鋰離子電池正極材料標準現(xiàn)狀分析及整合建議①

梁裕鏗，張學梅,2，萬思成，韓忠彬,2

(1.廣東邦普循環(huán)科技有限公司，廣東 佛山 528100；2.中國電池工業(yè)協(xié)會廢舊電池資源化利用分會，北京 100000)

1 前言

隨著20世紀90年代日本索尼公司開發(fā)首款商用鋰離子電池以來，鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電小、環(huán)境友好等顯著優(yōu)點[1]，已被廣泛應用于新能源汽車、儲能、3C消費電子、5G數(shù)據(jù)中心、智能終端等各個領域。正極材料是鋰離子電池的核心組成部分，直接影響著電池的能量密度、功率密度、高低溫性能、循環(huán)性能、安全性等重要性能[2]，是鋰離子電池能量密度提高的瓶頸所在。隨著行業(yè)的發(fā)展，市場上出現(xiàn)了越來越多的正極種類和產(chǎn)品類型，例如用于消費電子領域的鈷酸鋰，以及用于電動汽車領域的錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元正極材料等。

作為最早開展鋰離子正極材料標準化工作的國家之一，我國于2006年就發(fā)布了第一個正極材料國家標準GB/T 20252-2006《鈷酸鋰》，此后陸續(xù)發(fā)布了其他正極材料的產(chǎn)品、分析方法、綠色制造等類型的標準，并已初具規(guī)模且基本滿足了市場的需求。鋰離子正極材料的標準化工作不僅規(guī)范了產(chǎn)品的生產(chǎn)、提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，同時還大力促進了技術的進步，取得不錯的標準引領作用。但隨著正極材料產(chǎn)品及其對應分析方法的快速發(fā)展和不斷更新?lián)Q代，正極材料標準化過程中也勢必存在一些問題需要解決。本文以鋰離子電池正極材料標準為研究對象，按照標準體系結(jié)構梳理目前國內(nèi)標準的現(xiàn)狀，針對標準分布不平衡，從標準整合的角度提出切實可行工作建議，助力鋰離子電池正極材料行業(yè)的規(guī)范化、標準化發(fā)展。

2 國內(nèi)標準概況

依據(jù)GB/T 13016-2018《標準體系構建原則和要求》[3]建立鋰離子電池正極材料標準體系，包括基礎通用標準、產(chǎn)品標準、分析方法標準、綠色低碳標準以及智能制造標準合計五大子體系。鋰離子電池正極材料標準體系如圖1所示。

圖1 鋰離子電池正極材料標準體系框Fig.1 Block diagram of standard system for positive electrode materials of lithium ion batteries.

截止至2022年8月，我國已發(fā)布的68項鋰離子電池正極材料標準中，基礎通用標準2項，產(chǎn)品標準19項，分析方法標準35項，綠色低碳標準12項。其中產(chǎn)品標準和分析方法標準占比將近八成，且多為國家和行業(yè)標準；而綠色低碳類標準雖然也有11項，但絕大部分為團體標準；基礎通用標準和智能制造標準更是寥寥無幾，標準分布出現(xiàn)明顯的不平衡現(xiàn)象。鋰離子電池正極材料標準的具體分布情況統(tǒng)計如表1所示。

表1 已發(fā)布的鋰離子電池正極材料標準分布統(tǒng)計Table 1 Statistics of standard distribution of positive electrode materials of lithium ion batteries published.

3 標準現(xiàn)狀分析

針對上述問題，對各標準子體系內(nèi)的現(xiàn)有標準進行具體的分析，探究標準分布不平衡的主要原因。

3.1 基礎通用標準

基礎通用標準是標準體系的基礎，包括術語和定義、分類及牌號等通用類型標準，一般會被其他標準所引用，具有廣泛的指導意義。已發(fā)布的正極材料基礎通用標準有2項，為GB/T 3500-2008《粉末冶金 術語》和GB/T 17433-2014《冶金產(chǎn)品化學分析基礎術語》與粉末冶金相關的通用型術語標準，針對正極材料的術語和定義、命名及分類等基礎通用標準仍處于缺失狀態(tài)。

3.2 產(chǎn)品標準

產(chǎn)品標準是標準體系的核心，是企業(yè)組織生產(chǎn)、出廠檢驗、貿(mào)易(交貨)、技術交流、仲裁的依據(jù)[4]。已發(fā)布的鋰離子電池正極材料產(chǎn)品標準有19項，在研標準有3項，涵蓋了常用的正極材料產(chǎn)品，但部分標準標齡已超過5年，如GB/T 26031-2010《鎳酸鋰》、YS/T 798-2012《鎳鈷錳酸鋰》等，已不能滿足正極材料產(chǎn)品快速發(fā)展的需要。

3.3 分析方法標準

分析方法標準與產(chǎn)品的技術要求息息相關、相輔相成，一般與產(chǎn)品標準配套使用。已發(fā)布的鋰離子電池正極材料分析方法標準有35項，在研標準有9項，涵蓋有化學成分分析、電化學性能測試以及理化性能測試3個標準類別。

目前，分析方法標準數(shù)量占比超過一半，造成整個正極材料標準體系的分布不平衡。同時由于部分標準歸口不同標委會的情況，導致如《鋰離子電池正極材料檢測方法 磁性異物和殘余堿含量的測定》(在研)、SJ/T 11795-2022《鋰離子電池電極材料中磁性異物含量測試方法》和SJ/T 11794-2022《鋰離子電池正極材料游離鋰的測試方法》標準中出現(xiàn)交叉重復的問題，不利于標準的使用。

3.4 綠色低碳標準

在全球氣候變暖的背景下，綠色低碳發(fā)展已成為全球主要經(jīng)濟體共同的時代選擇[5]。而標準作為貫徹國家政策、推動行業(yè)發(fā)展的重要工具，發(fā)揮著關鍵作用，因此綠色低碳標準逐漸受到社會各界的廣泛關注。目前，已發(fā)布的標準有12項，多為綠色設計產(chǎn)品評價標準。基于新能源產(chǎn)業(yè)對于“雙碳”目標的支撐作用，但目前低碳發(fā)展相關的立項標準基本為零，不足以支撐行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，無法滿足產(chǎn)業(yè)鏈上下游的需求。

3.5 智能制造標準

智能制造作為先進制造技術與信息技術深度融合的成果，已經(jīng)成為制造業(yè)的發(fā)展趨勢，《中國制造2025》的頒布標志著智能制造成為我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主攻方向[6]。近年來，不少正極材料生產(chǎn)企業(yè)已制定智能制造升級行動規(guī)劃，并在新建項目上進行推廣實施。目前，并無發(fā)布正極材料相關的智能制造標準，只有1項《鋰離子電池正極材料行業(yè)智能生產(chǎn)規(guī)范》預研標準。未來隨著各正極材料生產(chǎn)企業(yè)智能化、數(shù)字化、自動化改造進程的推進，將涌現(xiàn)更多的標準化需求。

經(jīng)過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，造成目前標準化不平衡的主要原因包括標準老化滯后未跟上產(chǎn)品發(fā)展、標準歸口不同造成標準交叉重復、綠色低碳和智能制造類標準缺失等問題。標準缺失問題依賴于行業(yè)內(nèi)完善標準化體系建設，需要各方長期的共同努力；而標準滯后以及標準交叉重復的問題，可以通過標準整合的方式快速得到有效改善，是解決正極材料標準分布不平衡問題的有效途徑之一。

4 標準整合原則

根據(jù)目前國家政策導向，優(yōu)化標準供給結(jié)構、持續(xù)推進標準優(yōu)化整合、逐步減少一般性技術和產(chǎn)品標準的數(shù)量也是國家下一步標準化改革的重點工作之一[7-9]。因此提出三個標準整合原則，為正極材料標準整合工作、改善正極材料標準不平衡提供參考。具體包括以下幾點。

(1)適用性原則。同類型標準個數(shù)多，整合要考慮適用性問題。以正極材料產(chǎn)品中鎳含量分析方法為例，目前主要涉及丁二酮肟重量法、火焰原子吸收光譜法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法3種方法，每種分析方法均針對不同的鎳含量范圍。在整合中就需要充分考慮標準的適用性問題，保證整合后標準內(nèi)容的完整性。

(2)協(xié)調(diào)性原則。每項標準參編單位多，整合時存在牽頭單位協(xié)調(diào)問題。鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、富鋰錳基等產(chǎn)品標準，以及配套使用的分析方法標準，這些標準均涉及生產(chǎn)方、使用方、第三方檢驗機構、科研院所和高校等眾多參編單位。在整合過程中，須權衡各相關方訴求，擬定合適的牽頭單位，需要進行充分溝通、協(xié)調(diào)。

(3)科學性原則。標準技術要求高，整合內(nèi)容的科學性問題。由于正極材料為構成鋰離子電池的關鍵組成部分，其化學成分、電化學性能、磁性異物等指標均十分關鍵，部分指標還直接關系著鋰離子電池的安全性能。因此，在整合過程一定要經(jīng)過科學的論證，并以試驗數(shù)據(jù)為支撐，保證整合內(nèi)容的科學合理性，能夠被各相關方所認同。

5 結(jié)論與建議

雖然鋰離子電池正極材料標準已較為完善，基本覆蓋了主流的產(chǎn)品和常用的分析方法，但由于正極材料產(chǎn)品發(fā)展迅速，而剛開始制定標準時，多從實用性出發(fā)，并未從頂層設計開始規(guī)劃，導致存在一些問題。為貫徹落實國家政策要求，優(yōu)化標準結(jié)構和質(zhì)量，推動標準的整合工作，基于本文提出的三個整合原則，同步提出以下幾點建議。

(1)協(xié)調(diào)標準歸口單位。目前，大部分鋰離子電池正極材料標準均歸口在全國有色金屬標準化技術委員會，還有少數(shù)歸口在中國電子技術標準化研究院、全國納米技術標準化技術委員會等標委會。由于不同標準化組織之間存在一定的信息不對稱、協(xié)調(diào)滯后，導致部分標準內(nèi)容存在交叉重復等問題，需要進一步探索和加強各標委會之間的協(xié)同。

(2)完善基礎通用標準。通過搭建正極材料的基礎通用標準、完善標準體系頂層設計，才能不斷提升標準化水平，并同步轉(zhuǎn)化為外文版或國際標準，更好地讓中國標準走出國門，使得我國從正極材料的制造大國向制造強國發(fā)展。

(3)系統(tǒng)整合產(chǎn)品標準。產(chǎn)品標準作為鋰離子電池正極材料標準體系中的關鍵標準，貿(mào)然整合容易導致相關產(chǎn)品無標準可依，造成市場的混亂，因此可分階段推進整合工作。由于正極材料的發(fā)展和更新?lián)Q代十分迅速，建議對發(fā)布超過5年的標準進行復審，同時可考慮對標準化對象相近的產(chǎn)品標準進行整合合并。

(4)精簡分析方法標準。建議通過分析方法標準子體系梳理現(xiàn)有標準，分步推進整合工作。針對通用型的正極材料分析方法標準，可通過建立《鋰離子電池正極材料化學分析方法》、《鋰離子電池正極材料電化學性能測試》等系列標準進行系統(tǒng)整合。

(5)推進綠色低碳、智能制造標準研制。為如期實現(xiàn)“雙碳”目標，推動數(shù)字化、智能化、綠色化融合，需要健全綠色低碳、智能制造標準，發(fā)揮標準的引領作用?；阡囯x子電池正極材料在新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的重要性，建議加快開展組織、產(chǎn)品層面的核算、核查、監(jiān)測、限額等低碳標準研制，加快行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。

由于已發(fā)布或在研的每項標準都有其適用范圍和技術要求，需要對標準中的每一個條款和應用場景進行深入研究后，方能給出經(jīng)得起論證的整合方案，因此整合工作不可能一蹴而就。在今后的鋰離子電池正極材料標準整合精簡實施過程中，應按步驟推進整合工作，適時對整合方案進行再研討，必要時可調(diào)整方案，以達到科學合理的要求，讓標準引領行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。