行业标准项目建议书
建议项目名称
(中文)
锂离子电池正极材料及其前驱体检测方法 大颗粒磁性异物的测定 洁净度仪法
建议项目名称
(英文)
Test methods of lithium ion battery cathode material and its precursor —Determination of large particle magnetic impurities—Cleanliness meter method
制定或修订
■制定 □修订
被修订标准号
采用程度
□IDT □MOD □NEQ
采标号
国际标准名称
(中文)
国际标准名称
(英文)
采用快速程序
□FTP
快速程序代码
□B □C
ICS分类号
77.160
中国标准分类号
H16
牵头单位
广东邦普循环科技有限公司
体系编号
M421
参与单位
广东佳纳能源科技有限公司、湖南邦普循环科技有限公司、湖南长远锂科股份有限公司、格林美股份有限公司、宁波容百新能源科技股份有限公司、金驰能源材料有限公司、湖北万润新能源科技股份有限公司、深圳市德方纳米科技股份有限公司、浙江华友钴业股份有限公司、中伟新材料股份有限公司、成都巴莫科技有限责任公司、天津国安盟固利新材料科技股份有限公司、合肥国轩高科动力能源有限公司、贝特瑞新材料集团股份有限公司、格林美(江苏)钴业股份有限公司、厦门钨业股份有限公司、江西佳纳能源科技有限公司、宜昌邦普时代新能源有限公司、紫金矿业集团股份有限公司
完成周期(月)
24
目的、意义
或必要性

1、国家鼓励正极材料和前驱体的发展

锂离子电池因具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点在小型数码产品和新能源汽车等领域大规模应用。正极材料是锂离子电池的重要组成部分,直接决定了锂离子电池的能量密度、安全性、循环寿命等。目前,已商业化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。当前,动力电池正极材料以三元和磷酸铁锂为主,钴酸锂主要运用于3C领域。据中国有色金属工业协会锂业分会的数据,2021年国内正极材料产量约111.17万吨,同比增长100.78%,其中钴酸锂产量10.1万吨,三元材料产量44.05万吨,磷酸铁锂产量45.91万吨,锰酸锂产量11.11万吨。

前驱体作为合成正极材料的核心原料,如镍钴锰酸锂对应的前驱体是镍钴锰氢氧化物、钴酸锂对应的前驱体为四氧化三钴、磷酸铁锂对应的前驱体是磷酸铁等。正极材料的蓬勃发展,带动了其对应前驱体原料的需求。据统计,2021年国内三元前驱体产量约为62万吨,我国的三元前驱体产量占据全球产量的80%左右,在全球占据绝对优势;四氧化三钴产品约8.3万吨;磷酸铁产量约33万吨。

正极材料和前驱体作为一种新材料,其发展受到国家的大力支持。锂离子电池正极材料和前驱体属于六大产业链框架里面的新能源和智能网联汽车产业链,是新能源汽车的上游原材料产品,属于电池原材料类别。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出“加快壮大新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等产业。”工业和信息化部印发的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2021年版)》将三元材料以及前驱体列入关键战略材料。《战略性新兴产业分类(2018)》中将锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、尖晶石型锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂和富锂锰基等正极材料以及镍钴铝、镍钴锰等层状材料列入鼓励类产品。

2、制定大颗粒磁性异物测试方法的紧迫性和必要性

锂离子电池正极材料中的磁性异物会使电极片自放电,破坏电池的热稳定性及一致性,从而导致安全性降低,甚至导致电池发生自燃,严重影响电子产品和新能源汽车的安全性。以新能源汽车的安全事故为例,据不完全统计,2020年至2022年期间国内已发生自燃事故86起,涉及各个整车企业,其中有36%是静止时起火、26%是充电时起火,23%是行驶时起火,共占自燃事故原因的85%。基于安全事故频发,国家也出台了相关政策保障产品安全,如《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提出要强化企业对产品安全的主体责任,落实生产者责任延伸制度;《关于进一步加强新能源汽车安全体系建设的指导意见》提出要保障产品质量安全,提高动力电池安全水平等。目前行业内普遍认为导致新能源汽车静置、充电、行驶时发生起火事故是由动力电池引起的。其中正极材料中的大颗粒磁性异物具有棱角且比较坚硬、锋利,容易刺穿隔膜造成短路,已成为影响电池安全的重要指标,并被动力电池生产企业重点管控。动力电池企业从供应链安全考虑,将大颗粒磁性异物管控要求沿着“动力电池—正极材料—前驱体” 往上传递到正极材料和前驱体行业。因此,目前正极材料和前驱体均需要测定产品中的大颗粒磁性异物含量。

国家标准《锂离子电池正极材料检测方法 磁性异物含量和残余碱含量的测定》虽然涉及大颗粒磁性异物的测试方法,但该标准采用的是能谱法,不包括洁净度仪法测定大颗粒磁性异物。洁净度仪测试法作为一个非常经典并已成熟应用的方法,最早从2000年开始就被汽车行业引入和推广,2014年逐步被动力电池行业引入用于颗粒物(包括大颗粒磁性异物等)的分析测试。目前,国内包括动力电池生产企业如宁德时代等,以及正极材料及前驱体生产企业广东邦普、广东佳纳、长远锂科、格林美、容百科技、南通瑞翔、宜宾锂宝、成都巴莫、厦门钨业、中伟、巴斯夫杉杉、湖南邦普、金驰、湖北万润、国轩高科、德方纳米等,都已经引进洁净度仪法测定大颗粒磁性异物。

本标准的技术内容与国标中规定的能谱法存在以下区别。1、标准化对象不一致:国标标准化对象只针对正极材料,本标准的标准化对象包括正极材料及其前驱体。2、方法不一致:国标采用能谱法,而本标准采用洁净度仪法。3、试料量不一致:国标的称样量为200 g,而由于大颗粒磁性异物含量很低,为了提高测试准确性,本标准的称样量采用1000 g。4、仪器设备不同:国标使用能谱仪进行测试,而本标准使用洁净度显微镜测试;国标采用500 ml广口瓶,而本标准需要采用10 L的塑料桶;国标采用小型球磨机,本标准需要采用大型的卧式球磨机。5、吸附方式不同:国标是将磁环套外套于广口瓶中,置于小型球磨机进行滚动吸附,而本标准采用将磁棒封口置于桶内后再卧式球磨机上进行滚动吸附。

目前洁净度仪法测定正极材料及其前驱体中的大颗粒磁性异物含量的方法尚处于一个缺失状态,因此建立一套针对适用于锂离子电池正极材料及其前驱体大颗粒磁性异物含量的检测方法标准是十分必要的。本标准的制定将统一规范检测方法,有利于洁净度仪法的推广利用,对减少不同企业之间的试验方法差异,提高检测结果的可靠性和可比性,提升产品质量,减少供应商和客户之间因检测误差造成的商业纠纷、助力锂离子电池正极材料和前驱体产品发展具有十分重要的作用。

因此,有必要且迫切需要制定《锂离子电池正极材料及其前驱体检测方法 大颗粒磁性异物的测定 洁净度仪法》行业标准。


范围和主要
技术内容

1、国家鼓励正极材料和前驱体的发展

锂离子电池因具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点在小型数码产品和新能源汽车等领域大规模应用。正极材料是锂离子电池的重要组成部分,直接决定了锂离子电池的能量密度、安全性、循环寿命等。目前,已商业化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。当前,动力电池正极材料以三元和磷酸铁锂为主,钴酸锂主要运用于3C领域。据中国有色金属工业协会锂业分会的数据,2021年国内正极材料产量约111.17万吨,同比增长100.78%,其中钴酸锂产量10.1万吨,三元材料产量44.05万吨,磷酸铁锂产量45.91万吨,锰酸锂产量11.11万吨。

前驱体作为合成正极材料的核心原料,如镍钴锰酸锂对应的前驱体是镍钴锰氢氧化物、钴酸锂对应的前驱体为四氧化三钴、磷酸铁锂对应的前驱体是磷酸铁等。正极材料的蓬勃发展,带动了其对应前驱体原料的需求。据统计,2021年国内三元前驱体产量约为62万吨,我国的三元前驱体产量占据全球产量的80%左右,在全球占据绝对优势;四氧化三钴产品约8.3万吨;磷酸铁产量约33万吨。

正极材料和前驱体作为一种新材料,其发展受到国家的大力支持。锂离子电池正极材料和前驱体属于六大产业链框架里面的新能源和智能网联汽车产业链,是新能源汽车的上游原材料产品,属于电池原材料类别。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出“加快壮大新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等产业。”工业和信息化部印发的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2021年版)》将三元材料以及前驱体列入关键战略材料。《战略性新兴产业分类(2018)》中将锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、尖晶石型锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂和富锂锰基等正极材料以及镍钴铝、镍钴锰等层状材料列入鼓励类产品。

2、制定大颗粒磁性异物测试方法的紧迫性和必要性

锂离子电池正极材料中的磁性异物会使电极片自放电,破坏电池的热稳定性及一致性,从而导致安全性降低,甚至导致电池发生自燃,严重影响电子产品和新能源汽车的安全性。以新能源汽车的安全事故为例,据不完全统计,2020年至2022年期间国内已发生自燃事故86起,涉及各个整车企业,其中有36%是静止时起火、26%是充电时起火,23%是行驶时起火,共占自燃事故原因的85%。基于安全事故频发,国家也出台了相关政策保障产品安全,如《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提出要强化企业对产品安全的主体责任,落实生产者责任延伸制度;《关于进一步加强新能源汽车安全体系建设的指导意见》提出要保障产品质量安全,提高动力电池安全水平等。目前行业内普遍认为导致新能源汽车静置、充电、行驶时发生起火事故是由动力电池引起的。其中正极材料中的大颗粒磁性异物具有棱角且比较坚硬、锋利,容易刺穿隔膜造成短路,已成为影响电池安全的重要指标,并被动力电池生产企业重点管控。动力电池企业从供应链安全考虑,将大颗粒磁性异物管控要求沿着“动力电池—正极材料—前驱体” 往上传递到正极材料和前驱体行业。因此,目前正极材料和前驱体均需要测定产品中的大颗粒磁性异物含量。

国家标准《锂离子电池正极材料检测方法 磁性异物含量和残余碱含量的测定》虽然涉及大颗粒磁性异物的测试方法,但该标准采用的是能谱法,不包括洁净度仪法测定大颗粒磁性异物。洁净度仪测试法作为一个非常经典并已成熟应用的方法,最早从2000年开始就被汽车行业引入和推广,2014年逐步被动力电池行业引入用于颗粒物(包括大颗粒磁性异物等)的分析测试。目前,国内包括动力电池生产企业如宁德时代等,以及正极材料及前驱体生产企业广东邦普、广东佳纳、长远锂科、格林美、容百科技、南通瑞翔、宜宾锂宝、成都巴莫、厦门钨业、中伟、巴斯夫杉杉、湖南邦普、金驰、湖北万润、国轩高科、德方纳米等,都已经引进洁净度仪法测定大颗粒磁性异物。

本标准的技术内容与国标中规定的能谱法存在以下区别。1、标准化对象不一致:国标标准化对象只针对正极材料,本标准的标准化对象包括正极材料及其前驱体。2、方法不一致:国标采用能谱法,而本标准采用洁净度仪法。3、试料量不一致:国标的称样量为200 g,而由于大颗粒磁性异物含量很低,为了提高测试准确性,本标准的称样量采用1000 g。4、仪器设备不同:国标使用能谱仪进行测试,而本标准使用洁净度显微镜测试;国标采用500 ml广口瓶,而本标准需要采用10 L的塑料桶;国标采用小型球磨机,本标准需要采用大型的卧式球磨机。5、吸附方式不同:国标是将磁环套外套于广口瓶中,置于小型球磨机进行滚动吸附,而本标准采用将磁棒封口置于桶内后再卧式球磨机上进行滚动吸附。

目前洁净度仪法测定正极材料及其前驱体中的大颗粒磁性异物含量的方法尚处于一个缺失状态,因此建立一套针对适用于锂离子电池正极材料及其前驱体大颗粒磁性异物含量的检测方法标准是十分必要的。本标准的制定将统一规范检测方法,有利于洁净度仪法的推广利用,对减少不同企业之间的试验方法差异,提高检测结果的可靠性和可比性,提升产品质量,减少供应商和客户之间因检测误差造成的商业纠纷、助力锂离子电池正极材料和前驱体产品发展具有十分重要的作用。

因此,有必要且迫切需要制定《锂离子电池正极材料及其前驱体检测方法 大颗粒磁性异物的测定 洁净度仪法》行业标准。


国内外情况
简要说明

1、国内外对该技术研究情况简要说明:

目前,由于ISO 16232:2018 《公路车辆—部件和系统的清洁度》系列标准的发布实施,洁净度仪测试法在国内外汽车整车生产企业中大规模应用。近年来,汽车行业的上下游产业链也在逐步引进洁净度仪测试法,特别是动力电池正极材料对于大颗粒磁性异物的敏感性,在正极材料、前驱体生产企业中洁净度仪测试法被广泛应用于测试大颗粒磁性异物。

目前,国内宁德时代等电池企业,以及广东邦普、长远锂科、格林美、天津巴莫、容百科技等众多正极材料和前驱体生产企业,都已经引进大颗粒磁性异物洁净度仪测试法并成熟运用。目前已发布的标准《锂离子电池石墨类负极材料》的附录K和已报批的《锂离子电池正极材料检测方法 磁性异物含量和残余碱含量的测定》中均不包含该方法。

2、项目与国际标准或国外先进标准采用程度的考虑:

经查,目前国外并无使用洁净度仪测定锂离子电池正极材料及其前驱体大颗粒磁性异物的相关标准。

3、与国内相关标准间的关系:

本标准与锂离子电池正极材料和前驱体相关产品标准,如YS/T 798-2012《镍钴锰酸锂》、YS/T 1027-2015《磷酸铁锂》、GB/T 37202-2018《镍锰酸锂》、 GB/T 20252-2014《钴酸锂》、YS/T 677-2016《锰酸锂》、YS/T 1125-2016《镍钴铝酸锂》、YS/T 633-2015《四氧化三钴》、2018-0596T-YS《镍锰二元素氢氧化物》、GB/T 26300-2020《镍钴锰三元素复合氢氧化物》、YS/T 1127-2016《镍钴铝三元素复合氢氧化物》等配套使用,互不冲突。

4、指出是否发现有知识产权的问题:

无知识产权问题。


备注
《新材料产业发展指南》中先进基础材料。 
牵头单位
(签字、盖公章)
月 日
标准化技术组织
(签字、盖公章)
月 日
部委托机构
(签字、盖公章)
月 日
[注1] 填写制定或修订项目中,若选择修订必须填写被修订标准号;
[注2] 选择采用国际标准,必须填写采标号及采用程度;
[注3] 选择采用快速程序,必须填写快速程序代码;
[注4] 体系编号是指在各行业(领域)技术标准体系建设方案中的体系编号。
文件说明
21锂离子电池正极材料及其前驱体检测方法 大颗粒磁性异物的测定 洁净度仪法-行业标准项目建议书.doc (44.05KB)任务书(建议书)