年产10000吨锂电池正极材料技术改造二期项目可行性研究报告
思瀚产业研究院    2022-12-08

【项目名称】

项目名称：10000t/a 锂电池正极材料技术改造项目（二期）

主办单位：湖南海利锂电科技有限公司

项目建设地址：湖南省长沙市高新技术开发区新材料产业区

项目性质：新建项目

【项目提出的背景】

1、锂电池具有广泛的用途和良好的市场前景

受制于有限的化石能源以及全球气候变暖所带来的压力，世界各国都 将节能减排及发展新能源产业纳入了国家的发展战略。大力发展储能设施 与新能源汽车是国际社会应对能源短缺、环境污染和气候变暖等问题采取的共同措施。

我国政府也高度重视节能减排，由此提出了碳达峰和碳中和 目标，将节能减排及发展新能源产业纳入了国家的战略发展计划，大力发 展风光储充等产业。 锂电池取代铅酸电池势在必行。在电池储能技术当中，铅酸电池储能 是最成熟、成本最低的一种，在启动电源、电动自行车和可再生能源的储 能应用领域已使用多年，但由于铅酸电池的能量密度小，循环寿命短，自 放电率高，且存在严重的环境污染问题。

相比较而言，锂电池具有能量密度大、自放电小、工作温度范围宽、使用寿命长、没有环境污染等铅酸电 池无法比拟的优点，是当前充电电池的主流发展方向，被认为是新型动力源的首选。 锂电池电动车市场前景广阔。

电动自行车因其环保、便捷的特性迅速 取代传统自行车成为短途出行的主流方式，随着“双碳”目标的提出，国家加大了对两轮绿色出行的政策扶持，制定了一系列产业政策支持两轮绿 色出行行业的健康快速发展。据不完全统计，目前我国电动自行车的保有 量为 3.25 亿辆，此外，电动自行车的产销量在每年 3000 万辆上下，并以每 年 30%的速度稳定增长，产业也在从高速度开始向高质量转变，搭载锂电池、更富科技含量的智能型两轮电动车将成为一个万亿级的市场，产业升 级的空间十分巨大。另外，随着我国经济的快速发展以及汽车保有量的不 断攀升，国家将新能源汽车产业提升至“十四五”政府产业支持发展的重 点，承载着我国汽车工业实现弯道超车的重要使命。

《新能源汽车产业发 展规划（2021-2035 年）》等产业政策为动力锂电池行业的发展提供了明确、 广阔的市场前景。2020 年我国动力锂电池产量增长至 83.4GWh，同比增长 33.9%。同时，受到碳中和碳达峰政策的影响，中国动力锂电池产量大幅增 长，截止至 2021 年 10 月，中国动力锂电池产量达 159.8GWh，同比增长 250%。从全球电动车市场的整体情况来看，中国电动自行车生产和销售始 终保持着行业领先位置，并且以较高的性价比，占据着国外电动车市场的 重要份额，未来中国电动车的出口量将会进一步提升。

随着各地新国标政 策陆续施行，电动自行车行业将迎来新的“市场蓝海”。 电网储能市场具有巨大的发展空间。碳中和目标的实现需要风电、光 伏等新能源大规模的建设，而新能源发电具有不稳定性、间歇性的问题， 导致弃风、弃光问题普遍存在。储能技术可以实现新能源发电的平滑输出， 能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风 电及光伏发电方便可靠地并入常规电网。锂电池由于功率密度大、体积小、 单个设备投资小、可实现分散式投资等优势，契合可再生能源分布式光伏 的需求，锂电池将成为主流电网储能技术。

自 2014 年以来，我国政府陆续 发布系列政策和指导意见支持储能发展，促进储能电池技术水平不断提高，助力我国储能产业的发展。随着锂电池储能成本不断走低以及储能补贴政 策落实，储能业正以超预期的速度快速发展，在未来能源互联网市场将发 挥重要作用，具有巨大的发展空间。据预测，到 2025 年，全球并网储能系 统容量将激增至 2100 万千瓦。

目前，国内锂电正极材料市场蓬勃发展，但 电站储能用锂电正极材料的市场还处在发展阶段，各大锂电正极材料厂家 均在加快步伐研究电站储能用锂电正极材料，抢占储能领域市场先机。 在电网储能领域，目前尽管锂电池技术已应用于多个储能示范项目， 但在安全性、材料电性能和经济性方面需进一步改进，下一代储能锂电池 将朝着高寿命、低成本、高可靠性方向发展。锂离子电池要想实现在电站 储能领域的应用，材料的安全性、循环性能、倍率性能、产品一致性和价 格是决定性因素。

从安全性能看，锰酸锂和磷酸铁锂的安全性能都较好， 这两种材料都满足电站储能电池安全性的要求，但在其它方面各有优缺点。 根据储能用锂电池的评价标准来判断，锰酸锂和磷酸铁锂是电网储能领域 最有发展前景的正极材料。

随着锰酸锂、三元材料在动力电池、电网储能上应用的拓展，其发展 前景十分广阔，据预测 2025 年国内锰酸锂市场需求量将在 20 万 t/a 以上， 三元材料需求量将达 200 万 t/a 以上，年均增长率在 50%以上，因此锰酸锂、 三元材料在锂离子电池中的应用将有巨大的市场前景。

2、锰酸锂、三元材料具有其他材料无可比拟的优点

锂离子二次电池正极材料是市场容量最大，附加值较高的电池材料， 其生产成本占锂电池池成本的33％，正极材料的发展引领着锂离子电池的 发展，也是决定锂离子电池性能的关键。 目前，锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料以及磷 酸铁锂等。

锰酸锂 、三元材料是近年来被广泛关注的锂离子正极材料之一， 特别是作为锂离子动力电池正极材料已基本确定为今后的发展方向，具有 资源丰富、安全性好、价格低廉、无毒无污染等优点。

尖晶石锰酸锂的主体结构是由氧离子作规则的立方紧密堆积组成，锂 离子和锰离子分别占据在四面体和八面体空隙中，具有Fd3m（No.227）的 空间群，锂离子分布在锰氧八面体周围的三维孔道中，从而保证它在孔道中的迁移，使充放电过程具有良好的循环性能。尖晶石型LiMn2O4 相对于 金属锂的嵌入、脱出，电位在4V 左右。 三元材料体系中，镍、钴、锰是同周期相邻元素，且LiCoO2和LiNiO2 同为α-NaFeO2结构，能以任意比例混合形成固溶体并且保持层状结构不变。

该体系中，材料的物理性能和电化学性能随着过渡金属元素比例的改变而 改变。一般认为，Ni的存在使晶胞参数c和a增大且使c/a减小，有助于提高 容量。Ni2+含量过高时，与Li+的混排导致循环性能恶化。Co能有效稳定三 元材料的层状结构并抑制阳离子混排，提高材料的电子导电性和改善循环 性能，但是Co比例的增大导致a和c减小且c/a增大，容量变低。而Mn的存在 能降低成本和改善材料的结构稳定性和安全性。三元材料的层状结构保持 较好，阳离子混排较少，电化学性能也较为优异。 锰酸锂、三元材料合成过程中都利用到锰元素。

锰的自然资源丰富， 在锂离子电池的大量使用中可以保持低成本。而且锰化合物在电池行业中 使用的历史很长，对锰化合物的处理和回收的经验丰富，不会对环境造成 污染。

锰酸锂、三元材料的放电平台和物理性能非常相似，相容性好，两 种材料可以以任意比例混合，在作为正极材料使用过程中，可以根据成本、 电性能指标要求，按合适的比例搭配使用。由于锰酸锂、三元材料，具有 放电电压较高、原材料资源丰富、成本低、安全性能好、无环境污染、易 制备等优点成为锂离子动力电池正极材料的首选。

3、海利锂电公司具有发展锂电池正极材料的条件

1）资源

湖南是我国有色金属资源大省，锰资源丰富，电解金属锰及锰氧化物 在世界上占有重要地位，特别是湘潭电化的二氧化锰产量为世界最大，因 此在开发生产锰酸锂方面有很好的先天优势，为大力发展高能电池正极材 料产业奠定了坚实的物质基础。

2）技术

湖南海利锂电科技有限公司有一支专门从事锂电池材料研究的队伍， 多年来一直致力于锂电池正极材料和基础锰源材料的研究开发。研发人员 对前驱体锰源材料掺杂的生产工艺、设备及产业化关键技术进行了大量研究开发工作，自主开发了独特的生产工艺和关键设备，采用湿法多元掺杂 技术将金属离子掺杂到锰源材料晶格中，起到固定结构框架和抑制锰溶解 的作用，通过表面改性使制备的锰酸锂材料为致密的规则球形颗粒，表面 规则平整，粒度分布窄，产品品质特别是高温循环性能有了显著提高，可 完全满足动力和大型储能锂电池对锰酸锂正极材料的要求。

公司一直致力于高端动力型锰酸锂及三元材料系列产品的研究开发， 作为锰酸锂全系列产品生产企业，在国内正极材料市场具有较强的影响力， 公司主打产品动力型锰酸锂具有独特的核心技术，通过对锰源材料进行湿 法多元掺杂改性，稳定材料的晶体结构，不仅显著提高了材料的循环性能， 还有效解决了传统锰酸锂前期掉电快的难题。产品主要应用于二轮、物流 电动车、储能等领域，受到客户高度认可。三元材料方面，公司开发的低 钴三元材料 NCM613 具有放电容量高、循环性能和储存性能好、生产成本 低的优点，深受客户青睐，市场竞争优势明显。

【工艺技术方案的比较和选择】

锰酸锂、三元材料的产业化制备方法主要有固相合成法、熔融浸渍法和共沉淀法等，简单比较如下。

（1）固相合成法

最早采用的一种合成方法。原材料锂源常选用 LiOH、Li2CO3、LiNO3 等，锰酸锂的锰源一般选用 MnO2或其他锰氧化物，也有选用 MnCO3、Mn （NO3）2 和草酸锰等，三元材料的锰钴镍源选用锰钴镍三元前驱体。按一 定比例混合原材料，再经过研磨、焙烧甚至中间还得经过多次再研磨、再 焙烧等过程。其合成方法较简单，原材料成本较低，但合成时间较长，产 物均匀性不好，电化学性能较差。

（2）熔融浸渍法

利用熔点较低的 LiNO3（260℃）作为锂源，在 300℃左右进行预处理， 使熔融的 LiNO3 浸渍到 MnO2/三元前驱体的多孔表面，增加反应物分子间 的接触，提高反应效率，降低反应温度，所合成的材料具有较好的电化学 性能。但反应过程中由于 LiNO3的分解会产生 NO2而对环境造成污染，此 外熔融液虽可增加反应物分子间的接触但仍然无法保证反应物在分子水平 上的充分接触，反应过程也会产生副产物。也可采用 LiOH 作为锂源，其熔 点为 460℃。

（3）共沉淀法

通过调整溶液的 pH 值把溶液中的锰离子/锰钴镍离子和锂离子一起沉 淀下来，从而达到锂、锰/锰钴镍能在原子水平上进行充分混合。用乙酸锰/ 锰钴镍混合溶液与 LiOH 反应，氨水调节 pH=7～8，从溶液中共析出 LiOH和 Mn（OH）2/锰钴镍的氢氧化物沉淀物，旋转蒸发除去水得到干凝胶状前 驱体。在这过程中 Mn（OH）2/锰钴镍氢氧化物容易受空气氧化而成为氧化 物而且锂往往沉淀不完全。

利用 KOH 在乙醇溶液中沉淀 LiCl 和 MnCl2/锰 钴镍，可使 LiOH 和 Mn（OH）2/锰钴镍氢氧化物沉淀较完全，但会产生副 产物 KCl，需经水洗把 KCl 洗掉，水洗过程中会破坏材料的结构。 目前工业上生产锰酸锂、三元材料基本上都是采用高温固相法，这种 方法原料来源广，设备可以实现国产化，操作简单，易控制，投资少，成 本低，易于实现工业化。

本项目拟以四氧化三锰、三元前驱体和电池级碳酸锂为原料，采用高 温固相法生产锰酸锂、三元材料的技术路线。

【工艺技术先进性】

（1）锰酸锂技术先进性

海利锂电公司储能用锰酸锂正极材料，项目一期工艺采用的是以硫酸 锰工艺路线制备的四氧化三锰为锰源材料，二次烧结制备而成，海利锂电 不断进行技术改进，二期将锰源材料改为锰片工艺路线制备的四氧化三锰， 通过添加特殊助溶剂，进行金属元素复合掺杂技术，首次引入锰酸锂气氛 烧结概念，将烧结工艺优化为一次梯度速烧工艺，烧结周期由原来的 40h 缩短为 20h，产品生产成本降低了 1800 元/吨。产品首放容量由原来的 100mAh/g 提升到 115mAh/g，能量密度提高了 15%，产品的技术领先优势 得到进一步提升。

（2）三元材料技术先进性

项目二期新产品 NCM613，是一款高性价比的中镍低钴三元材料，由 于钴价格昂贵，三元材料生产成本居高不下，很多电芯厂家迫于成本压力， 都在进行用 NCM613 替代 NCM55 的工艺调整，近几年 NCM613 的市场需 求量将会大幅度提升。海利锂电公司通过不断改进生产条件，优化窑炉气 氛，调整装钵量，深入分析产品形貌对容量的影响，成功制备出 NCM613 产品，公司首次突破了 6 系三元产品的产业化技术壁垒，正式迈入中高镍 三元材料生产行业。产线产品已经通过大客户鹏辉和东来的测试，两家客 户测试的产品容量均在 162mAh/g 以上，产品的循环和高温存储等性能均满足客户要求，测试结果理想。

另外，为快速储备锂电行业先进技术，公司与国内锂电正极材料行业 领军人物、中南大学胡国荣教授团队联合开展无钴镍锰二元正极材料的研 究开发工作，加大锂电公司的前沿技术储能能力，项目二期会兼容无钴镍 锰二元的生产。该技术一经研发成功，将会打破多年来锂电行业四大正极 材料统治天下的局面，为锂电池提供一款新型高容量、低成本、安全无钴 的新型正极材料，推动锂电行业的良性发展。

【工艺设备先进性】

锂电行业发展势头迅猛，锂电正极材料生产设备日新月异，项目二期 在自动化、物流输送、关键设备、生产环境等方面均采用国内先进技术， 保证产品的高质量和高稳定性。

（1）自动化程度

二期项目全程采用自动化生产工艺流程，软件控制生产过程，关键点 均设置设备异常报警装置，与一期相比，消除了人工操作带来的误差，保 证产品的稳定性。

（2）物流输送

二期项目采用正压输送方式，与一期负压输送相比，正压输送可以避 免物料在输送过程中与管道碰撞，导致形貌被破坏的情况，保持正极材料 形貌的完整性，进而保证材料性能的稳定性。

（3）关键设备

二期项目窑炉采用国内先进的双层六列窑炉，与一期项目双层四列相 比，单位长度的窑炉产能提高二分之一。同时，窑炉为全密封设置，前后 端均设有过渡仓，保证物料在烧结过程中的气氛稳定性及气氛中氧含量的 稳定性，进而保证产品质量。

（4）生产环境

二期项目首次在车间内设置新风系统，既能适当降低车间温度，改善 车间操作人员的工作环境，又可以提高车间空气环境的清洁度，避免空气 中的杂质元素进入到物料中，进而保证产品的批次稳定性和电化学稳定性。

1 总论 ............................................................................................................ 1

1.1 概述.................................................................................................... 1

1.2 研究结论..........................................................................................17

2 市场预测分析.........................................................................................23

2.1 产品用途..........................................................................................23

2.2 产业政策环境..................................................................................23

2.3 产品市场分析..................................................................................24

2.4 产品市场分析..................................................................................31

2.5 产品竞争力分析..............................................................................32

2.6 营销策略..........................................................................................35

2.7 产品价格预测..................................................................................35

2.8 主要原辅材料、燃料、动力价格预测..........................................36

3 生产规模和产品方案.............................................................................37

3.1 生产规模..........................................................................................37

3.2 包装方式..........................................................................................37

3.3 生产制度..........................................................................................37

4 工艺技术方案.........................................................................................38

4.1 工艺技术方案的选择......................................................................38

4.2 工艺技术先进性..............................................................................39

4.3 工艺设备先进性..............................................................................40

4.4 工艺流程和消耗定额......................................................................41

4.5 主要设备选择..................................................................................45

4.6 自控技术方案..................................................................................51

4.7 工艺技术及设备风险分析..............................................................53

5 原材料、辅助材料、燃料和动力供应.................................................54

5.1 主要原材料、辅助材料、燃料的种类、规格、年需求量..........54

5.2 主要原辅材料市场分析及供应......................................................54

5.3 水、电、汽和其他动力供应..........................................................54

5.4 水、电、气和其他动力供应方案选择..........................................55

5.5 资源利用合理性分析......................................................................56

6 建厂条件和厂址选择.............................................................................57

6.1 建厂条件..........................................................................................57

6.2 厂址选择..........................................................................................64

7 总图运输、储运、土建、界区内外管网 ............................................67

7.1 总图运输..........................................................................................67

7.2 储运..................................................................................................70

7.3 界区外管网......................................................................................70

7.4 土建..................................................................................................70

8 公用工程方案和辅助生产设施.............................................................72

8.1 公用工程方案..................................................................................72

8.2 辅助生产设施.................................................................................78

9 服务性工程与生活福利设施以及厂外工程 ........................................80

9.1 服务性工程......................................................................................80

9.2 生活福利设施..................................................................................80

9.3 厂外工程..........................................................................................80

10 节能.......................................................................................................81

10.1 编制依据........................................................................................81

10.2 项目用能概况................................................................................82

10.3 能源供应状况................................................................................83

10.4 项目节能分析与措施....................................................................83

10.5 项目能耗指标................................................................................85

10.6 能耗计量与管理............................................................................85

11 节水.......................................................................................................90

11.1 编制依据........................................................................................90

11.2 项目用水概况................................................................................90

11.3 水资源供应情况............................................................................91

11.4 项目节水技术应用与措施............................................................91

11.5 水耗指标及分析............................................................................91

11.6 用水计量和管理............................................................................92

12 消防.......................................................................................................93

12.1 编制原则........................................................................................93

12.2 依托条件........................................................................................93

12.3 工程概述........................................................................................93

12.4 消防设施和措施............................................................................93

12.5 消防设施费用及比例....................................................................97

13 环境保护...............................................................................................98

13.1 环境质量现状................................................................................98

13.2 执行的环境标准与规范................................................................98

13.3 投资项目污染物排放....................................................................99

13.4 环境保护治理措施及方案..........................................................101

13.5 环境保护投资..............................................................................102

13.6 环境影响分析..............................................................................102

14 职业卫生.............................................................................................104

14.1 执行的法律法规、部门规章及标准规范..................................104

14.2 职业病危害因素和职业病分析..................................................105

14.3 采取的职业卫生防护措施..........................................................108

14.4 职业卫生管理机构......................................................................111

14.5 专用投资估算..............................................................................113

14.6 预期效果及建议..........................................................................113

15 安全.....................................................................................................114

15.1 执行的法律法规、部门规章及标准规范..................................114

15.2 生产过程中可能产生的主要危险有害因素分析......................115

15.3 环境危害因素分析......................................................................120

15.4 采取的安全防护措施..................................................................121

15.5 安全管理机构及人员配置..........................................................124

15.6 专用投资估算..............................................................................124

15.7 预期效果分析..............................................................................124

16 抗震.....................................................................................................125

16.1 编制依据......................................................................................125

16.2 工程地质地震灾害的概况..........................................................125

16.3 抗震设防主要参数......................................................................126

16.4 抗震设计原则及措施..................................................................126

17 组织机构与人力资源配置.................................................................133

17.1 企业管理体制及组织机构设置..................................................133

17.2 生产班制和人力资源配制..........................................................134

17.3 人员来源、培训和安置..............................................................135

18 项目实施计划.....................................................................................137

18.1 项目组织与管理..........................................................................137

18.2 实施进度计划..............................................................................137

18.3 项目招投标..................................................................................137

19 投资估算.............................................................................................141

19.1 投资估算编制说明......................................................................141

19.2 投资估算编制依据和说明..........................................................141

19.3 投资估算说明..............................................................................141

19.4 建设投资估算..............................................................................143

19.5 建设期利息计算..........................................................................146

19.6 固定资产投资估算......................................................................146

19.7 流动资金估算..............................................................................146

19.8 项目报批总投资..........................................................................147

19.9 总投资估算..................................................................................147

20 资金筹措.............................................................................................148

20.1 资金来源......................................................................................148

20.2 资金使用计划..............................................................................148

21 财务分析.............................................................................................149

21.1 产品成本和费用估算..................................................................149

21.2 营业收入和税金估算..................................................................150

21.3 财务分析......................................................................................151

21.4 财务评价结论..............................................................................152

22 风险分析.............................................................................................153

22.1 风险因素的识别..........................................................................153

22.2 风险程度的设计..........................................................................153

22.3 研究提出风险对策......................................................................154

22.4 风险分析结果的反馈..................................................................156

22.5 编制风险与对策汇总表..............................................................158

23 研究结论.............................................................................................159

23.1 综合评价......................................................................................159

23.2 研究报告的结论..........................................................................161

23.3 存在的主要问题和建议..............................................................161

此报告为正式报告摘取部分。需编制政府立项、银行贷款、投资决策等用途可行性研究报告咨询思瀚产业研究院。

来源： 思瀚产业研究院 海利锂电