磷酸铁锂产业化及前景分析

　　1.2 产业概况

　　近年来，随着锂离子电池应用持续升温，其产业仍呈现高速增长的态势。国家发改委最新发布的《产业结构调整指导目录》，把锂离子电池等高技术绿色电池的制造作为高新技术产业放在了优先发展的位置。磷酸铁锂正极材料产业化的实施可极大地促进我国锂离子电池产业的发展，并可获得较高的经济效益。

　　1.2.1 应用范围的不断增加，使锂离子电池市场空间迅速扩大

　　锂离子电池是“二次电池”，又名“锂离子蓄电池”，其发展最早始于60~70 年代的世界石油危机时期。经过近20 年的探索，终于在1990 年，由日本的Sony 能源公司和意大利的Moli 能源公司率先开发出以碳材料为负极、以LiCoO2 为正极的锂离子电池。自此以后，锂离子电池获得了飞速发展。进入新世纪，以锂离子二次电池正极材料和锂离子二次电池生产为代表的中国新能源产业虽起步迟，但其发展也相当迅速，可以说是种类齐全，各显神通。据专家预测：在今后五年内全球锂离子电池需求将会扩大到上百亿只。随着各种“用电器具”的飞速发展，锂离子电池以其可再次充放电、轻巧、电容量大、寿命长等优点，使其市场容纳量越来越扩大，其应用领

　　域主要有以下三个方面：

　　(1)便携电源

　　作为用电器上的便携式电源已被广泛的应用于摄像机、录音机、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、机器人等小型轻量化电子装置及电动玩具、电动剃须刀、小手电等日用电器中，正在逐步地替代传统电源。这些小型用电器的品种在不断的出现、用户在不断地增加;可以回忆一下“上个世界末移动电话在中国还是富贵和权力的象征”，而如今走在街上随便环顾一下到处是“手机”用户的通话声，中国已成为“手机大国”，手机已成为青少年的“玩具”;这其中少不了锂离子电池的功劳，而手机技术的发展也少不了锂离子电池技术不断发展的推动;不少专家认为：锂离子电池技术将成为21 世纪具有战略意义的军、民两用技术。

　　(2)动力电源

　　随着世界能源紧张、现能源(油、煤)使用所造成的环境污染加重，而急需“环保型能源”代替;于是，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，即为∶动力来源在时间上不连读，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”便成为清洁能源的组成之一;大容电量的二次电池也成为电动汽车的理想动力源，并且在航空、航天、航海中有广泛的用处。

　　(3)军用电源

　　战争由机械化→自动化→信息化→向信息中心战的方向发展，其中那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、可再生性是军事通讯设备、观察与侦察设备、制导兵器、军用计算机及模拟演练系统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中、日本正在建造电动潜艇中均采用了锂离子电池。作为军用电池，除其环境适应性有苛刻的要求外，还要有尽可能简单地进行后勤补给。一般应保证电池能作为存货，储存时间达20~30 年，与尖端武器系统动力装置性能保存期相匹配。锂离子电池及其向前发展的产品在军事应用方面具有无可比拟的优越性，可促进武器向灵活、机动、隐蔽、快速方向发展。

　　1.2.2 正极材料的产业化是促进锂离子电池发展的需要

　　新能源的不断开发是人类社会可持续发展的重要基础，随着科技的进步，人们对可移动能源的需求愈来愈强烈，特别是对纯电动交通工具的要求随石油及环境危机的加剧而不断加强，2008 年的奥运会将在北京召开，绿色能源的利用已列入奥运的主题，国家也将电动汽车列入863 重大专项，其中锂离子电池以其高能密度列入重点攻关的化学电源之一。但目前制约纯电动交通工具产业化的瓶颈是：(1)电池价格高使纯电动车价格昂贵;(2)无法解决高能动力电池因所用电极材料导致的安全问题。因此，电动汽车产业化的关键是能否解决价廉、安全、性能优异、环境友好的二次化学电源技术。

　　至今，主要用于锂离子电池的正极材料是层状LiCoO2，其已广泛应用在小型电池，但它不适用于高能动力电池，目前我国已达到的LiCoO2 正极材料生产能力约为5000 多吨每年;若电动自行车，EV 或HEV 用锂离子电池得以发展，则材料的需求量更大。而我国长期以来就缺乏钴资源，钴矿主要共(伴)生在铜、镍、铁矿中，截至1999 年底，我国累计探明钴储量47.1 万吨。由于连年开采，我国钴储量逐年减少。寻求成本低、储量丰富的原材料替代钴已是刻不容缓。另外从安全性角度看，大功率锂离子动力电池的正极材料如果还用做小型电池的锂钴氧化物，有可能引起燃烧甚至爆炸，已陆续出现过几起手机电池爆炸事故，使人们对其产生了恐惧。要解决安全问题，一定要换成安全性好的材料才不会有安全隐患。1997 年，首次报道了橄榄石型的磷酸铁锂(LiFePO4)可用于锂离子电池正极材料，近年来国际上普遍认为LiFePO4 是高能动力电池的最佳新型正极材料。其主要优点表现在：(1)能解决LiCoO2 及其他现有正极材料不能解决的安全问题：由于采用磷酸根取代了氧，在滥用条件下不会有氧气析出，所以安全性能大大提高。(2)原料来源广泛，价格低廉：铁元素在地壳中含量十分丰富，仅次于氧、硅、铝三种元素。(3)无毒、无污染，是真正的绿色能源。(4)循环寿命非常长，可以满足电动车频繁充放电的需要。综上，LiFePO4 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。对该类材料进行深入研究并积极推进其产业化步伐，是解决电动车辆用长寿命、安全型、低成本的锂离子电池的关键，该类材料的快速产业化不仅具有很大的经济效益，还具有深远的战略意义，有利于我国乃至全球经济的可持续发展。