鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉編制說(shuō)明

PAGE8PAGE鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉編制說(shuō)明（征求意見(jiàn)稿）鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明（征求意見(jiàn)稿）一、工作簡(jiǎn)況1.1任務(wù)來(lái)源根據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)《關(guān)于下達(dá)2023年第一批協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》（中色協(xié)科字[2023]14號(hào)）的文件精神，由湖北萬(wàn)潤(rùn)新能源科技股份有限公司負(fù)責(zé)起草有色金屬協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》。項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào)為2023-009-T/CNIA，項(xiàng)目計(jì)劃周期為12個(gè)月。1.2主起草單位簡(jiǎn)介湖北萬(wàn)潤(rùn)新能源科技股份有限公司（股票代碼：688275）成立于2010年12月，是科創(chuàng)板上市公司，國(guó)家級(jí)專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)，國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，是湖北省發(fā)改委認(rèn)定的企業(yè)技術(shù)中心、湖北省工程研究中心和湖北省科技廳工程技術(shù)研究中心。公司是國(guó)內(nèi)最早從事新能源電池正極材料生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)之一，主要生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池的正極材料及其前驅(qū)體，產(chǎn)品為磷酸鐵鋰、磷酸鐵等，產(chǎn)品銷(xiāo)往寧德時(shí)代、比亞迪、贛鋒鋰業(yè)、萬(wàn)向一二三等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)。公司磷酸鐵鋰和磷酸鐵產(chǎn)品在核心數(shù)據(jù)指標(biāo)上都到達(dá)了業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平。產(chǎn)品持續(xù)出新，用途多元廣泛，在功率型、動(dòng)力型、儲(chǔ)能型、長(zhǎng)壽型材料等方向不斷探索。經(jīng)過(guò)多年的科技創(chuàng)新和技術(shù)沉淀，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，性能持續(xù)提升。現(xiàn)公司已成長(zhǎng)為一家高效、綠色、環(huán)保的集團(tuán)公司，已形成山東濱州、安徽安慶、湖北十堰、襄陽(yáng)、鄂州等三省五地八大生產(chǎn)基地的企業(yè)規(guī)模。公司也已布局鈉離子電池正極材料領(lǐng)域研發(fā)及生產(chǎn)，2023年上半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。公司累計(jì)參與編制的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)等三十余項(xiàng)。1.3主要參加單位和工作組成員及其工作本文件起草單位有：湖北萬(wàn)潤(rùn)新能源科技股份有限公司、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）、格林美（無(wú)錫）能源材料有限公司、寧波容百新能源科技股份有限公司、北京當(dāng)升材料科技股份有限公司、蜂巢能源科技股份有限公司、中偉新材料有限公司、天津巴莫科技有限責(zé)任公司等。其中湖北萬(wàn)潤(rùn)新能源科技股份有限公司負(fù)責(zé)調(diào)研新能源行業(yè)鈉離子電池正極材料磷酸釩鈉的各項(xiàng)指標(biāo)情況，形成統(tǒng)一的產(chǎn)品技術(shù)要求，撰寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)文本和編制說(shuō)明等。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）、廣東邦普循環(huán)科技有限公司等單位負(fù)責(zé)提供本單位的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文本提出修改意見(jiàn)。本文件主要起草人有：劉世琦、王勤、尚曉燕、黃小燕、王歡文、鄭智、萬(wàn)思成、梁裕鏗……。各起草人在本文件編制過(guò)程中的工作職責(zé)見(jiàn)表1所示：表1各起草人及其工作職責(zé)起草人姓名工作職責(zé)劉世琦、王勤、尚曉燕、黃小燕產(chǎn)品性能指標(biāo)調(diào)研及分析，標(biāo)準(zhǔn)文本及編制說(shuō)明編寫(xiě)王歡文、鄭智、萬(wàn)思成、梁裕鏗……提供產(chǎn)品性能指標(biāo)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文本提出修改意見(jiàn)……參加標(biāo)準(zhǔn)工作會(huì)議，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文本提出修改意見(jiàn)1.4主要工作過(guò)程湖北萬(wàn)潤(rùn)新能源科技股份有限公司本文件制訂任務(wù)后，立即組織骨干人員成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組，制定了該標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)調(diào)研表并初步確認(rèn)范圍。主要工作過(guò)程經(jīng)歷以下階段：1.4.1立項(xiàng)階段2022年9月，湖北萬(wàn)潤(rùn)新能源科技股份有限公司向全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)粉末冶金分會(huì)(SAC/TC243/SC4)提交《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》標(biāo)準(zhǔn)制定項(xiàng)目建議書(shū)。2022年11月3日在全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)年會(huì)上進(jìn)行了論證。2023年2月13日，中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)印發(fā)《關(guān)于下達(dá)2023年第一批協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》（中色協(xié)科字[2023]14號(hào)），協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》立項(xiàng)成功。1.4.2起草階段2023年2月，湖北萬(wàn)潤(rùn)新能源科技股份有限公司接到《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》起草編制工作任務(wù)后，立即安排了標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，開(kāi)始籌備標(biāo)準(zhǔn)編制工作。2023年3月13日，全國(guó)有色標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)在海南?？诮M織召開(kāi)了有色金屬標(biāo)準(zhǔn)工作會(huì)議，會(huì)議對(duì)《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》進(jìn)行了任務(wù)落實(shí)。來(lái)自廣東邦普循環(huán)科技有限公司、天津巴莫科技有限責(zé)任公司等多家單位的代表參加了會(huì)議。會(huì)議組織成立了標(biāo)準(zhǔn)編制工作組，對(duì)目標(biāo)任務(wù)進(jìn)行了分解，明確成員的任務(wù)要求，制定工作計(jì)劃和任務(wù)安排。標(biāo)準(zhǔn)編制工作組收集了新能源行業(yè)鈉離子電池正極材料磷酸釩鈉的各項(xiàng)性能指標(biāo)情況，查閱了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外磷酸釩鈉的生產(chǎn)和用戶(hù)需求情況，于2023年5月形成了標(biāo)準(zhǔn)的征求意見(jiàn)稿和編制說(shuō)明。1.4.3征求意見(jiàn)階段2023年X月X日，全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織召開(kāi)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)工作會(huì)議，對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了討論。會(huì)議中各單位代表就標(biāo)準(zhǔn)討論稿和編制說(shuō)明進(jìn)行討論。同時(shí)，全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)通過(guò)工作群、郵件向委員單位征求意見(jiàn)，并將征求意見(jiàn)資料在網(wǎng)站上發(fā)布，向社會(huì)公開(kāi)征求意見(jiàn)。征求意見(jiàn)的單位包括主要生產(chǎn)、經(jīng)銷(xiāo)、使用、科研、檢驗(yàn)等單位及大專(zhuān)院校，征求意見(jiàn)單位廣泛且具有代表性，征求意見(jiàn)時(shí)間大于2個(gè)月。1.4.4審查階段……1.4.5報(bào)批階段……二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則2.1符合性本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)規(guī)則》要求編寫(xiě)。2.2適用性和先進(jìn)性近幾年，鈉離子電池開(kāi)始逐步進(jìn)入規(guī)?；囼?yàn)示范階段，繼鉛蓄電池、鋰離子電池等電化學(xué)儲(chǔ)能體系后，鈉離子電池開(kāi)始在儲(chǔ)能領(lǐng)域嶄露頭角。眾多新能源企業(yè)及科研院所均已布局鈉離子電池，有部分企業(yè)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。寧德時(shí)代宣布鈉離子電池將于2023年基本建成產(chǎn)業(yè)鏈并量產(chǎn)。隨著國(guó)家工信部出臺(tái)政策，推進(jìn)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化，相關(guān)電池廠(chǎng)已經(jīng)推出鈉離子電池，但鈉電池材料方面標(biāo)準(zhǔn)依然空白。磷酸釩鈉作為鈉離子電池用正極材料，有優(yōu)異的倍率性能，眾多新能源企業(yè)及科研院所均在研發(fā)，有部分企業(yè)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但目前沒(méi)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可以參考。制定《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，有利于指導(dǎo)磷酸釩鈉材料的測(cè)試、使用，有利于磷酸釩鈉的規(guī)范生產(chǎn)、質(zhì)量統(tǒng)一、廣泛應(yīng)用，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)指導(dǎo)，滿(mǎn)足用戶(hù)需求，促進(jìn)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。三、確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)3.1國(guó)內(nèi)主要研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)、科研單位的產(chǎn)品主要指標(biāo)情況標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)要求根據(jù)磷酸釩鈉研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)、科研單位的產(chǎn)品主要指標(biāo)情況進(jìn)行確定。磷酸釩鈉主要研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品主要指標(biāo)情況見(jiàn)表1，單位名稱(chēng)由字母表示，征求意見(jiàn)過(guò)程持續(xù)調(diào)研。表1磷酸釩鈉產(chǎn)品主要指標(biāo)調(diào)研情況指標(biāo)單位ABC化學(xué)成分主元素含量Na%14.5±115.125.2V%20.5±1.519.437.6P%19.5±119.434.2C%2±0.323雜質(zhì)含量Ca%≤0.005—0Cu%≤0.03—0Cr%≤0.03—0Zn%≤0.03—0Ni%≤0.03—0物理指標(biāo)pH值-7~97~98游離鈉含量

（按Na元素計(jì)，質(zhì)量百分比）%≤0.3≤0.3—壓實(shí)密度g/cm3＞1.5＞1.5粒度分布D10μm<1<114D502-3.52-3.525D90<15<1538D99<20<2043比表面積m2/g20-3020-3033.45水分含量（質(zhì)量百分比）%<0.15<0.150振實(shí)密度g/cm3//0.93晶體結(jié)構(gòu)-JCPDS(00-53-0018)JCPDS53-0018六角晶系電化學(xué)性能充電截止電壓V444放電截止電壓V2220.1C首次放電比容量mAh/g≥1001071090.1C首次充放電效率%≥9494.8994循環(huán)壽命

（1C倍率，80%）次>300035002C循環(huán)300，98%倍率性能mAh/g1C>95—10C下穩(wěn)定753.2技術(shù)要求化學(xué)成分本文件根據(jù)市場(chǎng)現(xiàn)有的磷酸釩鈉產(chǎn)品情況，規(guī)定了主元素含量范圍。雜質(zhì)金屬元素的存在會(huì)影響電池安全性能，參考鋰離子電池正極材料對(duì)雜質(zhì)元素含量的要求及市場(chǎng)現(xiàn)有的磷酸釩鈉產(chǎn)品情況，確認(rèn)了雜質(zhì)元素種類(lèi)及含量控制范圍。需方有特殊要求時(shí)，按供需雙方協(xié)商的雜質(zhì)元素種類(lèi)進(jìn)行測(cè)試。產(chǎn)品的化學(xué)成分應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2化學(xué)成分%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）主元素含量Na13.5～15.5V19.0～22.0P18.5～20.5C1.7～2.3雜質(zhì)元素含量Ca≤0.03Cu≤0.005Zn≤0.03Ni≤0.03Cr≤0.03水分含量水分對(duì)電池極片制備和電池性能影響較大。材料水分超標(biāo)，會(huì)影響電池極片涂覆工藝，若多余水分進(jìn)入電池中易引發(fā)安全問(wèn)題，故應(yīng)嚴(yán)格控制產(chǎn)品水分含量?？紤]生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品情況及使用企業(yè)要求，產(chǎn)品的水分含量應(yīng)不大于0.15%。外觀(guān)質(zhì)量產(chǎn)品的外觀(guān)應(yīng)為灰黑色粉末，顏色均一，無(wú)硬結(jié)塊。壓實(shí)密度產(chǎn)品的壓實(shí)密度會(huì)影響電池的能量密度，是行業(yè)普遍關(guān)注的重要指標(biāo)，產(chǎn)品的壓實(shí)密度應(yīng)不小于1.5g/cm3。粒度分布產(chǎn)品的粒度分布會(huì)影響產(chǎn)品的加工性能。根據(jù)行業(yè)需求，設(shè)定粒度分布指標(biāo)。產(chǎn)品的粒度分布特征值應(yīng)符合表2的要求。表2粒度分布要求D10（um）＜1D50（um）2～3.5D90（um）＜15D99（um）＜20比表面積產(chǎn)品的比表面積會(huì)影響產(chǎn)品的加工性能，根據(jù)行業(yè)需求，設(shè)定比表面積指標(biāo)，產(chǎn)品的比表面積應(yīng)在20m2/g～30m2/g。pH值根據(jù)行業(yè)普遍需求，設(shè)定pH值指標(biāo)，產(chǎn)品的pH值應(yīng)在7～9。晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合JCPDS標(biāo)準(zhǔn)(00-53-0018)。電化學(xué)性能根據(jù)行業(yè)及市場(chǎng)的普遍需求，設(shè)定電化學(xué)性能指標(biāo)。3.2.8.10.1C首次放電比容量產(chǎn)品在電壓范圍2V～4V，0.1C充放電倍率條件下的首次放電比容量應(yīng)不小于100mAh/g。3.2.8.20.1C首次充放電效率產(chǎn)品在電壓范圍2V～4V，0.1C充放電倍率條件下的首次充放電效率應(yīng)不小于94%。3.2.8.3循環(huán)壽命產(chǎn)品在電壓范圍2V～4V，1C充放電倍率條件下，放電容量達(dá)到首次循環(huán)放電容量的80%時(shí)，循環(huán)次數(shù)應(yīng)不低于3000次。3.3試驗(yàn)方法確定依據(jù)化學(xué)成分產(chǎn)品化學(xué)成分的測(cè)定按GB/T30902-2014的規(guī)定進(jìn)行。其中C元素含量的測(cè)定按GB/T20123的規(guī)定進(jìn)行。水分含量參照鋰離子電池正極材料水分含量的測(cè)試方法，規(guī)定本文件中產(chǎn)品水分含量的測(cè)定按GB∕T11133的規(guī)定進(jìn)行。外觀(guān)質(zhì)量產(chǎn)品的外觀(guān)用目視檢查。壓實(shí)密度參照鋰離子電池正極材料壓實(shí)密度含量的測(cè)試方法，規(guī)定本文件中產(chǎn)品壓實(shí)密度的測(cè)定按GB/T24533附錄L的規(guī)定進(jìn)行。粒度分布參照鋰離子電池正極材料粒度分布的測(cè)試方法，規(guī)定本文件中產(chǎn)品粒度分布的測(cè)定按GB/T19077的規(guī)定進(jìn)行。比表面積參照鋰離子電池正極材料比表面積的測(cè)試方法，規(guī)定本文件中產(chǎn)品比表面積的測(cè)定按GB/T19587的規(guī)定進(jìn)行。pH值根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)檢測(cè)情況，規(guī)定本文件中產(chǎn)品pH值的測(cè)定按GB/T9724的規(guī)定進(jìn)行。晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的晶體結(jié)構(gòu)用X射線(xiàn)粉末衍射儀檢查。電化學(xué)性能產(chǎn)品電化學(xué)性能的測(cè)定按照標(biāo)準(zhǔn)文件中附錄A的規(guī)定進(jìn)行。四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及的專(zhuān)利情況本文件不涉及專(zhuān)利問(wèn)題。五、標(biāo)準(zhǔn)預(yù)期達(dá)到的社會(huì)效益等情況5.1標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)的目的和意義近年來(lái)，發(fā)展具有可靠和高效儲(chǔ)能系統(tǒng)的可充電電池（二次電池）是一大趨勢(shì)?，F(xiàn)如今大多數(shù)運(yùn)用與市場(chǎng)的電池是以鋰元素作為原材料。然而，鋰資源十分稀缺（僅占地殼的0.0065%）且分布不均，導(dǎo)致相應(yīng)的正極材料原料短缺且價(jià)格昂貴，難以滿(mǎn)足未來(lái)市場(chǎng)的發(fā)展要求。鈉與鋰同族，兩者具有相似的化學(xué)性質(zhì)，與鋰資源相比，鈉的儲(chǔ)量更豐富、成本更低。鈉（Na）被認(rèn)為是在二次電池中取代鋰（Li）的最有前途的候選者。鈉離子電池的電化學(xué)性能在很大程度上取決于正極和負(fù)極材料固有的化學(xué)性質(zhì)，其中正極材料在實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的Na存儲(chǔ)方面起著重要作用，正極材料決定了鈉離子電池的安全性、價(jià)格、能量密度和功率密度。鈉離子電池正極材料中，層狀過(guò)渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)和聚陰離子型化合物的性能較好。磷酸釩鈉是典型的鈉超離子導(dǎo)體（NASICON）結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的聚陰離子化合物具有穩(wěn)定的3D框架和用于Na+擴(kuò)散的通道，在鈉離子脫嵌過(guò)程中結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，具有更好的熱穩(wěn)定性、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命和更好的安全性。因此磷酸釩鈉被認(rèn)為是最具潛力的鈉離子電池正極材料。發(fā)改能源規(guī)〔2021〕1051號(hào)，國(guó)家發(fā)展改革委國(guó)家能源局關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)，提出“加快飛輪儲(chǔ)能、鈉離子電池等技術(shù)開(kāi)展規(guī)?；囼?yàn)示范”。工信部8月12日回復(fù)政協(xié)委員提案的函中提出“工信部將組織有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究機(jī)構(gòu)適時(shí)開(kāi)展鈉離子電池標(biāo)準(zhǔn)制定，并在標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)、標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批等環(huán)節(jié)予以支持”。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的關(guān)鍵任務(wù)是實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)、大幅提升新能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重、構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。鋰離子電池、鈉離子電池等新型電池作為推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壓艙石，是支撐新能源在電力、交通、工業(yè)、通信、建筑、軍事等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵支撐之一。我國(guó)作為鋰資源消費(fèi)大國(guó)，絕大多數(shù)的鋰資源供給都依賴(lài)進(jìn)口。鈉離子電池以其資源和成本的優(yōu)勢(shì)在儲(chǔ)能和低速電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域已展現(xiàn)出巨大的作用。鈉離子電池相比較鋰離子電池，成本降低35%以上，可以大大降低新能源汽車(chē)的價(jià)格，同時(shí)為了避免鋰資源成為國(guó)家新能源戰(zhàn)略中卡脖子資源，所以迫切需要發(fā)展鈉離子電池，從而促進(jìn)新能源汽車(chē)的發(fā)展。近幾年，鈉離子電池開(kāi)始逐步進(jìn)入規(guī)?；囼?yàn)示范階段，繼鉛蓄電池、鋰離子電池等電化學(xué)儲(chǔ)能體系后，鈉離子電池開(kāi)始在儲(chǔ)能領(lǐng)域嶄露頭角。正極材料是鈉離子電池最核心的關(guān)鍵材料