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锂電池矽碳負極材料項目
Silicon-carbon anode materials for lithium batteries

  能源是人类生存和发展的重要物质基础,是从事各种经济活动的原动力,也是社会经济发展水平的重要标志。随着化石燃料的逐渐枯竭及它所带来的全球变暖等问题,众多研究者开始逐渐关注新能源产业。其中,锂离子电池以其工作电压高、比能量大、重量轻、体积小、循环寿命长、无记忆效应、可快速充放电和无环境污染等一系列显著的优点而成为新能源领域的研究热点。随着新能源产业的加速发展,电动汽车及动力电池都处于全面快速发展阶段。据权威机构预测,2020年储能行业及电动汽车行业都会达到万亿元产值,且未来5年复合增长率保持至少50%以上的增幅,动力电池行业将出现供不应求的市场局面。锂电池作为新能源汽车发展的核心,目前的市场需求一直保持相当高的增长速度。
  然而,以锂电池为动力源的新能源汽车在普及时,面对着一个“里程焦虑”问题。续航里程成为众多使用者首要考虑的问题。电池最重要的一个指标是能量密度,也就是单位重量或单位体积所能储存的能量,目前电池重量能量密度为一般200-250Wh/kg。鉴于续航里程与锂电池的正极材料、负极材料的能量密度相关,为了提升锂电池续航里程,关键在于正极和负极材料,主要是负极材料。目前锂离子电池主流负极材料是石墨。尽管制备技术已相当成熟,但其理论比容量只有372 mAh/g,难以满足市场对大容量锂离子电池的需求。传统的石墨材料负极已接近天花板,因此,要发展高能量密度,正极采用高镍三元材料,负极材料的选择成为关键。
  由于硅具有较高的理论比容量(4200mAh/g)和较低的嵌锂电位,在提升锂电池能量密度方面具有巨大的潜力,相比于石墨负极材料而言,硅负极材料最大的优势在于比容量的提升,从而在体积或重量不变情况下,使电池装入更多电量。相对与其它材料,硅的电位更高一些,因此减少过充过放析锂的可能性。硅碳负极是目前能够满足新一代锂离子电池要求的负极材料,是替代石墨电极的理想材料。

  本项目锂电池硅碳负极材料,旨在使纳米硅稳定网络在一个相对稳定的空间,而且纳米硅与网络结构存在一定的间隙,硅材料在嵌锂时的体积膨胀,网络间隙减少了材料颗粒的膨胀,从而避免硅膨胀造成的硅负极粉化、失效,提升了循环性能。生产设备成熟可靠,生产工艺简单、连续稳定,适合规模化生产。

市場需求:

  近年来,各个领域对电池能量密度的需求飞速提高,迫切需要开发出更高能量密度的锂离子电池。目前,商业化的锂离子电池主要是以石墨为负极材料,石墨的理论比容量为372 mA?h/g,在这种背景下,硅基负极材料因其较高的理论比容量(4200 mA?h/g)、低的脱锂电位(<0.5 V)、环境友好、储量丰富、成本较低等优势而被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。
新能源汽車産業是全球汽車産業的發展方向,也是我國重要的新興戰略産業之一,未來10年將迎來全球汽車産業向新能源汽車轉型和升級的戰略機遇。國家工信部等四部委發布的《促進汽車動力電池産業發展行動方案》中提出,到2020年我國新型锂離子動力電池單體比能量超300Wh/kg,到2025年單體比能量達500Wh/kg。汽車産業迎來了爆發性的增長,將帶動上遊锂離子電池及負極材料市場規模的大幅提升,而納米矽碳負極材料高能量密度的特點將頗具競爭優勢。對锂離子電池的能量密度等提出了更高的要求,所以也將成爲高容量納米矽碳負極材料的廣闊市場。場潛力巨大。
  2020年硅碳负极材料在锂电池负极的渗透率达到15%。在2018-2020年硅碳负极材料渗透率年均增长5.61个百分点。未来随着硅碳负极逐渐替代石墨作为电池负极的重要材料以及硅碳负极材料技术及成本方面的进一步突破,预计2021-2025年硅碳负极材料渗透率年均增长率将在4-5个百分点之间。预计到2025年硅碳负极材料的需求达到31万吨,占锂电池负极总量的1/2。
國家政策:
  近年来,随着电动汽车的快速发展,新能源电池技术快速发展。锂电池是现在的新能源汽车要使用到的关键部件,国家一直在出台相关的政策促进新能源汽车的发展,相应的也有对于锂电池的相关政策来促进锂电池的发展。近些年国家对锂电池产业的相关政策如下:

1、2012年6月28日《國務院關于印發節能與新能源汽車産業發展規劃(2012-2020年)的通知》(國發〔2012〕22號),提出加快推進新能源汽車發展。
2、2014年7月21日《國務院辦公廳關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》(國辦發〔2014〕35號),加快提升我國汽車動力電池産業發展能力和水平,推動新能源汽車産業健康可持續發展。
3、2017年2月20日工信部、發展改革委、科技部、財政部等有關部門聯合印發了《促進汽車動力電池産業發展行動方案》(工信部聯裝〔2017〕29號),提出分三個階段推進我國動力電池發展:2018年,提升現有産品性價比,保障高品質電池供應;2020年,基于現有技術改進的新一代锂離子動力電池實現大規模應用;2025年,采用新化學原理的新體系電池力爭實現技術變革和開發測試。具體提出5個方面的發展目標:一是産品性能大幅提升,2020年動力電池系統比能量力爭較現有水平提高一倍達到260瓦時/公斤、成本降至1元/瓦時以下,2025年動力電池單體比能量達500瓦時/公斤。
4、2017年4月工信部、發改委、科技部印發《汽車財産中長期生長規劃》,提出以新能源汽車和智能網聯汽車爲沖破口,加速跨界交融,構建新型財産生態,發動財産轉型進級,實現由大到強生長。到2020年,新能源汽車年産銷到達200萬輛,動力電池單體比能量到達300Wh/Kg,體系比能量到達260Wh/Kg。到2025年,新能源汽車占汽車産銷20%以上。
5、2019年12月31日,爲深入貫徹國家、省、市關于高質量發展的系列決策部署,根據《中共成都市委關于全面貫徹新發展理念加快推動高質量發展的決定》將矽碳負極材料納入新能源材料中高能量高循環壽命矽碳負極材料發展。
以上政策對矽碳負極材料的發展提供了可靠的政策支持。
項目特點:
  本项目锂电池硅碳负极通过机械力复合、界面复合技术,无需高温烧结,使纳米硅稳定网络在一个相对稳定的空间,减少了材料颗粒的膨胀,从而避免硅膨胀造成的硅负极粉化、失效,提升了循环性能。项目技术在国内处于领先地位,现已申请多项中国发明专利。其特点表现在:
(1) 本项目技术采用机械力复合法制备硅碳负极,实现稳定、高效复合硅碳负极材料,成本低,避免传统高温烧结工艺的高能耗和无法连续生产的弊端。
(2)本項目技術通過增加矽體積變化網絡空間,克服現有锂離子電池矽負極材料充放電過程中由于矽體積膨脹效應造成的宏觀顆粒體積變化和粉化問題,與現有高溫燒結法相比,獲得的矽碳負極材料容量、首次循環效率、循環性能均提高。
(3)本項目技術制備矽碳負極材料,投資可大可小,生産技術、設備成熟可靠,生産工藝簡單、連續穩定,適合規模化生産。
投資條件:
  根据对市场的预测和分析及最低的经济规模,建议投资规模为年产500吨锂电池硅碳负极材料。参考投资条件为:
投  资:300万元 (设备)
用  地: 10000-20000平方米
用  电:500-800KW
工  人:45人(两班制)
原材料:國內各地均可購買
建設周期:設備到位後60天左右出産品

投資效益:

本項目投資小,産品性能優異,成本大幅降低,具有良好的社會效益和經濟效益。500噸/年锂電池矽碳負極材料生産線投資效益如下:
投資總額:2000萬元
生産成本:8萬元/噸
售    价:12万元/吨
銷售收入:6000萬元/年
投資利潤:2000萬元/年
投資回收期:1.5年
技術合作:
  我公司成立于1992年,主要从事新能源材料、石墨烯材料等新技术、新材料的研制、开发、以及产品产业化推广;是中国优秀化工企业、国家级专利运营试点企业、四川省知识产权试点企业、成都市专利示范企业、成都市新材料企业。
本項目産品市場容量巨大,受國家政策支持,生産成本低,投資成本小,具有顯著的經濟效益和社會效益顯著。如有項目投資、産品銷售和其他合作意向者,歡迎來人來函咨詢、洽談、考察。
另有項目投資生産可行性報告,規模500噸/年,價格:8800元/套。