售已突破1亿美金。A123公司已与GM达成合作意向，GM的纯电动车雪佛兰Volt将采用由A123公司设计开发，A123公司开发的2MW的H-APU储能系统已经被AES公司采用。A123公司的纯电动摩托车，采用磷酸铁锂动力电池，7.8S加速到120km/h，创造了摩托车加速记录。2005年，台湾鸿运电子（Aleees）自行研发的磷酸铁锂材料，经由工业技术研究院材料所及中央大学化材系高能电池实验室验证，并与下游电池制造商合作开发完成全亚洲第一颗锂系安全动力电池，这是台湾首次从上游材料的研发到工业电池系统设计，皆由国人自行开发完成。鸿运电子也将继加拿大Phostech Lithium、美国Valence及A123公司之后，全球第四家可量产磷酸铁锂材料并成功制成电池的公司。2005年4月，台湾立凯电能公司成立，5月申请四项世界级的磷酸锂铁专利。2007年5月完成四项世界级的磷酸锂铁专利布局，6月宣布奈米金属氧化物共晶体化磷酸锂铁化合技术。2008年12月建成500吨/年的磷酸锂铁生产装置。台湾长园科技实业股份有限公司于2000年正式生产锂电池钴系、镍系及镍钴系正极材料，2005年锂铁正极材料量产研发成功，并申请多项美国及世界专利，于2009年宣布正式取得美国产品USPTO专利。长园科的电池正极材料是以氧化锂铁磷为材料，公司也陆续向日本、韩国、中国、台湾、欧盟等国家申请专利中。2008年，长园科与台塑集团的台塑生医合资成立台塑长园能源科技公司，由长园科持股49%、台塑集团持股51%，并由台塑王瑞瑜担任董事长，未来由长园科负责研发端的研究，而产能部分主要由台塑长园负责，并以Formosa Energy品牌营销。长园科的锂铁电池材料-粉体为月产40吨，而台塑长园位于彰化新厂则在2009年9月份试产，年底将达120吨/月，到2010年达到400吨/月，二家年产能合计达5280吨，成为世界第一大锂铁电池材料供应者。台湾大同科技旗下的尚志精密化学公司2007年与工研院材化所技术合作，并取得经济部主导性新产品辅助开发计划，包括锂离子二次电池磷酸铁锂正极材料与电池开发，2008年磷酸铁锂正极材料正式投产。2010年，尚志精密化学公司经由Goodenough及碳包覆这些专利的拥有者-加拿大魁北克水利局、蒙特娄大学和法国国家科学研究中心，一致同意签订磷酸锂铁转授权合约，在取得磷酸锂铁之应用制造授权后，可提升公司市场竞争力及全球业务之拓展，尤其是在欧、美、日、韩市场。日本三井造船在该公司的千叶业务所内设置了磷酸铁锂试产线，自2006年8月起将以月产1吨的规模开始生产，计划于2007年正式生产。目前产能估计在200吨左右。日本住友大阪水泥公司于2010年新建一座年产能为1000吨的磷酸铁锂批量生产厂。该公司年产150吨的中试厂己于2007年12月投产，样品分发给HEV、EV、固定式（光伏发电蓄电用等）电池厂家试用，反馈信息显示该材料将得到用户采用，因此决定批量生产。日本Sony公司2010年6月建成磷酸铁锂生产装置，产品完全自用，产能不详，估计在200吨左右。2008年LFP全球供应量为1500吨左右，其中美国A123供应750吨，在中国生产的厂商供应500吨左右，其中斯特兰几乎占一半的份额。目前（2011年10月底），国际上（包括中国台湾，不包含中国大陆）在磷酸铁锂领域的领先企业主要有10家，总产能为1.285万吨左右，分别是美国的A123，加拿大的Phostech以及美国的Valence，掌握较为成熟的量产技术。日本有三家，分别是日本三井造船、住友大阪水泥公司和日本Sony。中国台湾有长园科技、鸿运电子、立凯电能(Aleees)、大同科技4家。世界磷酸铁锂主要生产企业及产能情况见下表。表3.1 2011年国际磷酸铁锂主要生产企业及产能统计表序号企业名称产能备注表3.2 20072010年国际磷酸铁锂主要生产企业产能增长表序号企业名称07年产能08年产能09年产能10年产能图3.1 20072010年国际磷酸铁锂产能增长图目前LFP最上游的化合物专利，被三家专业材料公司所掌握，分别是A123的Li1-xMFePO4、Phostech的LiMPO4以及Aleees的LiFePO4·zM'O，同时也已经发展出十分成熟的量产技术，其中最大的产能已可达月产250吨。A123的Li1-xMFePO4主要的特征是奈米级的LFP，藉由物理性质的改变以及在正极材料当中添加了贵金属，并辅佐特殊材质的石墨为负极，使得原本导电能力较差的LFP，可以成为商业化应用的产品；Phostech的LiMPO4主要特征是藉由适当的碳涂布来增加电容量与导电性；Aleees的LiFePO4·zM'O的主要特征藉由前驱物在高过饱和度的状态下，施以激烈的机械搅拌力，造成金属氧化物与LFP发生激动起晶之作用，产生共结晶的LFP与金属氧化物的晶核，使得原本难以控制的二价铁与晶相成长，得到了稳定的控制，进而取得了高容量与低阻抗的LFP。 目前，国际上磷酸铁锂增产计划不多，几家主要生产企业均没有增产计划，仅查到韩国有磷酸铁锂生产计划，韩国LG化学生产的磷酸铁锂电池，将于2011年上市。3.2 我国磷酸铁锂发展及生产现状3.1.1 我国磷酸铁锂生产发展历程锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为锂电池材料是近几年出现的事，1997年，磷酸锂铁材料开始引起国内关注。1998年，国家863计划投资20亿在汕头研究磷酸锂铁。中国企业从2001年开始陆续启动磷酸锂铁材料开发，国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。近几年，我国对磷酸铁锂产业的投资可谓一浪高过一浪。2007年，我国磷酸铁锂产品正处于行业的萌芽阶段。国内的企业北大先行、天津斯特兰，湖南瑞翔和苏州恒正纳米科技也都进行了批量生产，但是他们的生产工艺和产品各有不利的方面。其中，湖南瑞翔和北大先行据称是较早地完成中试的厂家，但是他们尚不能解决产品批次间稳定性的问题。他们用的原料和技术路线都不是最具有竞争力。原料主要是运用铁的有机盐，工艺存在煅烧时间长，而生产的产品批次间不稳定，产品在做成品电池的时候粘着性差。恒正纳米科技在最终产品中为了提高导电性，添加了价格昂贵的Ni、Co和Mn过渡金属层状材料；并且广泛采用进口设备和原材料。他们的产品价格是目前商业价格的两倍还要多。天津斯特兰收购了北京中辉振宇，有4条网带式烧结炉，计划2007年扩产至20条，产品质量已经基本成熟，产品供不应求。我国北大先行历经6年时间，终在2007年突破了磷酸铁锂从实验室技术到中试生产技术的一系列技术及工程问题，并在完善相关工艺过程中，使得磷酸铁锂电池的安全性得到了较大程度的提高与保证，奠定了磷酸铁锂产品系列化和规模产业化的基础。北大先行2003年获得北京市科技计划项目战略高技术基础研究基金的支持；2006年获得科技部863计划新材料领域的支持；2007年被科技部评定为首个磷酸铁锂国家重点新产品。2007年设计建成了300500吨/年的大规模生产线，通过环评验收，形成了5个系列产品，实现了磷酸铁锂的规模生产。并形成了245个文件组成的完整技术文档。开发出大容量磷酸铁锂动力电池制作技术，与协作单位合作率先实 现了磷酸铁锂动力电池的规模生产。50Ah、55Ah和120Ah磷酸铁锂动力电池通过了201所按QC/T743-2006电动道路车辆用锂离子蓄电池国家标准的强制测试。2009年实际产量在120吨左右，主要用户有杭州万向，东莞新能源，天津力神，浙江兴海等。用户威力克、万向电动已为国家电网、上汽集团、世博会电车、郑州日产、北汽福田、中通客车、时风集团等电动车项目进行了配套。天津斯特兰能源科技有限公司2002年立项研发磷酸铁锂，2004年11月批量试产，2006年组建天津斯特兰实现年产200吨，2007年实现年产500吨，新增土地50亩，规划产能4000吨，2009年一期厂房及办公楼落成，试生产，达产140吨/月，产能为2000吨/年。2010年将产能扩张到4000吨/年。2010年实产仅1000吨，实销则为500吨左右。以前，比亚迪电动车的磷酸铁锂采购自天津斯特兰，其月采购量一度超过200吨，顶峰时期，比亚迪为斯特兰贡献了超过80%的营业额。据斯特兰的统计，比亚迪