一、项目背景由Sony公司推出的{dy}块锂离子电池中，正极材料是钴酸锂，负极材料为碳。其中，决定电池的可充电{zd0}容量及开路电压的主要是正极材料。目前市售手机用锂离子电池90%以上是使用钴酸锂。所以，我国现有的生产正极材料公司，产品几乎全部是钴酸锂。然而，据我们的调查，国产的钴酸锂价格被电池厂不断压低，每吨价格已从几年前的30万元人民币左右降到目前的低于20万元，而生产成本却由于进口原料钴的价格上升增加到17至18万元，因此钴酸锂的利润空间很窄。与钴酸锂同属4伏正极材料的候选体系有镍酸锂和锰酸锂两大系列，对他们的研究已经比较透彻。与钴酸锂相比，这两个系列材料在性能上各有长短，然而在生产成本上具有明显优势。特别是锰酸锂，由于我国有丰富的锰资源，每吨锰的价格目前为8500元(钴为20万元/吨，镍为9万元/吨)，因此原料价格优势十分明显，必然会带来终端正极材料价格的优势。然而，与优质钴酸锂比，锰酸锂在比容量和循环寿命上还有不足。钴酸锂的实际使用比容量为130mAh/g，循环次数可达到300至500次以上：而锰酸锂的实际比容量在100mAh/g左右，循环次数为100至200次。另一方面，国内手机电池厂家对正极材料要求分两类：(A)为品牌机配套的手机电池，要求高质量的钴酸锂，循环次数需要达到300至500次。这类钴酸锂目前xx依靠进口，价格为30万元/吨以上。(B)非配套的一般手机电池，对正极材料质量要求不高，循环次数只要100次以上即可。这类钴酸锂基本国产化，目前价格为19万元/吨。二、项目目标根据锂离子电池的现状，我们将适合手机电池的正极材料作为产业化的近期目标。显然，再上与国内其他钴酸锂技术水平相当的项目(B类钴酸锂)已经没有意义。我们的目标为：1、突破B类锰酸锂，取代B类钴酸锂。选择性能价格比{zj0}的锰酸锂作为主要突破口，开发出非配套手机可用的锰酸锂电极粉料，以取代B类钴酸锂。2、开发A类钴酸锂，替代进口。我们认为国内的钴酸锂生产工艺尚有改进余地，因为国内的生产工艺基本上采用固相反应法，而据我了解，日本等国多采用湿化学法，比如喷雾热解法。因此，我们在主攻B类锰酸锂的同时，也用相对较小的力量，分析A、B类钴酸锂在结构和电化学性能上的差别，并探索改进的生产工艺。这项开发如果成功，将可能部分取代A类钴酸锂进口粉料，并进一步出口。3、开发镍钴酸锂，瞄准B类和A类钴酸锂。相对于钴酸锂，镍钴酸锂(镍比钴多四倍以上)在价格上有优势，而且比容量更高。我们将试验应用生产锰酸锂或A类钴酸锂的工艺来制备镍钴酸锂。试验成功的话，将可能取代B类甚至A类钴酸锂。三、市场前景预测1990年SONY公司商品化锂离子电池问世，至今只有十年历史，但由于其具有工作电压高、能流密度高、循环压寿命长、自放电低、无污染、安全性能好等独特的优势，现已广泛用作移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源。并已在航天、航海、人造卫星、小型医疗仪及xx通讯设备中逐步替代传统的电池。短短十年的迅速发展，锂离子电池在小型可充电电池的市场中的占有率已经超过30%。据统计，目前在移动电话使用的电池中，锂离子电池就占70%以上。锂离子电池的主要生产出口国日本，2000年生产4.78亿只，2001年生产5亿只，2005年预计增长到8亿只。中国的移动电话用户，从1998年底的4200万用户激增到2001年底的1.448亿户，已占全球{dy}，但只占中国近13亿人口的11%，中国已成为全世界移动电话用户规模{zd0}的国家，并且今后几年的用户还将继续扩大。这表明离子电池还有很大的潜在市场。我国手机锂离子电池的生产厂家，90%以上采用钴酸锂作正极材料。对正极材料的年需求量约为2500吨，其中500吨从国外进口。随着移动电话的迅速增长，电池生产厂家纷纷扩产，对正极材料的需求亦将快速增长。环境污染和能源危机使得汽车动力的"更新换代"已势在必行。为此世界各发达国家如美国、日本、德国、法国等均高度重视，投入巨资，研制EV车用锂离子电池。在各国政府支持下，日本索尼、三菱汽车公司、日立公司、三洋公司，美国3M和魁北克公司，法国的SAFT等公司使用锂离子电池的EV车纷纷亮相。我国对EV车的开发亦十分重视，已将此列为"九五国家重大科技产业项目"。可以看出随着全球EV车产业的发展，高能量锂离子电池需求量是非常可观的。随着锂离子电池制造技术的进步，电池性能的不断提高和电池成本的下降，将大大加快现代移动通讯和家用电器的发展速度，并促进电动汽车、国防军工、航天航海、电讯技术等高科技领域的发展。可以预言，锂离子电池将成为{zj1}发展前景的可充电电池，成为21世纪最重要的化学电源之一。四、中试项目经费估算总经费约需18万元，主要用于：喷雾干燥机：5万元；球磨机：5万元；大马弗炉：5万元；其他(原料、外协等)：3万元。五、投资分析锂电池实验组，采用湿化学法工艺路线，水溶液溶胶--凝胶法，制备了锂电池正极材料锰酸锂，实现了原料在原子水平上的混合，解决了传统干法生产物料均匀混合的难题，降低了设备投资。实验室制备的正极粉体材料，其电化学性能已接近B类钴酸锂水平，但却大幅度降低了正极材料的成本，由此将带来显著的经济效益。实验组具备电池制备和电极材料电化学性能的全套测试系统，化学分析手段、结构分析设备利用科大结构中心。试验条件和人才均具优势，只需少量中试经费，购置少量设备，完成中试后，可实现产业化。中试完成后，建立年产500吨锰酸锂车间，投资估算为300万元。其中设备投资200万元，厂房、水电100万元。根据实验室试验，估算锰酸锂的生产成本：(以生产1吨锰酸锂产品计)：名称单耗(吨)单价(元)金额(元)锰3.1 10000 31000锂0.205 25000 5100电2500度0.5元/度1250水20 5100人工2000折旧2000合计41450锰酸锂售价暂按每吨7万元计算。利税合计：每吨7-4.145=2.855万元，利润率可达30%。年销售额500×7=3500万元，年利润约1200万。经济效益显著。六、中试实验条件要求1、原料。已有工业级原料可以购买。我们计划用更便宜的原料来替代其中一种主要已试验过的原料，而不影响产品性能和增加工艺难度。2、喷雾干燥机。尚缺。可暂时借用一套学生实验用小型喷雾干燥机。3、。尚缺。前期可用小型球磨机代替。4、大马弗炉。尚缺。目前可暂时用小型马弗炉分多次烧结。5、粉料成份分析手段。我们实验室已建立化学滴定分析方法，试锰的含量和价态。6、粉料结构分析设备。可利用科大结构中心的电镜和X-射线衍射仪。7、电池制备和电极材料测试系统。已经具备。七、合作方式共同开发应用产品或技术入股或转让部分技术。中国科技大学科技实业总公司项目合作部沈三荣tekxmb@ustc.edu.cn 0551-3601781-308或302