充分利用锰资源优势加快动力型锰酸锂产业的发展

李华成,李普良,李维健,詹海青,程 东

(中信大锰矿业有限责任公司,广西南宁 530022)

0 前言

近年来,由于全球范围内的能源危机、大气污染、温室效应等原因,在全世界掀起了一个发展新能源汽车的高潮,中国政府在发展新能源汽车产业上决心很大,相继出台了一系列鼓励政策,新能源汽车的研发、生产已成为汽车行业的热点,而新能源汽车最关键的组成部分是动力电池,CMIC专家预测到2012年,中国将形成50万辆新能源汽车产能,形成10亿Ah的车用高能单体动力电池生产能力。

锂离子动力电池的关键组成部分正极材料主要为锰酸锂和磷酸铁锂,日本和韩国偏向于使用锰系,近几年,日本在不断扩大锰酸锂的生产规模,据报道,到2012年日本电工株式会社锰酸锂总生产能力将达到6 700 t/a,日本户田工业株式会社锰酸锂总生产能力达到6 500 t/a。美国偏向于铁系,但近期也加大了锰系材料的研究。磷酸铁锂由于低温性能和批次稳定性较差[1～2],目前尚未大批量地投入使用,而锰酸锂在技术上更加成熟,具有很好的低温性能和批次稳定性。

中信大锰矿业有限责任公司(以下简称为：中信大锰)顺应当今世界低碳经济发展潮流,响应政府号召,充分利用自身的锰资源优势,抢占发展先机,提出了：

锰矿——EMD——动力型锰酸锂——动力电池的发展思路,并正在逐步实现这一新能源产业链。

1 中信大锰发展动力型锰酸锂的优势

1.1 锰资源优势

中信大锰公司锰矿资源丰富,占全国总储量的22％,位居中国之首。同时积极实施“走出去”战略,拥有海外高品质矿产资源基地[3]。2007年11月,中信大锰成功地并购了南非某矿山和加蓬蒙贝利地区的锰矿资源。中信大锰主要从事锰矿开采和锰系产品深加工,其中电解二氧化锰2万t的产能规模。电解二氧化锰是生产锂离子电池正极材料锰酸锂的原材料,中信大锰的电解二氧化锰产品质量好,已畅销国内外,为锰酸锂产业发展提供了很好的原料保障。

中信大锰为了充分发挥自身的资源、管理、人才优势,根据国家的产业政策及市场需求,及时调整产业结构,进一步延长锰系产品产业链,在崇左工业园区征购了近33.33 hm2地,建设中信大锰崇左产业园,开展电源材料、磁性材料的研发与生产,在电源材料方面,以锂离子电池正极材料锰酸锂生产为切入点进入新能源行业,将继续开展锂离子电池正极材料钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸亚铁锂及动力锂离子电池的研发与生产。

1.2 技术优势

中信大锰一贯坚持走可持续发展道路,加强对锰资源的科学利用、合理开发和有效保护,积极推进项目建设和自主创新。近年来,有1个项目荣获全国冶金矿山科技进步一等奖,有两个课题经国家科技部审批,列入国家“863”计划科研项目；2008年广西科技厅指定公司为广西首批自治区级产业基地广西锰业产业化基地惟一建设单位；2009年自治区批准中信大锰独立建设“广西锰业人才小高地”,作为锰业领军企业,2010年7月被广西科技厅、发改委、工信委授予千亿元产业“广西锰业研发中心”建设依托单位。中信大锰将加强高纯硫酸锰、高纯无硒金属锰、高性能碱性电解二氧化锰、高档次四氧化三锰、动力电池用改性锰酸锂等锰系新产品开发,开展锰业节能环保共性技术研究,开发适合广西贫锰矿特点的锰系列产品深加工的新技术、新工艺和新装备,全面提高锰业科技含量,增强企业自主创新能力和核心竞争力。

中信大锰在锂电池材料的研发与生产上坚持高标准、高起点、高水平,优服务的原则,在原有人才团队的基础上,从国内相关科研院校及锂电池最发达的日本引进锂电材料的专家,采用了目前国内最先进的生产工艺和生产设备以及完善的检测手段和检测设备,并不断跟踪国内外锂电行业发展趋势,以日本先进锂电正极材料的性能指标为目标,坚持自主创新、精细管理、持续改进、诚信经营、优质服务的理念,不断满足客户需求,从而打造出企业的品牌。

1.3 当地政府的支持

中信大锰崇左产业园项目是崇左市区最大的建设项目,其中锂电池材料属于国家优先发展、重点扶持的新材料产品,可以填补广西自治区的空白,广西自治区、崇左市政府十分重视并大力支持,各级领导多次亲临现场检查、指导工作并寄予了很大的希望,区工信委已将崇左产业园的锂电项目列入广西新能源汽车产业发展推进方案中,与广西新能源汽车配套发展,这给了我们很大的信心与鼓舞。

2 目前的工作进展

1)锂离子电池正极材料锰酸锂。锰酸锂(LiMn2O4)理论容量为148 mAh/g[4],实际容量在100～110 mAh/g之间,由于生产锰酸锂的原材料价格低廉、易得,在生产过程中对环境没有污染,随着近几年的研究,其循环性能也得到了较大提升,再加之工作电压高等优点,被认为是一种很有发展前景的锂离子电池正极材料。中信大锰采用锰酸锂生产新工艺,产品类型主要有容量型和动力型,产品性能优异,已得到电池厂家认可。容量型锰酸锂型号为DMLM-12,其全电池容量可达到110 mAh/g,半电池容量可达到125 mAh/g,具有很高的容量,可广泛应用到锂离子电池中,或与钴酸锂、镍钴锰酸锂按不同比例混合使用。动力型锰酸锂型号为DMLM-15,其全电池容量可达到95 mAh/g,半电池容量可达到100 m Ah/g以上,具有很好的高倍率性能和循环性能,适合于制作成电动工具、电动摩托车、电动自行车用锂离子电池。

2)锂离子动力电池中试线。中信大锰在正极材料动力型锰酸锂研究的基础上,积极开展以动力型锰酸锂为正极材料的锂离子动力电池研发,目前已建成中试线规模,产品主要以单体5 Ah、10 Ah为主,已进入带料调试阶段。

3)集团内部协合效益显现。中信国安公司拥有较先进的动力电池生产技术,其锰酸锂产品指标国内领先,现动力型锰酸锂电池8 Ah、16 Ah等品种已正式用于奥运会和世博会环保车辆,效果良好,量产指日可待。

3 存在问题与对策

1)市场风险

锂电池正极材料行业是近10年发展起来的新兴产业,属于国家重点支持、优先发展的新能源类材料,现正处于快速发展阶段,与锂电产业一样被大家公认为当今的热门产业。近年来,进入这一行业的单位多,竞争激烈,针对这一状况,一方面,通过技术创新、精细管理,提高产品质量,降低成本,增强竞争力；另一方面,及时采取灵活有效的营销策略,并利用中信大锰的品牌及影响力吸引、开发优质客户。

2)研发能力的提高

锂离子电池正极材料属于高科技行业,产品更新换代速度较快,不同的电池材料生产不同的锂离子电池,这就要求中信大锰加大研发力度,以满足电池制造厂商的要求。中信大锰已经规划在崇左产业园建立研发中心,购置先进的研发设备和分析设备,加强专业人才培养,提升公司的研发力量,不断研发出性能优异的产品。同时还将充分发挥矿产资源优势,强化管理制度,提高中信大锰在锂离子电池正极材料的竞争优势。

4 发展规划与目标

发展锂离子动力电池产业主要是从材料和技术方面进行大量研究,提高电池的安全性能和能量密度及功率密度,如何有效地解决单体电池使用一致性的问题和安全性能是发展锂离子动力电池产业的努力方向。

4.1 发展规划

中信大锰依托现有的锰资源优势,以锂离子电池正极材料锰(钴)酸锂为切入点,进入新能源领域。未来5年内在动力电池领域的发展思路为：

2010年,1 000 t/a钴酸锂、600 t/a锰酸锂生产线建成投产。

2011年,锰酸锂生产规模扩大到2 000 t/a。采用先进的聚合物锂离子电池生产锰系动力锂离子电池,正极材料为改性锰酸锂或改性三元材料,单体电池容量为5 Ah、10 Ah、20 Ah,产品主要市场为电动两轮车、电动工具等,规模为日产20万Ah。300 t/a磷酸铁锂生产线建成投产。

2012年,在锰系动力锂离子电池的基础上,增加铁系动力锂离子电池,正极材料为磷酸亚铁锂,采用先进的聚合物锂离子电池生产工艺,单体电池容量为10 Ah、20 Ah、30 Ah,产品面向市场为电动汽车,规模为日产50万Ah。

4.2 预期达到的目标

动力型锰酸锂预期达到新产品的技术指标为：

1)D50 ：10～15μm；

2) 比表面：0.4～1.0 m2/g；

3)松装密度：≥1.1 g/cm3；

4)振实密度：≥2.3 g/m3；

5)比容量：≥110 mAh/g；

6)循环寿命(常温)：≥1 000次；

7)55℃循环：≥500次；

8)大电流放电性能：≥30 C；

9)-20℃容量：≥标称容量80％；

10)安全性能满足动力蓄电池的各项要求。

以上发展规划与目标的实现能够使得中信大锰挤身于国内锂电行业前列,大大增强企业的经济实力,提升企业知名度,确保企业的经济持续快速增长。同时可以缩短广西自治区与发达地区在新能源产业的距离,推动广西新能源汽车产业发展。

5 结论

1)当今世界范围内掀起的新能源汽车产业热潮,大大促进了动力型锰酸锂的快速发展。

2)中信大锰利用自身资源等诸多优势,已涉足于动力电池行业,并在稳步发展。

3)中信大锰动力型锰酸锂的容量及循环性能已达国内领先水平。

4)针对目前动力型锰酸锂存在的问题,还需加大投入,加强力量,不断创新,争取尽快赶超日本先进水平。

[1]张宾,林成涛,陈全世.电动汽车用LiFePO4/C锂离子蓄电池性能[J].电源技术,2008,32(2)：95-98.

[2]王琳霞,尚随军,郑荣鹏.磷酸铁锂单体电芯容量筛选方法的研究[J].电源技术,2010,34(5)：458-459.

[3]黎家电.履行社会责任促进企业可持续发展[J].中国锰业,2009,27(4)：51-53.