《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》編制說明（預審）

3根據中國有色金屬工業(yè)協(xié)會《關于下達2023年第一批協(xié)會標準制修訂計劃的通知》（中色協(xié)科字[2023]14號）的文件精神，由湖北萬潤新能源科技股份有限公司負責起草有色金屬協(xié)會標準《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》。項目計劃編號為2023-009-T/CNIA，項目計劃周期為24個月。湖北萬潤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，國家級專精特新“小巨人”企業(yè)，國家級高新技術企業(yè)，是湖北省發(fā)改委認定的企業(yè)技術中心、湖北省工程研究中心和湖北省科技廳工程技術研究中心。公司是國內最早從事新能源電池正極材料生產和研發(fā)的企業(yè)之一，主要生產鋰離子動力電池、儲能電池的正極材料及其前驅體，產品為磷酸鐵鋰、磷酸鐵等，產品銷往寧德時代、比亞迪、贛鋒鋰業(yè)、萬向一二三等國內外知名企業(yè)。公司磷酸鐵鋰和磷酸鐵產品在核心數(shù)據指標上都到達了業(yè)內先進水平。產品持續(xù)出新，用途多元廣泛，在功率型、動力型、儲能型、長壽型材料等方向不斷探索。經過多年的科技創(chuàng)新和技術沉淀，產品結構不斷優(yōu)化，性能持續(xù)提升?，F(xiàn)公司已成長為一家高效、綠色、環(huán)保的集團公司，已形成山東濱州、安徽安慶、湖北十堰、襄陽、鄂州等三省五地八大生產基地的企業(yè)規(guī)模。公司也已布局鈉離子電池正極材料領域研發(fā)及生產，2023年上半年實現(xiàn)量產。公司累計參與編制的國家標準、行業(yè)標準、團體標準等四十余項。本文件起草單位有：湖北萬潤新能源科技股份有限公司、中國地質大學（武漢）、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、北京當升材料科技股份有限公司、中偉新材料有限公司、蜂巢能源科技股份有限公司、合肥國軒高科動力能源有限公司、貝特瑞新材料集團股份有限公司、格林美（無錫）能源材料有限公司、寧波容百新能源科技股份有限公司、天津巴莫科技有限責任公司、湖南長遠鋰科股份有限公司、金馳能源材料有限公司等。其中湖北萬潤新能源科技股份有限公司負責調研新能源行業(yè)鈉離子電池正極材料磷酸釩鈉的各項指標情況，組織開展試驗驗證并進行數(shù)據分析，形成統(tǒng)一的產品技術要求，撰寫標準文本和編制說明等。中國地質大學（武漢）、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、北京當升材料科技股份有限公司、中偉新材料有限公司、蜂巢能源科技股份有限公司、合肥國軒高科動力能源有限公司、貝特瑞新材料集團股份有限公司、格林美（無錫）能源材料有限公司、寧波容百新能源科技股份有限公司等單位負責提供本單位的產品技術規(guī)范、參與試驗驗證，對標準文本提出修改意見。本文件主要起草人有：XXX……。各起草人在本文件編制過程中的工作職責見表1所示：表1各起草人及其工作職責起草人姓名工作職責XXX產品性能指標調研及分析，組織開展試驗驗證并進4行數(shù)據分析，編寫標準文本和編制說明XXX提供產品性能指標調研數(shù)據，提供驗證樣品或驗證測試數(shù)據。參加標準工作會議，對標準文本提出修改意見XXX參加標準工作會議，對標準文本提出修改意見1.4.1立項階段2022年9月，湖北萬潤新能源科技股份有限公司向全國有色金屬標準化技術委員會粉末冶金分會(SAC/TC243/SC4)提交《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》標準制定項目建議書。2022年11月3日在全國有色金屬標準化技術委員會年會上進行了論證。2023年2月13日，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會印發(fā)《關于下達2023年第一批協(xié)會標準制修訂計劃的通知》（中色協(xié)科字[2023]14號），協(xié)會標準《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》立項成功。1.4.2起草階段2023年2月，湖北萬潤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》起草編制工作任務后，立即安排了標準項目負責人，組織骨干人員成立了標準編制組，開始籌備標準編制工作。2023年3月13日，全國有色標準化技術委員會在海南海口組織召開了有色金屬標準工作會議，會議對《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》進行了任務落實。來自廣東邦普循環(huán)科技有限公司、廈門廈鎢新能源材料股份有限公司、北京當升材料科技股份有限公司、中偉新材料有限公司、合肥國軒高科動力能源有限公司、格林美（無錫）能源材料有限公司、寧波容百新能源科技股份有限公司、天津巴莫科技有限責任公司、湖南長遠鋰科股份有限公司、金馳能源材料有限公司等多家單位的代表參加了會議。會議組織成立了標準編制工作組，對目標任務進行了分解，明確成員的任務要求，制定工作計劃和任務安排。標準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性能指標情況，查閱了大量國內外相關文獻資料，結合目前國內外磷酸釩鈉的生產和用戶需求情況，于2023年5月形成了標準的征求意見稿和編制說明。1.4.3征求意見階段2023年7月18日，全國有色金屬標準化技術委員會組織召開有色金屬標準工作會議，來自中國地質大學（武漢）、廈門廈鎢新能源材料股份有限公司、廣東邦普循環(huán)科技有限公司、北京當升材料科技股份有限公司、中偉新材料有限公司、蜂巢能源科技股份有限公司、合肥國軒高科動力能源有限公司、浙江鈉創(chuàng)新能源有限公司、貝特瑞新材料集團股份有限公司、格林美（無錫）能源材料有限公司、寧波容百新能源科技股份有限公司、天津巴莫科技有限責任公司等單位的專家、代表對標準討論稿和編制說明進行了討論，提出了修改意見及建議。會后根據意見進行了樣品收集及試驗驗證。同時，全國有色金屬標準化技術委員會通過工作群、郵件向委員單位征求意見，并將征求意見資料在網站上發(fā)布，向社會公開征求意見。征求意見的單位包括主要生產、經銷、使用、科研、檢驗等單位及大專院校，征求意見單位廣泛且具有代表性。2023年12月標準制定工作組對收集到的意見進行整理，共收到了20條意見，形成了標準征求意見稿意見匯總處理表。同時對標準征求意見稿進行修改，于2023年12月完成標準的預審稿和編制說明。1.4.4審查階段51.4.5報批階段本標準按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫規(guī)則》要求編寫。近幾年，鈉離子電池開始逐步進入規(guī)?；囼炇痉峨A段，繼鉛蓄電池、鋰離子電池等電化學儲能體系后，鈉離子電池開始在儲能領域嶄露頭角。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)已實現(xiàn)商業(yè)化。寧德時代宣布鈉離子電池將于2023年基本建成產業(yè)鏈并量產。隨著國家工信部出臺政策，推進鈉離子電池的產業(yè)化，相關電池廠已經推出鈉離子電池，但鈉電池材料方面標準依然空白。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)已實現(xiàn)商業(yè)化，但目前沒有產品標準可以參考。制定《鈉離子電池用正極材料磷酸釩鈉》產品標準，有利于指導磷酸釩鈉材料的測試、使用，有利于磷酸釩鈉的規(guī)范生產、質量統(tǒng)一、廣泛應用，為相關產業(yè)提供技術指導，滿足用戶需求，促進鈉離子電池產業(yè)發(fā)展。標準的主要技術要求根據國內主要研發(fā)及生產企業(yè)、科研單位的產品指標調研情況進行確定，標準編制組收到了4家單位的產品指標數(shù)據，調研單位以單位A～單位D表示。3.1.1化學成分本標準根據市場現(xiàn)有的磷酸釩鈉產品情況，規(guī)定了主元素種類。雜質金屬元素的存在會影響電池安全性能，參考鋰離子電池正極材料對雜質元素含量的要求及市場現(xiàn)有的磷酸釩鈉產品情況，本標準規(guī)定了雜質元素種類。需方有特殊要求時，按供需雙方協(xié)商的雜質元素種類進行測試。調研單位化學成分統(tǒng)計表如表2所示。6表2化學成分統(tǒng)計表%V%P%C%2% 0%—0%—0K%—0%—0%—0根據各調研單位產品化學成分指標要求，同時考慮使用企業(yè)要求，本標準規(guī)定磷酸釩鈉產品化學成分要求如表3所示。表3化學成分%（質量分數(shù)）VPCK3.1.2水分含量水分對電池極片制備和電池性能影響較大。材料水分超標，會影響電池極片涂覆工藝，若多余水分進入電池中易引發(fā)安全問題，故應嚴格控制產品水分含量。調研單位水分含量統(tǒng)計表如表4所示。表4水分含量統(tǒng)計表%0根據各調研單位產品水分含量指標要求，同時考慮使用企業(yè)要求，本標準規(guī)定產品的水分含量應不大于0.2%。3.1.3外觀質量調研單位外觀質量統(tǒng)計表如表5所示。表5外觀質量統(tǒng)計表7根據各調研單位產品外觀質量要求，本標準規(guī)定產品的外觀應為灰黑色粉末，顏色均一，無硬結塊。3.1.4粉末壓實密度產品的粉末壓實密度會影響電池的能量密度，是行業(yè)普遍關注的重要指標。調研單位粉末壓實密度統(tǒng)計表如表6所示。表6粉末壓實密度統(tǒng)計表>1.5>1.5/根據表中各調研單位產品壓實密度指標要求，本標準規(guī)定產品的壓實密度應不小于1.4g/cm3。3.1.5振實密度本標準根據行業(yè)需求，規(guī)定了產品振實密度要求。調研單位振實密度統(tǒng)計表如表7所示。表7振實密度統(tǒng)計表/根據各調研單位產品振實密度指標要求，同時考慮使用企業(yè)要求，本標準規(guī)定產品的振實密度應不小于0.45g/cm3。3.1.6粒度分布產品的粒度分布會影響產品的加工性能。本標準根據行業(yè)需求，規(guī)定粒度分布要求。調研單位粒度分布統(tǒng)計表如表8所示。表8粒度分布統(tǒng)計表DDDD根據各調研單位產品粒度分布指標要求，同時考慮使用企業(yè)要求，本標準規(guī)定產品的粒度分布特征值應符合表9的要求。表9粒度分布要求DDDD3.1.7比表面積產品的比表面積會影響產品的加工性能，根據行業(yè)需求，本標準規(guī)定了產品比表面積要求。調研單位比表面積統(tǒng)計表如表10所示。8表10比表面積統(tǒng)計表m/g根據各調研單位產品比表面積指標要求，同時考慮使用企業(yè)要求，本標準規(guī)定產品的比表面積應不大于45m2/g。3.1.8pH值本標準根據行業(yè)需求，規(guī)定了產品pH值要求。調研單位pH值統(tǒng)計表如表11所示。表11pH值統(tǒng)計表8根據各調研單位產品pH值指標要求，同時考慮使用企業(yè)要求，本標準規(guī)定產品的pH值應為8±2。3.1.9殘余鈉本標準根據行業(yè)需求，規(guī)定了產品殘余鈉要求。調研單位殘余鈉統(tǒng)計表如表12所示。表12殘余鈉統(tǒng)計表%—根據各調研單位產品殘余鈉指標要求，同時考慮使用企業(yè)要求，本標準規(guī)定產品的殘余鈉應含量應不大于0.5%。3.1.10電化學性能本標準根據行業(yè)及市場的普遍需求，規(guī)定了產品電化學性能指標要求。調研單位電化學性能統(tǒng)計表如表13所示。表13電化學性能統(tǒng)計表%3.1.10.10.1C首次放電比容量根據各調研單位產品0.1C首次放電比容量要求，同時考慮使用企業(yè)要求，本標準規(guī)定產品在0.1C充放電倍率條件下的首次放電比容量應不小于100mAh/g，電壓范圍2V～4V。3.1.10.20.1C首次充放電效率根據各調研單位產品0.1C首次放電比容量要求，同時考慮使用企業(yè)要求，本標準規(guī)定產品在0.1C充放電倍率條件下的首次充放電效率應不小于90%，電壓范圍2V～4V。3.2.1化學成分9產品化學成分的測定參照GB/T30902-2014的規(guī)定進行。其中C元素含量的測定按GB/T20123的規(guī)定進行。3.2.2水分含量參照鋰離子電池正極材料水分含量的測試方法，規(guī)定本文件中產品水分含量的測定按GB∕T11133的規(guī)定進行。3.2.3外觀質量產品的外觀用目視檢查。3.2.4壓實密度參照鋰離子電池正極材料壓實密度含量的測試方法，規(guī)定本文件中產品壓實密度的測定按GB/T24533附錄L的規(guī)定進行。3.2.5振實密度產品振實密度的測定按照金屬粉末振實密度的測定方法，按GB/T5162的規(guī)定進行。3.2.6粒度分布參照鋰離子電池正極材料粒度分布的測試方法，規(guī)定本文件中產品粒度分布的測定按GB/T19077的規(guī)定進行。3.2.7比表面積參照鋰離子電池正極材料比表面積的測試方法，規(guī)定本文件中產品比表面積的測定按GB/T19587的規(guī)定進行。3.2.8pH值根據實際生產檢測情況，規(guī)定本文件中產品pH值的測定按GB/T9724的規(guī)定進行。3.2.9殘余鈉參照鋰離子電池正極材料殘余鋰測試方法，規(guī)定本文件中產品殘余鈉的測定參照GB/T41704規(guī)定方法進行測定。3.2.10電化學性能產品電化學性能的測定按照標準文件中附錄A的規(guī)定進行。針對本標準涉及產品，按本標準規(guī)定的方法，參編單位對產品的主要技術指標進行了驗證。本驗證試驗收集了2家單位的磷酸釩鈉樣品，為保護樣品提供單位信息，驗證樣品以編號NVP-A、NVP-B表示。本驗證試驗有6家單位參與提供測試數(shù)據，以驗證單位1～6表示。驗證數(shù)據及分析如下。3.3.1化學成分各驗證單位對驗證樣品化學成分的檢測結果統(tǒng)計數(shù)據如表14所示。由表知，絕大部分驗證數(shù)據在標準設定要求范圍內，僅個別數(shù)據超出標準設定要求，考慮為試驗誤差，認為本標準中規(guī)定的化學成分要求是合理的。表14化學成分驗證結果統(tǒng)計表--注：ND為低于檢測限未檢出。3.3.2水分含量各驗證單位對驗證樣品水分含量的檢測結果統(tǒng)計數(shù)據如表15所示。表15水分含量驗證結果統(tǒng)計表3.3.3粉末壓實密度各驗證單位對驗證樣品粉末壓實密度的檢測結果統(tǒng)計數(shù)據如表16所示。由表知，全部驗證數(shù)據均高于1.4g/cm3，本標準中規(guī)定的粉末壓實密度要求是合理的。表16粉末壓實密度驗證結果統(tǒng)計表3.3.4振實密度各驗證單位對驗證樣品振實密度的檢測結果統(tǒng)計數(shù)據如表17所示。由表知，全部驗證數(shù)據均高于0.45g/cm3，本標準中規(guī)定的振實密度要求是合理的。表17振實密度驗證結果統(tǒng)計表3.3.5粒度分布各驗證單位對驗證樣品粒度分布的檢測結果統(tǒng)計數(shù)據如表18所示。由表知，全部驗證數(shù)據均在標準設定要求范圍內，本標準中規(guī)定的粒度分布要求是合理的。表18粒度分布驗證結果統(tǒng)計表D10D50D90D993.3.6比表面積各驗證單位對驗證樣品比表面積的檢測結果統(tǒng)計數(shù)據如表19所示。由表知，全部驗證數(shù)據均在標準設定要求范圍內，本標準中規(guī)定的比表面積要求是合理的。表19比表面積驗證結果統(tǒng)計表3.3.7pH值各驗證單位對驗證樣品pH值的檢測結果統(tǒng)計數(shù)據如表20所示。由表知，全部驗證數(shù)據均在標準設定要求范圍內，本標準中規(guī)定的pH值要求是合理的。表20pH值驗證結果統(tǒng)計表3.3.8殘余鈉各驗證單位對驗證樣品殘余鈉的檢測結果統(tǒng)計數(shù)據如表21所示。由表知，全部驗證數(shù)據均低于標準設定要求，本標準中規(guī)定的殘余鈉要求是合理的。表21殘余鈉驗證結果統(tǒng)計表3.3.9電化學性能各驗證單位對驗證樣品電化學性能的檢測結果統(tǒng)計數(shù)據如表22所示。表22電化學性能驗證結果統(tǒng)計表/3.1.10.10.1C首次放電比容量由表22知，驗證樣品的0.1C首次放電比容量均在標準設定要求范圍內，標準中規(guī)定的0.1C首次放電比容量要求是科學合理的。3.1.10.20.1C首次充放電效率由表22知，驗證樣品的0.1C首次充放電效率均均在標準設定要求范圍內，標準中規(guī)定的0.1C首次充放電效率要求是科學合理的。本文件不涉及專利問題。5.1標準編寫的目的和意義近年來，發(fā)展具有可靠和高效儲能系統(tǒng)的可充電電池（二次電池）是一大趨勢。現(xiàn)如今大多數(shù)運用與市場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，導致相應的正極材料原料短缺且價格昂貴，難以滿足未來市場的發(fā)展要求。鈉與鋰同族，兩者具有相似的化學性質，與鋰資源相比，鈉的儲量更豐富、成本更低。鈉（Na）被認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性能在很大程度上取決于正極和負極材料固有的化學性質，其中正極材料在實現(xiàn)優(yōu)異的Na存儲方面起著重要作用，正極材料決定了鈉離子電池的安全性、價格、能量密度和功率密度。發(fā)改能源規(guī)〔2021〕1051號，國家發(fā)展改革委國家能源局關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見，提出“加快飛輪儲能、鈉離子電池等技術開展規(guī)模化試驗示范”。工信部8月12日回復政協(xié)委員提案的函中提出“工信部將組織有關標準研究機構適時開展鈉離子電池標準制定，并在標準立項、標準報批等環(huán)節(jié)予以支持”。實現(xiàn)碳達峰、碳中和的關鍵任務是實施可再生能源替代行動、大