本文介紹了國內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業(yè)的發(fā)展。2010年,我國自主開發(fā)的電池級碳酸鋰生產規(guī)模已近1萬噸,正極材料鈷酸鋰產量超過1.5萬噸;鎳鈷錳三元正極材料以及錳酸鋰的生產和銷售也取得新進展;磷酸鐵鋰正極材料也已投入使用;六氟磷酸鋰電解質材料成功開發(fā),并已實現(xiàn)產業(yè)化。
我國在電池材料生產這一環(huán)節(jié)中無論是上游的礦產資源,還是各種電池材料均存在著比較優(yōu)勢,并且部分產品已經處于世界領先地位。隨著我國鋰離子電池材料產業(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
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商和用戶的需求。
近年來,每年都有鋰電池材料產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品和相關檢測方法標準的制修訂工作,如:《鎳酸鋰》GB/T26031-2010、《鈷酸鋰電化學性能測試首次放電比容量及首次充放電效率測試方法》GB/T23365-2009、《鈷酸鋰電化學性能測試放電平臺容量比率及循環(huán)壽命測試方法》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。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。
3鋰離子電池材料產業(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)模產業(yè)化,批量少、生產裝備科技含量低,并且部分標準缺失,導致鋰離子電池材料產品評價條件不一,品質參差不齊,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,而且涉及產品面非常廣;既有在正、負極材料和電解液材料的產品標準,又有上游原材料如碳酸鋰、氟化鋰等產品標準;既有產品規(guī)范,又有產品的分析、測試方法。
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)定了產品的要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志、運輸、貯存等內容。還有1項標準GB/T19282-2003為六氟磷酸鋰產品的分析方法。
電池級單水氫氧化鋰和電池級碳酸鋰可以作為生產正極材料和電解質鹽六氟磷酸鋰的鋰源,四氧化三鈷用以生產正極材料,電池級氟化鋰主要用于生產電池級六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰是生產電解液的主要原材料,其占電解液成本的50%左右,目前全球范圍內只有中國、日本實現(xiàn)了六氟磷酸鋰產業(yè)化。由于生產技術難度非常高,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,且產能較少,品質與國外也存在很大差距。