Приложение 1 к Тендерной документации ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Приложение 1
к Тендерной документации
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
ЛОТ №1 «Определение оптимальных условий синтеза спрей-пиролизным методом
лития фосфат железа (LiFePO4)».
1. Исходные данные для оказания услуги
В связи с развитием направления «Энергетика», являющейся одной из приоритетных
в развитии Республики Казахстан, возникает потребность в обеспечении экономики и
промышленности надежными аккумуляторами для возобновляемой энергетики,
автотранспорта, электрических сетей.
Создание собственного производства LiFePO4 из казахстанского сырья является
весьма перспективным, учитывая высокую востребованность данного материала на
мировом рынке литиевых аккумуляторов, который к 2020 г. прогнозируется достичь более
70 млрд долларов США.
Существующие (коммерческие) катодные материалы (LiCoO2, LiNiO2 и др.) имеют
высокую стоимость и токсичны. LiFePO4 является наиболее перспективным катодным
материалом с низкой стоимостью, превосходными эксплуатационными характеристиками,
а также очень низкой токсичностью. Стоимость одного килограмма LiCoO2 составляет 3040 USD/кг, в то время как LiFePO4 стоит в среднем 16-20 USD /кг.
Цель проекта заключается в определении оптимальных условий синтеза лития
фосфат железа (LiFePO4) спрей-пиролизным методом.
Для выполнения данной задачи Заказчик предоставит Исполнителю исходный
материал (литий карбонат) производства АО «НАК «Казатомпром» для синтеза лития
фосфат железа (LiFePO4). Полученные электрохимические данные будут использованы
для оптимизации условий синтеза материалов и технологических параметров. В
результате будет получена и проанализирована зависимость между параметрами процесса
и свойствами нанокомпозитного катода. Анализ и использование экспериментальных
данных позволят синтезировать катодный материал с высокой энергетической плотностью
с использованием соли лития (литий карбонат) производства АО «НАК «Казатомпром».
-
2. Исполнитель должен представить в рамках выполнения договора:




Определить оптимальные условия синтеза спрей-пиролизным методом фосфатa лития
железа LiFePO4 с использованием соли лития (литий карбонат) производства АО «НАК
«Казатомпром». Исследовать влияние условий эксперимента на синтез катодных
материалов: температурный режим, соотношение исходных прекурсоров, скорость подачи
материала.
Исследовать кристаллическую структуру, химический состав полученных материалов
сканирующим электронным микроскопом (FE-SEM), работающим при потенциале 15 кВ,
и рентгеновской дифракции (РД). Анализировать химический состав с помощью
элементного анализатора (CHNS-анализатор).
Тестировать гальваностатически электрохимические свойства синтезированных спрейпиролизным методом катодных материалов на многоканальном тестере аккумуляторных
батарей (ARBIN, США или аналогичном) между 3,2 и 4,3 V относительно Li+/Li электродa
при плотности тока 100 мА г-1
Представить синтезированный катодный материал на основе продукции АО «НАК
«Казатомпром» со следующими техническими характеристиками:
- Чистота катодного материала не менее 98%
- Размер частиц синтезированных катодных материалов в пределах 1-30 µм,
- Энергетическая емкость катодного материала после первого цикла ≥ 80% от
теоретически возможного,
- Сохранение емкости катодного материала после 100 циклов при 0,5 С ≥ 80% (1 C = 171
мАч),
- Циклирование (зарядка/разрядка) литиевого аккумулятора с катодным материалом не
менее 500 циклов при плотности тока не менее 3 C.
3. Перечень научно-технической и другой документации, предъявляемой по
окончании работ
Итоговая документация должна быть представлена в виде отчета, содержащего:
 Определение оптимальных условий синтеза спрей-пиролизным методом лития
фосфат железа (LiFePO4) с использованием соли лития (литий карбонат)
производства АО «НАК «Казатомпром»
 Исследование
кристаллической
структуры,
химического
состава
и
электрохимических свойств полученных материалов.
 Расчет доли местного содержания в работах.
Сроки выполнения работ: 6 календарных месяцев
Порядок оплаты: предоплата 50%, по факту выполненных работ 50%
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
ЛОТ № 2 «Изготовление экспериментальных образцов литиевых элементов на
основе казахстанского сырья и их тестирование».
1. Исходные данные для оказания услуги
Стоимость катода в современной литий-ионной батарее превышает 30% от общей
стоимости батареи. По сравнению с коммерческими анодными материалами (в основном
на основе графита), катодные материалы являются "слабым звеном", т.к. больше
подвержены деградации при эксплуатации и хранении батареи. В связи с этим, работы по
повышению устойчивой работы катодных материалов является критичными для
обеспечения экономики и промышленности надежными аккумуляторами - и в случае
возобновляемой энергетики, и в экологическом транспорте на электричестве. LiFePO4
является наиболее перспективным катодным материалом с низкой стоимостью,
превосходными эксплуатационными характеристиками, а также очень низкой
токсичностью. Создание собственного производства LiFePO4 из казахстанского сырья
является весьма перспективным, учитывая высокую востребованность данного материала
на мировом рынке литиевых аккумуляторов, который к 2020 г. прогнозируется достичь
более 70 млрд долларов США.
Цель проекта заключается в изготовлении экспериментальных образцов литиевых
элементов на основе казахстанского сырья и их тестирование.
Необходимо разработать простые и надежные новые методы получения катодных
материалов, а также оптимизировать существующие технологии их получения, которые
обеспечат низкую себестоимость полученных материалов. Предоставить научнотехнические рекомендации для создания опытно-промышленного участка синтеза
катодных материалов на основе продукции АО «НАК «Казатомпром».
-
2. Исполнительдолжен представить в рамках выполнения договора:

Изготовить экспериментальные образцы литиевых элементов на основе
казахстанского сырья и протестировать их.
 Масштабировать полученные материалы. Синтезировать оптимизированные в
лабораторных условиях увеличенное количество (производительность до 10 г за
один период) материалов. Изучить их электрохимические свойства с помощью
многоканального
потенциостат-гальваностата,
способного
одновременно
тестировать циклическую вольтамаграмму, проводить кратковременное титрование
(intermittent titration), импедансную спектроскопию. Проведение циклической
вольтамаграммы при скорости сканирования 0.1 мВ/с, и напряжении 2.5 – 4.2 В,
перменнотоковойимпедансной спектроскопии при 1МГц – 0.01Гц с амплитудой
5мВ.
 Разработать научные рекомендации по созданию опытно-промышленного участка
по изготовлению экспериментальных образцов литиевых элементов на основе
казахстанского сырья.
 Предоставить
модельную
батарею
пуговичного
типас
полной
функциональностью (циклируемость не менее 100 циклов при токе 1 С),
имеющий следующий состав:
Положительный
электрод:
активный
материал,
ацетиленовая
сажа,
поливинилиденфторид с массовом соотношении 80:10:10
- Сепаратор: микропористая полипропиленовая мембрана
- Электролит: 1М LiPF6 в смеси этиленкарбоната и диметилкарбоната или другие
органичесие растворители
- Отрицательный электрод: металлический литий или графит
- Корпус батарей: нержавеющяя сталь
3. Перечень научно-технической и другой документации, предъявляемой по
окончании работ
Итоговая документация должна быть представлена в виде отчета, содержащего:
 Результаты синтеза катодных материалов и их характеристики (кристаллическая
структура, химический состав);
 Результаты тестирования электрохимических свойств литиевых аккумуляторов с
полученными катодными материалами: циклируемость, циклическая
вольтамметрия, комбинированных с перменнотоковой импедансной спектроскопии
при указанных выше условиях;
 Научные рекомендации по созданию опытно-промышленного участка синтеза
катодных материалов на основе продукции АО «НАК «Казатомпром».
 Расчет доли местного содержания в работах.
Сроки выполнения работ: 6 календарных месяцев
Порядок оплаты: предоплата 50%, по факту выполненных работ 50%
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
ЛОТ №3 «Изготовление катода для литий-ионных аккумуляторов»
3. Исходные данные для оказания услуги
Истощение запасов традиционных источников энергии – горючего топлива
(углеводородного сырья) приводит к необходимости поиска, разработки и использования
энергии других, возобновляемых и долговечных источников таких, как солнечная энергия,
энергия ветра, гидроэнергетика и атомная энергетика.
Казахстан имеет огромный потенциал и ресурсы возобновляемых источников
энергии, в частности ветровой и солнечной. Правительство Республики Казахстан
поддерживает и поощряет развитие и инвестирование в данном направлении. Закон "О
поддержке использования возобновляемых источников энергии" (4 июня 2009 г.) был
принят с целью обеспечения поддержки и предоставления преференций для развития
возобновляемой энергетики в Казахстане.
Главной проблемой, ограничивающей широкое применение возобновляемых
источников энергии, являются системы хранения энергии, которые позволят
подсоединение к энергосистемам возобновляемых источников и обеспечат высокое
качество поставляемой энергии (постоянная нагрузка, стабильные электрический ток и
мощность).
Однако развитие данного сектора сдерживается в том числе и отсутствием
высокоемкостных аккумуляторов.
В настоящее время для целей возобновляемой
энергетики в основном используются свинцово-кислотные аккумуляторы, однако они
имеют очень низкую энергетическую плотность и содержат токсичные (свинец) и опасные
(серная кислота) материалы. Устойчивое развитие возобновляемых источников энергии
требует разработки безопасных и экологически чистых аккумуляторных батарей с
высокой энергетической емкостью и низкой себестоимостью. Литий-ионные
аккумуляторы, благодаря их высокой энергетической плотности, стабильности и
длительности зарядно-разрядного циклирования, являются наиболее перспективными
источниками и для нужд нетрадиционной энергетики.
В
настоящее
время
выпускается 5
разновидности
литий
ионных
аккумуляторов, использующие разные катоды LiCoO2 , LiFePO4; LiMn2O4 , LiMnPO4 и
LiCoPO4. Токсичность, высокая стоимость и вопросы безопасности катодов на основе
кобальта в коммерческих литий-ионных батареях уже ограничивают их широкое
применение для крупногабаритных систем хранения энергии, например, в
возобновляемой энергетике, в системах резервного питания жилья и предприятий.
Остальные катодные материалы разработаны относительно недавно.
Ранее по заданиям АО НАК Казатомпром проводились работы по обобщению
достижений в области аккумулирования энергии, включая электрохимический способ
и место и роль в этом литий ионных аккумуляторов, а также работы по
совершенствованию синтеза и создания полимерных электролитов и катодного
материала для литий ионного аккумулятора. Наиболее перспективным материалом
для катода при использовании в относительно крупных источниках в настоящее
время является LiFePO4, как потенциально более мощный, безопасный
и
энергоемкий.
Данная работа является продолжением НИР, проведенных по заданиям АО НАК
Казатомпром.
Цель проекта заключается в разработке и создании опытного образца литий
ионных аккумуляторов для солнечных модулей компании AstanaSolar на основе сырья
Казахстана.
4. Исполнитель должен представить в рамках выполнения договора:
Выполняемые НИР должны быть обеспечены реализацией всех требований к
организации и выполнению НИР, предъявляемых в стандарте АО «НАК «Казатомпром»
СТ АО 38229886-01-2005 «Порядок организации и выполнения научно-исследовательских
работ».
НИР должна выполняться с использованием современной материальнотехнической базы научного оборудования и методик, разработанных или освоенных, и
обеспечивать получение актуальных результатов на мировом уровне. В исследованиях
должно быть обеспечено использование передовых современных аналитических
приборов, эффективных методов измерений, соответствие нормативно-правовой
документации РК, принятым инструкциям и правилам эксплуатации.
Все разработанные технологии должны быть апробированы в специально
оборудованной технологической лаборатории
Все испытания должны быть проведены с обеспечением безопасности для жизни и
здоровья людей и охраны окружающей среды, совместимости и взаимозаменяемости.
На основании проведенных ОПИ должны быть подготовлены предварительные
ТЭО, показывающие экономический эффект от внедрения разработанных технологий.
Вся интеллектуальная собственность, возникшая в результате выполнения НИР,
должна быть оформлена и защищена соответствующими документами.
Для выполнения НИР потенциальный исполнитель должен быть обеспечен
наличием:

соответствующих лицензий на проведение данного вида работ;

возможности организации выполнения проектно-конструкторских работ

квалифицированных специалистов, имеющих ученые степени кандидатов и
докторов наук;

возможности интегрирования разработок в системы АСУТП предприятий;

возможности оформления охранных документов и патентов.
На заключительном этапе выполнения НИР должна быть предоставлена
Программа мероприятий внедрения разработанных технологий и оборудования на
предприятиях АО «НАК «Казатомпром».
Возникшие в ходе выполнения исследований права на объекты ИС должны быть
использованы как нематериальные активы для внесения в уставной капитал вновь
создаваемых совместных предприятий.
3. Перечень научно-технической и другой документации, предъявляемой по
окончании работ
На ежегодной основе выполнение НИР планируется проводить в два этапа:
- после выполнения первого этапа работ Оператор ПНТИР на 2014-2016гг. (далее –
Программа) представит Заказчику на рассмотрение и утверждение промежуточный отчет о
выполнении НИР для актирования выполненного объема работ после прохождения процедуры
приемки результатов НИР;
- после выполнения второго этапа работ Оператор Программы представит Заказчику на
рассмотрение и утверждение годовой отчет о выполнении НИР для актирования выполненного
объема работ после прохождения процедуры приемки результатов НИР.
По завершении работ по Программе Оператор представит Заказчику на рассмотрение и
утверждение заключительный отчет для актирования выполненного объема работ после
прохождения процедуры приемки результатов НИР.
Годовой отчет 2014 года должен содержать следующую научно-техническую и
другую документацию:
 Акт лабораторных испытаний катода литий-ионного аккумулятора.
 Техническую документацию на способ получения катодного материала
 Расчет доли местного содержания в работах.
Сроки выполнения работ: 6 календарных месяцев
Порядок оплаты: предоплата 50%, по факту выполненных работ 50%