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1、新型锂离子动力电池生产建设项目可行性研究报告新型锂离子动力电池生产项目可行性研究报告新型锂离子动力电池生产建设项目可行性研究报告第一部分 工厂技术方案一、项目组成本项目设计生产能力为年产900万2AH的锂离子动力电池生产线。二、生产技术方案（一）产品标准本项目引进最先进的生产设备、检测设备，建成国际标准的生产环境，产品制作全过程实现规范化管理，并严格按照国家标准和国际标准，执行产品的生产和检测，保证生产的产品达到国际同类产品的相当水平、国内产品先进水平。（二）生产方法本项目选择了目前已经有着供不应求的三元锂离子动力电池（国家对铅酸电池严厉打击、正大量的转型向三元锂离子电池），生产的锂离子动力电
2、池具有工作电压高、能量密度大、重量轻、体积小、自放电率小、循环寿命长、无记忆效应、安全性能好、防鼓胀性能优异、对环境友好等特点。（三）工艺流程生产工艺流程图（四）主要工艺设备选择锂离子动力电池的产品质量的优劣取决于生产工艺技术和生产工艺的设备两个方面。好的生产技术必须通过与之配套的先进的生产设备来制造出高质量的产品。本项目的主要设备将由我方设计,关键设备拟从国外引进。引进的设备和相应的公司见下表。设备数量制造公司价格范围（人民币）混浆机8约19万/台(共152万)涂膜机3约120万/台（共360万）压膜机（滚压机）2约140万/台(共280万)分条机2约80万/台(共160万)制片机8约32万
3、/台(共256万)圆形烘箱6约6.5万/台(共39万)卷绕机6约40万/台(共240万)点底机4约8万/台(共32万)组装线1约3万/条(共3万)滚槽机2约1.5万/台(共3万)封口机2约23万/台(共46万)双开门烘箱6约4.5万/台(共27万)注液机1约196万/台(共196万)超焊机4约2.5万/台(共10万)清洗烘干机1约26万/台(共26万)老化箱8约4万/台(共32万)预充柜12约3.2万/台(共38.4万)分容设备16约18.5万/台(共296万)测电压内阻1约12万/台(共12万)分选柜1约3万/台(共3万)喷码机1约6.8万/台(共6.8万)净化工程1套约350万/台(共35
4、0万)除湿机组1套约150万/台(共150万)空压机、冷水机、真空机组、管道、电缆等1套约80万/台(共80万)办公设备约20万/台(共20万)共计-2818.2万（五）主要原材料、燃料、动力消耗指标1、主要原材料消耗指标生产每支2Ah锂离子动力电池的主要原材料理论消耗指标序号材料理论用量单位1镍钴锰酸锂克3SP克4KS-6克5HSV900克6NMP克7石墨克8工业纯水克9CMC克10SBR克11铜箔克12铝箔克13钢壳/盖帽套14电解液克15隔膜平方米16铝带克17镍带克18正极耳包胶带米19负极耳包胶带米20塑料包装盒个21纸包装盒个生产过程有部分原材料损耗，实际消耗量比理论消耗量要高，损
5、耗+不良率约为20%，每个电池原材料+损耗+不良率约等于人民币7元。2、燃料、动力消耗指标本项目建成后，主要消耗的动力为电。生产10000AH的锂离子电池约耗电3634度。项目达产1800万AH后，年耗电量654万度。本项目达产后，生产10000AH的锂离子电池约耗水14吨，年耗水2.5万吨。三、总平面布置和运输（一）总平面布置原则本项目总平面布置原则：1、满足生产工艺要求，布置合理；2、充分利用厂区地形和现有建筑物，因地制宜节约成本；3、注重风向、朝向，减少环境污染；4、认真做好建筑物防火处理，预防火灾发生，合理布置消防设施，按建筑设计防火规范确定建筑物之间的距离；5、认真处理噪音、污水和有
6、害气体，创造良好的工作环境，确保职工身心健康；6、合理布置内外运输路线，保证人流物流顺畅；7、重视节约土地，布置紧凑合理；8、考虑建筑群体组合，注重艺术效果。（二）厂内外运输方案本项目所在的经济开发区有高速公路、铁路等众多公路、铁路穿过，公路、铁路运输便利，原材料和货物主要通过公路、铁路运输。此外，经济开发区建有国际集装箱堆场和公共型保税仓库，内设海关、检验检疫等机构，进出口货物可直接在经济开发区实现通关。项目内道路系统设置合理，项目内道路宽敞，方便货车高效进出。（三）仓储方案本项目原材料和成品仓库与电池组装线相连，便于原料提取、配送和产品存储。仓储流程如下：货物入库时，应填写完入库单后，由仓
7、储管理员检查核对货物和入库单，在无误的情况下安排货物入库，并登记入库明细账、库存台账，未入库货物分配货位，并管理仓库中的货物。货物出库时，仓储管理员必须仔细检查库存台账，看出库单上的货物是否有足够库存、分别在哪些货架上，在无误的情况下安排货物出库，并登记出库明细账、库存台账。管理员的日常管理任务还包括整理货位、定期向客户提交入库明细报表、库存报表、汇总报表等。(四）占地面积及分析本项目占地50亩。其中，厂房占地面积11800平方米，占比35.4%；办公区和生活区占总面积的9.0%，绿化占比28.5%，道路占比27.0%，具体明细如下表：编号土建项目占地面积(平方米)占比1电池线厂房580017
8、.4%2设备厂房30009.0%3PACK厂房30009.0%4办公楼15004.5%5食堂及宿舍15004.5%6绿化950028.5%7道路900027.0%8合计33300100.0%四、土建工程（一）主要建、构筑物的建筑特征及结构设计1、设计原则本项目建筑物设计遵循“适用、坚固、经济、美观”及技术先进的基本原则，在满足工艺要求的前提下，力求做到内部空间分区合理，联系顺畅，有足够的使用空间，有良好的通风、采光、防潮、劳动安全措施，改善工人的劳动条件，提高劳动效率。建筑方案力求做到经济合理，体型简洁大方，适应当地环境。合理利用现有建筑，最大限度降低工程造价。2、遵循的规范、规程GBJ9-8
9、7建筑结构荷载规范GBJ11-89建筑抗震设计规范GBJ7-89建筑地基基础设计规范GBJ10-89混泥土结构设计规范GBJ3-88砌块结构设计规范GB50176-93民用建筑热工设计规范GB50033-81工业企业采光设计标准TJ37-79工业建筑地面设计规范TJ36-79工业企业设计卫生标准GBJ16-87建筑设计防火规范3、建筑设计（1）生产类别：车间设计为B类，其他为C类。（2）采光标准：车间采光设计为-级，以自然采光为主，辅助以人工照明；为保障车间内的洁净度，采用中央净化空调送风。（3）卫生及安全：车间内适当位置设置办公、休息室，通道内及室外设置消防栓，车间内设置可移动消防器材，设立
10、消防通道，增加生产人员疏散门。（4）环境保护：车间内对有害气体发生的部位，加装排气系统，排出的气体经无害处理后高空排放。对有噪音的地方要进行隔音减震处理，为操作人员设置隔音操作室和值班室。（二）特殊基础工程的设计本项目无特殊基础工程。（三）建筑材料本项目土建工程主要是钢结构和砖混结构，所需建筑材料主要有钢材、水泥、木材、黄沙和石子等。主要建筑材料一览表序号建筑材料主要指标1钢材Q235-AF2焊条E4301、E43133水泥325#水泥4钢筋、级钢筋5砌体加气砖、水泥砖、M5砂浆6木材当地现有7混凝土垫层C10，基础、梁、板、柱C208石子当地现有9黄沙当地现有五、其他工程（一）给排水工程本项
11、目用水由经济开发区统一供水，水量、水压均能满足生产生活的要求。厂区仅布置给水支管网。给水管DN100的为钢管，法兰接口，DN 12M Wh寿命里程寿命200,000 公里周期寿命15 年温度工作温度-25 +55C 存储温度-40 +80C 从表1中我们可以看出，对于HEV轿车来说，大电流充放电，长寿命和宽工作温度范围是混合汽车用高功率电池的最重要指标。苏州星恒电源有限公司借助国家汽车重大专项的支持，依托中科院物理所的基础研究支持，经过几年的努力，其生产的车用锂离子蓄电池的电性能基本达到了混合电动车用高功率电池的要求。图2显示的是8Ah混合电动车用高功率电池的20C倍率放电曲线。从图中可以看出
12、，在50SOC下20C放电，其放电深度可以超过75。图2、高功率8Ah电芯50SOC下20C放电性能（75%DOD）作为家用的汽车，在冬天使用时，外界气温降低于0度，低温大电流启动也是一项车用电池的基本性能要求。图3显示的是高功率8Ah锂离子电池的低温倍率特性。在10度的环境中保存24小时以上的电池，在5C放电倍率下，仍能够放出超过3Ah的电能。图3、高功率8Ah电芯低温倍率特性 图4显示的是在极低温情况下的电池的放电特性。图4、极低温放电性能 对于高功率电池而言，其倍率特性是其一个基本的性能要求，但由于锂离子电池体系的特殊性，存在随着时间和使用次数的增加，电池的内阻等会有所增加。那么如何保证
13、即使在寿命终止时，电池的倍率特性仍能满足车用的要求，也就成了一个关键因素。下图显示的是高温55度条件下电芯内阻随着搁置时间的变化情况，可以看出高功率电芯随着高温搁置时间其内阻增加量很少。图5、高温搁置后电芯内阻增加三、车用锂离子电池的安全性锂离子电池的安全性事故是指锂离子电池使用过程中发生爆炸和起火事故，在充电过程中、充电后使用过程中和交通事故引起电池组机械性损坏时均有可能发生。影响锂离子电池安全性的主要因素有电池的电极材料、电解液以及制造工艺和使用条件等。电池滥用时,内部发生的不可控化学反应与放出的热量直接相关，锂离子电池电解液的有机成分为碳酸酯，闪点低，沸点也较低，正极为强氧化性化合物，负
14、极为强还原性化合物，当电池中热量的产生速度大于散热速度时, 就会造成电池内部压力过大引起爆炸，或外壳破裂后与空气接触，因温度高和锂负极的高活泼性引燃起火。一般来说，安全性是和锂离子电池储存的总能量成反比的，电动自行车所用锂离子电池组的重量为34公斤，比手机大了100多倍。电动摩托车用重量1520公斤的锂离子蓄电池，混合电动汽车所用电池组重量在30100公斤，纯电动小轿车将用到300400公斤的蓄电池，至于电动大巴或电动大货车的电池用量将是15002000公斤，更是“手机”的75000100000倍。随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出安全事故的可能性大幅度增加。因此，将锂离
15、子蓄电池做成动力电池，就必须提高其安全性能，单体电池愈大，要求达到的安全性指标也就愈高。如沿用手机电池常用的钴酸锂和石墨作为锂离子动力电池的正负极材料，电池大型化后的安全性将无法得到保障。国内刚开始开展锂离子电池电动车研发时，曾出现若干爆炸和燃烧事故，一个主要的原因是使用通常手机电池采用的钴酸锂做为电池的正极材料。钴酸锂材料的理论比能量超过270mAh/g，但为保证其循环性，实际使用比容量只有理论容量的一半，即140mAh/g左右。在使用过程中发生某些意外的情况下，比如管理系统损坏而导致电池充电电压过高，正极中剩余的一部分锂就会脱出经电解液到负极表面以金属锂的形式沉积，而金属锂的表面电沉积极易
16、形成“枝晶”，从而刺穿隔膜，将正负极短路，引起起火爆炸等安全事故。另外，金属锂非常活泼，熔点也低，在电池温度局部过高或者壳体破损接触空气的情况下易于着火。当时寻找替代钴酸锂的正极材料以解决安全问题是动力型锂离子电池研发人员最优先考虑的问题。我国高功率锂离子电池安全问题在“十五”期间，得到了较好的解决。采用改性锰酸锂材料降低了正极的氧化性，活性锂的含量也比钴酸锂的低。但有关负极、电解液和制造、使用等方面的问题仍需注意，锰酸锂单体电池容量可以大到什么程度也还有争论，日本批量生产的锰酸锂电池单体容量不大，如公开报道的用于东京电力3000辆车的电池为216只13Ah的锰酸锂电池。采用可耐更高温度的新型
17、隔膜和加阻燃剂的电解液也是提高锂离子电池安全性的技术手段。下图显示的是苏州星恒用于燃料电池混合电动轿车的高功率8Ah锰酸锂电池经过各种安全试验后的部分实物照片。 图6 短路试验 图7 挤压试验 图8 针刺试验 图9 高温炉热试验 图10 金属块体挤压应该说，在国家863重大项目的支持下，在包括物理所同事在内的广大兄弟单位的帮助支持下，苏州星恒经过多年的努力，针对使用锰酸锂作为正极材料的8Ah高功率电芯的安全性方面取得了不错的成绩。四、锂离子电池的设计与制造按电池外形分，车用锂离子电池芯可以分为圆柱和方形(包括软包装型)两种类型，圆柱形锂离子电池内部极组为卷绕式，壳盖间采用塑料密封胶卷，以机械方
18、式进行卷边压缩密封，电池盖子是一个组合件，具有多种保护功能，其中有在内压过高时自动破裂的安全阀和压力过高时断路保护机构。方形锂离子电池内部极组可为卷绕式或叠层式，目前的商品电池均采用卷绕式为主，方形电池采用激光焊接，实现了壳盖一体化，壳或盖上有内压过高时自动破裂的安全阀。国外企业前几年公布的动力锂离子电池一般采用卷绕方式，但基于卷绕的锂离子动力电池工艺有致命的弱点，卷绕式电池芯内的极片和隔膜在电池充放电过程中受到的局部应力非常不一致，在小电池因其直径小应力影响不是很大，但对于体积大10倍以上的动力电池，则易于出现极片断裂和其他问题。叠片式生产工艺可采用极片包膜工艺以解决卷绕式电芯在高温下经常遇
19、到的因隔膜收缩而导致的短路问题，从电池的散热角度讲也是更为合理的设计。根据最近公开的信息，日本最新的电动汽车用锂离子电池即采用锰酸锂正极材料和叠片式结构。 电池的制造涉及材料筛选和评价、极片制造、电芯制造和电池组装配等一系列流程，制造过程直接关系到对电池的一致性、安全性。电极材料的好坏直接决定了电芯所能达到的性能极限，需要组装扣式电池测量电极材料的比容量、首次效率、循环性等电化学性能，并对电极材料的粒度、比表面、的表面微观形貌、晶相、成分及振实密度等进行全面分析。电极的质量直接关系到电芯的质量，正负极片的制备主要包括制浆工艺、涂膜工艺、干燥压光等工艺过程。这些工艺过程主要影响浆料的涂布特性、材料在集流体上的附着是否牢固、正负极片的厚度及均匀性、极片的孔隙率及压实密度等性能，近年来，国内大型涂布机、滚压机等关键设备的开发成功为锂离子动力电池产业的发展奠定了坚实的基础，目前好的厂家极片重量误差可小于1，厚度误差小于5mm。电池的制造涉及多方面因素，锂离子动力电池的生产对工艺、装备和管理等诸方面提出了更高的要求。五、结语：电动汽车产业发展的迫切需要高功率动力