鉅大LARGE | 點擊量：785次 | 2018年11月28日
鋰離子電池材料標準發(fā)展現(xiàn)狀研究
本文介紹了國內(nèi)鋰離子電池材料標準的現(xiàn)狀，并結合不同類別的鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況對現(xiàn)有標準進行了分析討論，歸納了目前國內(nèi)鋰離子電池材料標準存在的問題，并對今后的標準化工作提出了建議。
1引言
隨著近幾年新能源、新材料以及新能源汽車的快速發(fā)展，鋰離子電池在高新技術領域的應用日漸廣闊，極大地促進了鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2010年，我國自主開發(fā)的電池級碳酸鋰生產(chǎn)規(guī)模已近1萬噸，正極材料鈷酸鋰產(chǎn)量超過1.5萬噸；鎳鈷錳三元正極材料以及錳酸鋰的生產(chǎn)和銷售也取得新進展；磷酸鐵鋰正極材料也已投入使用；六氟磷酸鋰電解質(zhì)材料成功開發(fā)，并已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
我國在電池材料生產(chǎn)這一環(huán)節(jié)中無論是上游的礦產(chǎn)資源，還是各種電池材料均存在著比較優(yōu)勢，并且部分產(chǎn)品已經(jīng)處于世界領先地位。隨著我國鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國鋰離子電池材料標準體系也隨之發(fā)展起來。本文主要針對鋰離子電池材料中的四大關鍵材料：正極材料、負極材料、電解液、隔膜以及上游原材料標準進行了分析。
2鋰離子電池材料標準
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
近年來，由于節(jié)能環(huán)保的需要以及大型動力鋰電池技術的進步，使鋰離子電池在電動汽車、電動自行車、電動工具和儲能等領域展現(xiàn)出巨大的應用前景，也給鋰離子電池材料企業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機遇。隨著鋰電池的廣泛應用，我國及時開展了鋰離子電池材料的標準化工作，我國已有各種鋰離子電池材料標準15項，而在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)處于世界領先地位的日本和韓國，以及作為鋰離子電池生產(chǎn)或消費大戶的歐美國家，還沒有鋰離子電池材料國家標準出臺，只有部分企業(yè)標準?？梢哉f，在鋰離子電池材料標準的制定方面，我國走在了世界的前列。
目前，除電池隔膜外，我國在鋰離子電池材料產(chǎn)品如正極材料、負極材料、電解液和相關檢測方法領域，均制定了部分標準。對鋰離子電池材料的上游原材料產(chǎn)品如碳酸鋰、氟化鋰、四氧化三鈷等也制定了相應的標準，在一定程度上滿足了生產(chǎn)商和用戶的需求。已制定的鋰離子電池材料相關標準詳見表1。
表1國內(nèi)鋰離子電池材料標準
近年來，每年都有鋰電池材料產(chǎn)品或分析方法標準發(fā)布實施，企業(yè)參與標準起草的積極性也越來越高。2009年陸續(xù)完成多項鋰電池材料產(chǎn)品和相關檢測方法標準的制修訂工作，如：GB/T26031-2010、GB/T23365-2009、GB/T23366-2009等，同時完成了GB/T20252-2006《鈷酸鋰》的英文出版；2011年至今陸續(xù)開展電池級碳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰等標準制修訂工作，我國擬制修訂電池材料標準詳見表2。這些標準的制定實施，將逐步完善鋰離子電池材料標準系列，提升鋰離子電池行業(yè)的整體技術水平和競爭力。
表2國內(nèi)擬制修訂鋰離子電池材料標準
3鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)和標準分析
目前鋰離子電池中正極材料、負極材料、電解液、隔膜這4個部分總共占到鋰離子電池成本的85%。鋰離子電池價格的“居高不下”，很大程度上是由于電池材料行業(yè)還沒有形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，批量少、生產(chǎn)裝備科技含量低，并且部分標準缺失，導致鋰離子電池材料產(chǎn)品評價條件不一，品質(zhì)參差不齊，技術門檻低，整個行業(yè)較為混亂，制約了其發(fā)展。
目前，國內(nèi)已制定的鋰離子電池材料相關標準共15項，均為推薦性標準。其構成較為復雜：既有國家標準，又有行業(yè)標準，而且涉及產(chǎn)品面非常廣；既有在正、負極材料和電解液材料的產(chǎn)品標準，又有上游原材料如碳酸鋰、氟化鋰等產(chǎn)品標準；既有產(chǎn)品規(guī)范，又有產(chǎn)品的分析、測試方法。標準的具體適用范圍和規(guī)定內(nèi)容詳見表3。
表3鋰離子電池材料標準的適用范圍和規(guī)定內(nèi)容
3.1上游原材料
我國現(xiàn)有鋰電池材料上游原材料標準6項，其中5項為產(chǎn)品標準，分別為GB/T26008-2010《電池級單水氫氧化鋰》、YS/T661-2007《電池級氟化鋰》、YS/T582-2006《電池級碳酸鋰》、YS/T633-2007《四氧化三鈷》和HG/T4066-2008《六氟磷酸鋰和六氟磷酸鋰電解液第1部分：六氟磷酸鋰》，標準規(guī)定了產(chǎn)品的要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志、運輸、貯存等內(nèi)容。還有1項標準GB/T19282-2003為六氟磷酸鋰產(chǎn)品的分析方法。
電池級單水氫氧化鋰和電池級碳酸鋰可以作為生產(chǎn)正極材料和電解質(zhì)鹽六氟磷酸鋰的鋰源，四氧化三鈷用以生產(chǎn)正極材料，電池級氟化鋰主要用于生產(chǎn)電池級六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰是生產(chǎn)電解液的主要原材料，其占電解液成本的50%左右，目前全球范圍內(nèi)只有中國、日本實現(xiàn)了六氟磷酸鋰產(chǎn)業(yè)化。由于生產(chǎn)技術難度非常高，在國際上主要由關東電化學工業(yè)、SUTERAKEMIFA、森田化學等幾家日本企業(yè)壟斷。國內(nèi)只有金光高科、天津化工設計研究院、天津金牛等少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)，且產(chǎn)能較少，品質(zhì)與國外也存在很大差距。
雖然國內(nèi)六氟磷酸鋰的生產(chǎn)技術還在發(fā)展中，但企業(yè)較早地開展了相關標準的制定工作，2003年就發(fā)布了GB/T19282-2003《六氟磷酸鋰產(chǎn)品分析方法》。該標準規(guī)定了產(chǎn)品中六氟磷酸鋰的鑒別、六氟磷酸根、水分、鋰含量、雜質(zhì)金屬離子、二甲氧基乙烷不溶物的測定的分析方法。2008年發(fā)布的化工行業(yè)標準HG/T4066-2008《六氟磷酸鋰和六氟磷酸鋰電解液第1部分：六氟磷酸鋰》規(guī)定了六氟磷酸鋰的各化學成分含量要求及其試驗方法、產(chǎn)品檢驗規(guī)則和標志、標簽、包裝、貯存、運輸?shù)葍?nèi)容，規(guī)范了國內(nèi)電解質(zhì)鹽市場。
隨著技術的快速發(fā)展，對電池級碳酸鋰材料的性能指標要求也在提高。目前，YS/T582-2006《電池級碳酸鋰》標準正在修訂中，以滿足當前電池材料市場的需要。由于磷酸鐵鋰電池在動力領域的應用優(yōu)勢逐漸凸顯，我國也開始制定磷酸鐵鋰正極材料所需原材料《電池級磷酸二氫鋰》標準的制定。
3.2正極材料
常用的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰三元材料和磷酸鐵鋰，現(xiàn)均已實現(xiàn)市場化。2011年國內(nèi)電池正極材料的產(chǎn)量達到2.9萬噸，其中鈷酸鋰仍是主要的鋰離子電池正極材料。目前國內(nèi)制定的正極材料標準共有7項，其中與鈷酸鋰相關的標準就占了5項。
早在2006年就發(fā)布了鈷酸鋰產(chǎn)品標準GB/T20252-2006《鈷酸鋰》，對鈷酸鋰的化學成分、晶體結構、振實密度、粒度分布、比表面積、pH值、首次放電比容量、首次充放電效率、平臺容量比率、循環(huán)壽命和產(chǎn)品的檢驗規(guī)則等進行了規(guī)定。2009年又發(fā)布了鈷酸鋰產(chǎn)品電化學測試方法標準兩項（GB/T23365-2009和GB/T23366-2009）和化學分析方法兩項（GB/T23367.1-2009和GB/T23367.2-2009），規(guī)定了鈷酸鋰首次放電比容量、首次充放電效率、放電平臺容量比率、循環(huán)壽命的測試方法，同時規(guī)定了鈷酸鋰中鈷、鋰、鎳、錳、鎂、鋁、鐵、鈉、鈣、銅含量的測定方法。
另外兩項產(chǎn)品標準YS/T677-2008《錳酸鋰》和GB/T26031-2010《鎳酸鋰》對正極材料的化學成分（包括主元素含量范圍和雜質(zhì)元素含量限制）、晶體結構、振實密度、粒度分布、比表面積、pH值、首次放電比容量、首次充放電效率、平臺容量比率和循環(huán)壽命等做了具體要求。
從上述標準可以看出，目前受市場熱捧的磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰三元材料還沒有現(xiàn)行國家或行業(yè)標準可以參考，但全國有色金屬標準化技術委員會已對相關標準進行了立項，《磷酸鐵鋰》、《鎳鈷錳酸鋰》和《鎳鈷錳酸鋰化學分析方法》等標準也有望于近期發(fā)布。
3.3負極材料
最常見的負極材料為碳基負極材料，如人工石墨、天然石墨等，目前國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)批量生產(chǎn)，并且大多擁有自主知識產(chǎn)權。
2009年由國內(nèi)生產(chǎn)碳負極材料的龍頭企業(yè)——深圳貝特瑞公司主導起草的GB/T24533-2009《鋰離子電池石墨類負極材料》正式發(fā)布。該標準涵蓋了市場上常見的碳基負極材料：天然石墨、人造石墨（包括中間相碳微球類、針狀焦類和石油焦類人造石墨）以及復合石墨，建立了鋰離子電池石墨類負極材料產(chǎn)品的性能指標體系，根據(jù)性能將產(chǎn)品劃分為3個等級，對每個等級建立相應的評價方法和檢驗規(guī)則，統(tǒng)一相關檢測設備及檢測方法。
3.4電解液
電解液號稱鋰電池的“血液”，市場主要集中于日本宇部公司和韓國ECOPRO公司，這兩家大約占全球市場份額的50%。國產(chǎn)電解液是從2002年進入市場并逐步取代進口產(chǎn)品的，通過不斷改進和提高，產(chǎn)品質(zhì)量已達到國際先進水平。目前國內(nèi)電池生產(chǎn)商電解液配套已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，只有少部分使用進口電解液。國內(nèi)生產(chǎn)電解液的主要廠家有國泰榮華、天津金牛、東莞杉杉、珠海賽緯電子、廣州天賜、深圳新宙邦等10余家，年生產(chǎn)能力都在千噸級以上，涉及高、中、低端各個市場，可滿足我國鋰離子電池生產(chǎn)的需要，并有部分出口。
在我國電解液市場迅速發(fā)展壯大的背景下，2008年由天津化工設計研究院和天津金牛電源材料有限責任公司起草的化工行業(yè)標準HG/T4067-2008《六氟磷酸鋰和六氟磷酸鋰電解液第2部分：六氟磷酸鋰電解液》發(fā)布。該標準對六氟磷酸鋰電解液進行了規(guī)定，其評價指標主要為色度、密度、電導率以及水分、游離酸、硫酸鹽、氯化物、鐵、鉀、鈉的含量，并給出了相應的試驗方法。
3.5隔膜
隔膜是鋰離子電池材料中技術含量最高的高附加值材料，隔膜的性能優(yōu)劣，直接影響電池的容量、壽命及安全性能。國內(nèi)只有星源材質(zhì)、金輝高科等少數(shù)幾家公司能夠批量生產(chǎn)，且僅能用于中低端市場。國外企業(yè)：日本Asahi（旭化成工業(yè)株式會社）、Tonen(東燃化學株式會社)、韓國SK公司、美國Celgard公司以及英國N-Tech公司等國際巨頭基本壟斷了全球市場。
正是因為國內(nèi)隔膜產(chǎn)業(yè)的弱勢地位，間接導致我國隔膜相關標準的缺失。目前，國產(chǎn)隔膜相比國外隔膜的主要差距在于國產(chǎn)的一致性較差，導致電池質(zhì)量不穩(wěn)定。我國應盡快制定隔膜標準來規(guī)范制備工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，以充分發(fā)揮標準對技術和產(chǎn)業(yè)的引領作用。
4鋰離子電池材料標準的問題與建議
國內(nèi)鋰離子電池標準的問題可以歸結為以下幾點。
（1）標準總體數(shù)量較少
目前鋰離子電池材料的國家和行業(yè)標準較少，且全部為推薦性標準，缺乏強制性標準，致使現(xiàn)有標準規(guī)范市場經(jīng)濟秩序、促進產(chǎn)業(yè)進步的作用有限。另外，現(xiàn)有標準對一些新技術和新產(chǎn)品覆蓋不全面，存在某些產(chǎn)品缺乏標準或標準的制修訂工作跟不上發(fā)展需要等情況。例如：作為我國鋰離子動力電池領域大力推廣使用的磷酸鐵鋰材料，雖然在2010年已列入行業(yè)標準制定計劃，但由于制修訂工作周期相對較長，直到目前還沒有正式標準發(fā)布。
當然，鋰電材料技術處于不斷發(fā)展過程中，新技術新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，需要制修訂的標準數(shù)量多，并且相關的國外標準很多也是空白，可以借鑒的地方較少，我國的鋰電材料標準需要以自主制定為主，這也是導致相關標準較少、難以制定的客觀原因。
（2）缺乏具有核心專利的自主創(chuàng)新技術標準
鋰離子電池材料作為新能源、新能源汽車、新材料三大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的交叉領域，是知識產(chǎn)權密集區(qū)，也是標準作用的凸顯區(qū)?，F(xiàn)有標準全部為電池材料產(chǎn)品及相關測試、分析方法等規(guī)范性質(zhì)的標準，其中基本沒有自主創(chuàng)新的核心技術和專利，沒有將專利與標準有效結合。如果我們能在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期謀劃建立標準和知識產(chǎn)權優(yōu)勢，發(fā)揮專利與標準對新興產(chǎn)業(yè)的支撐與引領作用，就很有可能在新一輪國際競爭中贏得發(fā)展先機。
（3）標準中缺少安全性能要求
考慮到鋰離子電池的生產(chǎn)、使用遍及國民經(jīng)濟各領域，因此，要對鋰離子電池的安全性做嚴格要求。鋰離子電池的安全性能除與制造工藝有關外，還受到材料本身的影響?，F(xiàn)有標準只規(guī)定了材料在正常使用情況下的化學成分、物理性能、電化學性能等基本指標，而缺少在對材料濫用時的安全性考量，這為鋰離子電池留下了安全隱患。
針對以上存在的問題，提出如下建議。
（1）加大自主創(chuàng)新力度，主導先進技術標準制定
目前，我國鋰離子電池材料相關標準基本適應了電池材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，但還不能滿足我們成為鋰離子電池材料強國的需求。為此，我們必須要加大自主創(chuàng)新力度，注重以自有技術和知識產(chǎn)權來支撐標準的制定，注重將我國最新的鋰離子電池材料科研、產(chǎn)業(yè)化和其下游產(chǎn)品——鋰電池及電動汽車等示范運行的成果轉(zhuǎn)化為標準。
此外，我們還要敢為人先，有些標準要先行先試，堅持標準的自主制定，促進科技工作與標準化工作的融合，并積極參與和推動國際標準的制定。我們的標準要能夠引領世界鋰電池材料行業(yè)發(fā)展，促進產(chǎn)品提升，促進技術進步。
（2）將安全性要求納入材料標準中，并與電池產(chǎn)品的應用情況相適應
應盡快將安全性檢測要求納入電池材料的標準中，例如：正極材料標準應考量材料的熱穩(wěn)定性、氧化性等指標。另外，標準的安全性檢測要與鋰離子電池產(chǎn)品的應用情況相適應。目前，鋰離子電池大致劃分為能量型和功率型兩大類，例如：3C產(chǎn)品、儲能電站所用鋰離子電池屬于能量型，而電動工具、電動車輛用鋰離子電池可歸為功率型。這兩類產(chǎn)品在材料要求方面存在一定差異，在相同的安全前提下，其標準的試驗方法乃至要求都可能不同，建議分別制定能量型和功率型鋰離子電池材料安全標準。
（3）合理規(guī)劃，完善標準體系
鋰離子電池材料標準體系的研究與標準制定工作應遵循“規(guī)劃導向、自主制定”的原則開展，逐步建立起一個結構合理、指標先進、適應需求的鋰離子電池材料標準體系?，F(xiàn)有的電池材料標準也有了十幾項，但是體系還不完整，仍需逐步完善。
建立企業(yè)標準、行業(yè)標準和國家標準協(xié)調(diào)發(fā)展的機制，企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)過程中，將產(chǎn)生的科技成果快速轉(zhuǎn)換成企業(yè)標準，解決企業(yè)在科研、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化前期標準缺乏的問題。由于鋰離子電池材料是一個新興產(chǎn)業(yè)，技術革新速度快，因此，制修訂的標準需要技術指標適度先進和推出時間適度超前，以發(fā)揮標準對技術和產(chǎn)業(yè)的指引作用。
（4）采取有效的鼓勵政策和措施，促進企業(yè)積極開展標準化工作
鋰離子電池材料的標準化工作是一項基礎性、公益性的工作，政府應采取各種扶持政策來鼓勵企業(yè)積極開展標準化工作。由于鋰離子電池材料技術還在不斷發(fā)展中，很多還處于研發(fā)和小試階段，基礎數(shù)據(jù)非常少，標準制修訂工作需要大量的試驗和論證工作，因此，所需的投入非常大，各級政府部門應將標準研究列入科技計劃，給予科研經(jīng)費支持。
政府有關部門在重大科技項目立項時，應將標準列為項目驗收的要求之一，就像要求專利和論文那樣，根據(jù)項目的性質(zhì)，結題驗收時需要一定數(shù)量的標準提案，督促企業(yè)積極制修訂標準，促進我國的科技成果盡快轉(zhuǎn)變成標準。
5結語
通過以上分析可看出，我國在鋰離子電池材料領域的標準制修訂工作還是非?；钴S的。在鋰離子電池材料行業(yè)快速發(fā)展的同時，也要求國家和行業(yè)標準的不斷更新。新標準不僅要符合我國國情，還應與國外龍頭企業(yè)的先進企業(yè)標準接軌，吸取他們在鋰離子電池材料開發(fā)、生產(chǎn)、工藝、檢測等方面的經(jīng)驗，完善鋰離子電池材料的標準體系，從而提高國際市場的競爭力，使我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。
