磷酸铁锂生产工艺和产业链.docxVIP

1.1 磷酸铁锂生产工艺 磷酸铁锂是一种橄榄石结构的嵌锂材料，化学式为LiFePO4，目前主要应用于锂离子电池正极材料。在1996年由日本NTT研究发现了这种橄榄石结构的锂电池正极材料，1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究群，也相继报导了LiFePO4可逆地迁入脱出锂的特性。与传统的锂离子电池正极材料，尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比，LiFePO4的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。这一研究发现受到了学术界和工业界的极大重视，并引起广泛的研究和迅速发展。 目前工业上磷酸铁锂的制备，主要包括四种工艺路线：草酸亚铁工艺、铁红工艺、全湿法工艺和磷酸铁工艺。按照工艺类型区分：草酸亚铁工艺、铁红工艺和磷酸铁工艺属于固相法，全湿法工艺属于液相法。不同的工艺路径选取的磷源有所不同。基于中国无机盐工业协会专家问立宁先生的研究，和相关文献报道，对以上四种生产工艺的优缺点以及应用现状进行了归纳和分析： 1.1.1 草酸亚铁工艺 草酸亚铁工艺，是一种固相法，磷源可选用磷酸铵、磷酸一铵、磷酸二铵等磷酸盐。 草酸亚铁法是早期常见的生产工艺。以碳酸锂、氢氧化锂为锂源，草酸亚铁为铁源，将原料球磨干燥后，在惰性气体或者还原气氛中，以一定的升温加速加热到某一温度，反应一段时间冷却。各个企业生产工艺主要区别在：原料配方、混合方式、烧结工艺和加工设备。 优点：工艺简单、配料容易控制，易实现产业化。 缺点：环保压力大。因为烧结过程中有大量氨气排出，污染环境，腐蚀设备，需要对废弃进行处理。 1.1.2 铁红工艺 铁红工艺也是固相法的一种。磷源为磷酸一铵。 铁红工艺是三氧化二铁为铁源，与磷酸二氢锂(LiH2PO4)、碳源经湿法研磨混合，利用碳热还原法制备磷酸铁锂正极材料。磷酸二氢锂由碳酸锂和磷酸一铵制得，因此铁红工艺的磷源为磷酸一铵。 优点：工艺环保、氧化铁成本较低。 缺点：产品综合性能稍差。过程中需要排除大量的废水，同时产生大量氨气，不易处理，环保压力大。 1.1.3 全湿法工艺 全湿法工艺是一种全新的液相合成方法。磷源通常为磷酸。 全湿法工艺是一种比较先进的生产工艺，是将硫酸亚铁、氢氧化锂和磷酸溶于水中或其他溶剂中，通过水热或者溶剂热过程进行反应合成磷酸铁锂的工艺。 优点：产品性能优异。原料溶于水中，可以达到离子、分子水平的混合，制备出的材料一致性较好。这种工艺制备出的正极材料具有较好的低温性能和倍率性能。 缺点：成本要求高、设备要求高。这种工艺制备出的磷酸铁锂还需要在高温下煅烧进行碳包覆；同时水热过程中需加入过量的氢氧化锂，成本较高；水热反应还需要在高温高压下进行，对设备要求很高。虽然性能优异，但全湿法工艺对技术和设备要求都较高，据了解，目前国内拥有成熟液相法工艺的厂家只有德方纳米。 1.1.4 磷酸铁工艺 磷酸铁工艺也属于固相法的一种，并且有可能发展成为磷酸铁锂制备的标准工艺。磷源为磷酸。 磷酸铁工艺先通过磷酸和氨气合成磷酸铵，再与硫酸亚铁生成磷酸铁。磷酸铁作为前驱体，与锂源、碳源经湿法研磨混合，利用碳热还原法制备了磷酸铁锂正极材料。磷酸铁可以同时提供铁源和锂源，配料过程中只需要加入锂盐和碳源即可。 优点：产品循环性能好，成本较低。设备简单，易标准化。 缺点：生产周期长，能耗高。 磷酸铁工艺的优势已逐渐得到人们的公认，有可能发展成为磷酸铁锂制备的标准工艺。湖南裕能、安达科技、贝特瑞等厂家都采用这种生产工艺。 1.2 磷酸铁锂产业链 挣脱国外专利的束缚，我国磷酸铁锂产业逐渐成熟化。2010年由中国电池工业协会牵头，成功申诉三家外资企业磷酸铁锂电池专利无效，使得我国可以弯道超车，获得开发磷酸铁锂电池的优势。经过了十余年的探索和发展，我国已成为全球唯一大规模研发和商业化应用磷酸铁锂电池的国家。一套完整的磷酸铁锂产业链已初步形成。根据百川盈孚的数据，2020年中国锂电磷酸铁锂材料产量约13.3万吨，同比增长33.26%。 磷酸铁锂产业链上游主要包括锂源、铁源、碳源、磷源等四类原材料，中游包括磷酸铁锂正极材料，下游包括磷酸铁锂电池及新能源汽车、储能系统等应用。下面我们重点针对上游磷源和中下游的产业情况进行逐一介绍。 1.2.1 上游——原材料 磷酸铁锂上游原材料主要由锂源、铁源、碳源和磷源四部分组成。切合主题，我们主要讨论磷源的布局情况。 由上文分析可知，目前磷源的主要来源有两种，一种是使用净化磷酸，另一种是使用工业级磷酸一铵，因磷酸铁锂生产工艺不同而异。百川盈孚数据显示，今年5月以来磷酸和工业级磷酸一铵价格高位上扬，分别已至近三年历史高位20662元/吨和3345元/吨。在磷酸铁锂需求带动下磷酸和磷酸一铵需求持续旺盛，发展前景十分广阔，但磷化工产能扩张受政策限制，在供应上未来将趋于紧平衡状态。 以磷酸铁