電池級碳酸鈉團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明標(biāo)準(zhǔn)草案名稱電池級碳酸鈉項目類型制定□修訂起止時間2023年1月---2023年6月標(biāo)準(zhǔn)起草單位雪天鹽業(yè)集團(tuán)股份有限公司、重慶湘渝鹽化有限責(zé)任公司、湖南美特新材料科技有限公司、湖南長遠(yuǎn)鋰科股份有限公司、中南大學(xué)起草組成員李加興、彭建強、劉志立、王晚林、唐有根、周游、陳蔚、鄧嚴(yán)仔、朱賢徐、謝偉超、吳志康、周熠、鄧永華、王茹、庫流金、劉凱項目調(diào)整情況暫無背景政策背景：2021年8月，工信部在關(guān)于政協(xié)第十三屆全國委員會第四次會議第4815號提案答復(fù)的函中表示，將組織有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究機構(gòu)適時開展鈉離子電池標(biāo)準(zhǔn)制定，并在標(biāo)準(zhǔn)立項、標(biāo)準(zhǔn)報批等環(huán)節(jié)予以支持。2022年7月工業(yè)和信息化部正式下達(dá)《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于印發(fā)2022年第二批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂和外文版項目計劃的通知》（工信廳科函〔2022〕158號），《鈉離子電池術(shù)語和詞匯》（2022-1103T-SJ）和《鈉離子電池符號和命名》（2022-1102T-SJ）標(biāo)準(zhǔn)制定計劃。行業(yè)背景：碳酸鈉是鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中制備碳酸鋰的主要輔料，此外也是鈉離子電池層狀氧化物正極材料的重要制備原料，碳酸鈉在很大程度上決定了鋰離子和鈉離子電池的制造成本和整體性能。對于鈉離子電池正極材料而言，由于層狀氧化物技術(shù)路線在設(shè)備、工藝端與鋰電正極材料有相通之處，因而成為大部分鈉電正極材料廠家的首選。制備層狀氧化物所需的鈉源種類繁多，考慮到目前大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)對成本、工藝安全性和酸堿性等方面的要求，最有可能成為鈉電池正極材料工業(yè)化生產(chǎn)的鈉源當(dāng)屬碳酸鈉。由于鈉離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍處于早期階段，目前標(biāo)準(zhǔn)體系或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均為空白，部分主管單位或機構(gòu)正在編制與鈉離子電池相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系或基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)還未涉及到碳酸鈉等原材料的標(biāo)準(zhǔn)。在此背景下，與鋰離子和鈉離子電池緊密相關(guān)的碳酸鈉等原材料需順應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢，為滿足正極廠家對原材料提出的要求，有必要同步開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作。制定電池級碳酸鈉的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，可為鋰、鈉電正極材料的研發(fā)與制備提供質(zhì)量保障，進(jìn)而支撐鋰離子和鈉離子電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步高質(zhì)量發(fā)展。意義當(dāng)前鋰離子和鈉離子電池產(chǎn)業(yè)均處于高速發(fā)展時期，本項目的實施將有力帶動純堿產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，促進(jìn)電池產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，同時可示范帶動與鋰離子和鈉離子電池相關(guān)的其它原材料質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，從整體上增強鋰、鈉電產(chǎn)業(yè)鏈上游原材料的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)水平。鋰離子和鈉離子電池產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，將有助于推進(jìn)我國制造強國和能源變革，實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)主要起草人任務(wù)分工雪天鹽業(yè)集團(tuán)股份有限公司進(jìn)行國家政策、相關(guān)產(chǎn)品及標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研、分析和編制等工作，并進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的檢測分析；重慶湘渝鹽化有限責(zé)任公司和湖南海聯(lián)三一小蘇打有限公司根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)的碳酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量現(xiàn)狀，對標(biāo)準(zhǔn)中產(chǎn)品指標(biāo)的控制進(jìn)行審核并提出指導(dǎo)意見；湖南美特新材料科技有限公司和湖南長遠(yuǎn)鋰科股份有限公司根據(jù)企業(yè)制備的鈉電正材料電性能的優(yōu)劣情況，對標(biāo)準(zhǔn)中各項指標(biāo)的制定提供生產(chǎn)依據(jù)；中南大學(xué)對標(biāo)準(zhǔn)的各項內(nèi)容進(jìn)行審核并參與討論，對各項指標(biāo)的范圍確定提供理論依據(jù)。主要工作過程雪天鹽業(yè)集團(tuán)股份有限公司通過對當(dāng)前鈉離子電池行業(yè)發(fā)展趨勢進(jìn)行調(diào)研，確認(rèn)了未來鈉離子電池中正極材料的主要技術(shù)路線。經(jīng)查閱大量科技文獻(xiàn)，論證了當(dāng)前鈉電產(chǎn)業(yè)發(fā)展中碳酸鈉原材料質(zhì)量對正極材料電性能的重要影響，并與多家碳酸鈉生產(chǎn)企業(yè)、湖南省電池協(xié)會以及部分科研院所進(jìn)行技術(shù)交流，對電池級碳酸鈉的制備原料、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)、儲藏存儲和運輸條件等方面，進(jìn)行了深入的調(diào)研與探究。經(jīng)歸納總結(jié)，形成了標(biāo)準(zhǔn)中電池級碳酸鈉的范圍、術(shù)語、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸、貯存及質(zhì)量證明書等部分的草案。同時根據(jù)確定的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求，通過大量查閱文獻(xiàn)和試驗，確立了標(biāo)準(zhǔn)中檢驗方法的可行性。將產(chǎn)品送至第三方檢驗機構(gòu)對規(guī)定指標(biāo)進(jìn)行檢測，對產(chǎn)品進(jìn)行實驗驗證，證明指標(biāo)設(shè)定合理，檢測方法科學(xué)有效。重慶湘渝鹽化有限責(zé)任公司和湖南海聯(lián)三一小蘇打有限公司通過對當(dāng)前自身生產(chǎn)的碳酸鈉進(jìn)行全面的成分分析，結(jié)合現(xiàn)階段國內(nèi)碳酸鈉行業(yè)的整體生產(chǎn)水平，全面評估了各項指標(biāo)的控制范圍與生產(chǎn)成本二者之間的密切關(guān)系，從生產(chǎn)的角度對草案中各項指標(biāo)的范圍提出合理化建議。湖南美特新材料科技有限公司、湖南長遠(yuǎn)鋰科股份有限公司通過采購不同碳酸鈉廠家提供的碳酸鈉產(chǎn)品作為正極材料的原材料，并對其各項理化指標(biāo)進(jìn)行分析，探究碳酸鈉各項指標(biāo)的不同范圍對鈉電正極材料電性能的影響，結(jié)合下游需求市場對正極材料電性能及成本的預(yù)期，根據(jù)正極材料前期小試的測試情況，對草案中各項指標(biāo)的范圍提出生產(chǎn)要求。中南大學(xué)通過對正極材料成品進(jìn)行全面的理化分析和電化學(xué)測試，探究碳酸鈉原材料的不同指標(biāo)與成品材料電化學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系，對草案中各項指標(biāo)的范圍提供理論支撐。標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)標(biāo)準(zhǔn)編制原則當(dāng)前國內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成熟，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)也正朝著大規(guī)模量產(chǎn)的方向邁進(jìn)，而與鋰、鈉電產(chǎn)業(yè)原材料端的相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，本標(biāo)準(zhǔn)的制訂符合鋰、鈉離子電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段發(fā)展的需要，并充分考慮了產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及產(chǎn)品生產(chǎn)和使用雙方的要求。將合理利用資源、調(diào)整碳酸鈉產(chǎn)品類型、滿足市場需求和使供需雙方公平受益作為出發(fā)點，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性的原則制定了本標(biāo)準(zhǔn)。在本標(biāo)準(zhǔn)的編寫結(jié)構(gòu)和內(nèi)容編排等方面依據(jù)GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》給出的規(guī)則進(jìn)行起草。確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)1.化學(xué)成分電池級碳酸鈉的化學(xué)成分測定按照GB/T210《工業(yè)碳酸鈉》、GB/T30902《無機化工產(chǎn)品雜質(zhì)元素的測定電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)》和IEC62321《電子電氣產(chǎn)品中限用的六種物質(zhì)(鉛，汞，鎘，六價鉻，多溴聯(lián)苯，多溴聯(lián)苯醚)濃度的測定程序》的規(guī)定進(jìn)行。產(chǎn)品中總堿量、氯化物和硫酸根含量的測定按照GB/T210的規(guī)定進(jìn)行；產(chǎn)品中鉀、鈣、鐵、鎂、鋅、銅、鋁、鎳、鉻、硼雜質(zhì)的測定按照GB/T30902的規(guī)定進(jìn)行；有害物質(zhì)參照IEC62321的規(guī)定進(jìn)行。1.1碳酸鈉含量碳酸鈉含量的高低直接決定了電池級純堿純度的高低，在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中，制備1噸碳酸鋰約需消耗2噸左右碳酸鈉。在鈉離子電池正極材料的制備工序中，碳酸鈉作為目前最常用的一種鈉源，1噸正極材料需要消耗0.49噸左右碳酸鈉，因此高純度的碳酸鈉對鋰電中高純度的碳酸鋰和鈉電中特定相結(jié)構(gòu)正極材料的合成起到了關(guān)鍵性作用。目前鈉電層狀氧化物正極材料最重要的兩種相結(jié)構(gòu)分別為O3相和P2相，由于制備特定相結(jié)構(gòu)的正極材料所消耗的鈉的用量是特定的，因此下游廠家對碳酸鈉的含量以及產(chǎn)品一致性提出了高要求，綜合碳酸鈉整體生產(chǎn)現(xiàn)狀，將其指標(biāo)控制為Na2CO3含量不低于99.5%。鉀和鈉的原子結(jié)構(gòu)相似，位于元素周期表的同一主族，它們的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)也十分相似，但是鉀元素位于鈉元素的下一周期，其離子半徑更大，難以通過正極材料中的間隙而降低正極材料的克容量水平。鑒于鈉離子電池與鋰離子電池有著相似的工作原理，參照電池級碳酸鋰的中鉀雜質(zhì)含量，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.005%。碳酸鈉中鈣雜質(zhì)的出現(xiàn)是由于合成碳酸鈉的原料純度不夠，從而引入到碳酸鈉的成品當(dāng)中。以聯(lián)堿法和氨堿法合成碳酸鈉的制備路線為例，產(chǎn)品中過高的鈣雜質(zhì)含量，可側(cè)面反應(yīng)出碳酸鈉合成廠家所使用的工業(yè)鹽中鈣雜質(zhì)過高。目前大部分碳酸鈉廠家的鈣雜質(zhì)可控制在ppm級別，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.005%。鎂和鈣的原子結(jié)構(gòu)相似，位于元素周期表的同一主族，在工業(yè)鹽的純化工序，通常采用“兩堿法”形成兩種元素的氫氧化物達(dá)到去除鈣、鎂離子的目的，考慮到氫氧化鎂在水中的溶解度遠(yuǎn)小于氫氧化鈣，因此本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.002%。在當(dāng)前碳酸鈉工業(yè)大規(guī)模合成過程中，均需要用到含鐵的大型儀器設(shè)備，很多閥門、管件、彎頭均是不銹鋼的，在生產(chǎn)過程中均有可能將鐵雜質(zhì)帶入到產(chǎn)品中。鐵作為磁性物質(zhì)的一種，對電池的循環(huán)性能產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，當(dāng)磁性物質(zhì)的含量過高時，在電池的充放電過程中伴隨生成較大的導(dǎo)電金屬雜質(zhì)，這些金屬雜質(zhì)會影響電池的放電過程，進(jìn)而導(dǎo)致電池安全問題。雖然這一指標(biāo)越低越好，但考慮到碳酸鈉的整體生產(chǎn)水平，因此本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.001%。鋅是第四“常見”的金屬，僅次于鐵、鋁及銅。有研究表明，金屬鋅摻雜進(jìn)入鈉電層狀氧化物正極材料中會導(dǎo)致鈉離子通道變窄，會影響材料的電性能。此外，鋅是電化學(xué)惰性的一種過渡金屬，它的存在會對材料的容量產(chǎn)生影響，因此需要嚴(yán)格控制鋅雜質(zhì)的含量。參照電池級碳酸鋰的中鋅雜質(zhì)含量，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.0003%。確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)銅雜質(zhì)的存在會影響正極材料的有序結(jié)構(gòu)，過多的銅雜質(zhì)會造成材料內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷，進(jìn)而影響電池的電性能。根據(jù)前期多家鈉離子電池生產(chǎn)廠家對碳酸鈉中銅雜質(zhì)的要求，結(jié)合目前碳酸鈉生產(chǎn)廠家對銅雜質(zhì)的整體控制水平，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.0003%。鋁雜質(zhì)與銅雜質(zhì)類似，同樣會影響電池的電性能。當(dāng)前的碳酸鈉工業(yè)大規(guī)模合成過程中，需要用到含鋁的大型儀器設(shè)備，會一定程度上引入雜質(zhì)。根據(jù)前期多家鈉離子電池生產(chǎn)廠家對碳酸鈉中銅雜質(zhì)的要求，結(jié)合目前碳酸鈉生產(chǎn)廠家對銅雜質(zhì)的整體控制水平，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.002%。鎳作為磁性物質(zhì)的一種，其化學(xué)性質(zhì)與鐵非常相似。鎳雜質(zhì)對電池的循環(huán)性能同樣會產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。在參考電池級碳酸鋰標(biāo)準(zhǔn)中對其含量的控制情況后，考慮到碳酸鈉的整體生產(chǎn)水平，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.002%。1.10硫酸根硫酸鈉與碳酸鈉的熱分解溫度不同，資料顯示，硫酸鈉在1400℃以上才會分解成Na2O、SO2和O2。通常情況下，引入到體系內(nèi)的硫酸根（硫酸鹽）雜質(zhì)會在燒結(jié)過程中較為穩(wěn)定的存在，但過量的硫酸鹽可能會影響后期電芯制備中的涂布工序。結(jié)合部分正極材料廠家的要求，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.08%。1.11氯化物（以氯化鈉計）氯離子是鈉離子甚至鋰離子電池正極材料合成過程中必須嚴(yán)格控制的指標(biāo)之一，由于鈉離子電池層狀氧化物正極材料前驅(qū)體包含氫氧化物，氯離子與氫氧化物在材料燒結(jié)過程中反應(yīng)生成腐蝕性氣體，從而對設(shè)備造成腐蝕，非常不利于工廠的正常生產(chǎn)。正極材料廠家對此指標(biāo)的要求很高，但是在現(xiàn)有以工業(yè)鹽為原料的生產(chǎn)工序很難將其含量控制在很低的范圍，本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)使用廠家不同的工藝和設(shè)備需求，將產(chǎn)品質(zhì)量等級分為三級：優(yōu)級品不大于0.005%；一級品不大于0.05%；二級品不大于0.3%。根據(jù)前期多家鈉離子電池生產(chǎn)廠家對碳酸鈉中硼雜質(zhì)的要求，結(jié)合目前碳酸鈉生產(chǎn)廠家對硼雜質(zhì)的整體控制水平，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.002%。鉛是一種重金屬元素，作為一種有害物質(zhì)，其對環(huán)境與人體健康均會產(chǎn)生影響。近年來，國外市場對產(chǎn)品有害物質(zhì)的管控越來越嚴(yán)格，為了使電池級碳酸鈉中有害物質(zhì)能夠得到控制，確保產(chǎn)品能夠符合其他各國環(huán)保法律法規(guī)，并能滿足客戶要求及環(huán)保發(fā)展的趨勢，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.0003%。鉻在地殼中的含量為0.01%，居第17位。2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，金屬鉻在3類致癌物清單中。按照在地殼中的含量，鉻屬于分布較廣的元素之一，為了使電池級碳酸鈉中有害物質(zhì)能夠得到控制，確保產(chǎn)品能夠符合其他各國環(huán)保法律法規(guī)，并能滿足客戶要求及環(huán)保發(fā)展的趨勢，本標(biāo)準(zhǔn)中將其指標(biāo)控制在不大于0.0003%。2.磁性物質(zhì)磁性物質(zhì)的存在會在很大程度上影響著鋰離子和鈉離子電池的電性能和安全性能，眾多正極材料生產(chǎn)廠家對于該指標(biāo)的控制要求也越來越高，為滿足市場需要，促進(jìn)鋰、鈉電產(chǎn)業(yè)更好更快的發(fā)展，本標(biāo)準(zhǔn)中將磁性物質(zhì)的指標(biāo)控制在不大于0.0003%，產(chǎn)品磁性物質(zhì)的測定按照YS/T582-2013和本標(biāo)準(zhǔn)附錄A的規(guī)定進(jìn)行。3.水分碳酸鈉在空氣氛圍下極易吸水，但產(chǎn)品中的水分含量影響投料過程中鈉加入量的計算，參照YS/T582-2013《電池級碳酸鋰》中對水分的要求，考慮到碳酸鈉本身易吸水的特點，將其指標(biāo)設(shè)定為不大于0.60%，參照GB/T6284《化工產(chǎn)品中水分測定的通用方法干燥減量法》測定水分。4.粒度鈉離子電池層狀氧化物正極材料對碳酸鈉的粒度有不同的需求，視正極材料成品本身的粒度而定，但碳酸鈉粒度的產(chǎn)品一致性對正極材料的穩(wěn)定合成影響很大，根據(jù)正極材料廠家的