梁裕鏗，張學(xué)梅,2，萬(wàn)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(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)廢舊電池資源化利用分會(huì)，北京 100000)

1 前言

隨著20世紀(jì)90年代日本索尼公司開(kāi)發(fā)首款商用鋰離子電池以來(lái)，鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、環(huán)境友好等顯著優(yōu)點(diǎn)[1]，已被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、儲(chǔ)能、3C消費(fèi)電子、5G數(shù)據(jù)中心、智能終端等各個(gè)領(lǐng)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(chǎng)上出現(xiàn)了越來(lái)越多的正極種類和產(chǎn)品類型，例如用于消費(fèi)電子領(lǐng)域的鈷酸鋰，以及用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域的錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元正極材料等。

作為最早開(kāi)展鋰離子正極材料標(biāo)準(zhǔn)化工作的國(guó)家之一，我國(guó)于2006年就發(fā)布了第一個(gè)正極材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，并已初具規(guī)模且基本滿足了市場(chǎng)的需求。鋰離子正極材料的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)還大力促進(jìn)了技術(shù)的進(jìn)步，取得不錯(cuò)的標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)作用。但隨著正極材料產(chǎn)品及其對(duì)應(yīng)分析方法的快速發(fā)展和不斷更新?lián)Q代，正極材料標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中也勢(shì)必存在一些問(wèn)題需要解決。本文以鋰離子電池正極材料標(biāo)準(zhǔn)為研究對(duì)象，按照標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)梳理目前國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)分布不平衡，從標(biāo)準(zhǔn)整合的角度提出切實(shí)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(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)概況

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

圖1 鋰離子電池正極材料標(biāo)準(zhǔn)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(guó)已發(fā)布的68項(xiàng)鋰離子電池正極材料標(biāo)準(zhǔn)中，基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)19項(xiàng)，分析方法標(biāo)準(zhǔn)35項(xiàng)，綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)12項(xiàng)。其中產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和分析方法標(biāo)準(zhǔn)占比將近八成，且多為國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；而綠色低碳類標(biāo)準(zhǔn)雖然也有11項(xiàng)，但絕大部分為團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)；基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)和智能制造標(biāo)準(zhǔn)更是寥寥無(wú)幾，標(biāo)準(zhǔn)分布出現(xiàn)明顯的不平衡現(xiàn)象。鋰離子電池正極材料標(biāo)準(zhǔn)的具體分布情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。

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

3 標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)子體系內(nèi)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體的分析，探究標(biāo)準(zhǔn)分布不平衡的主要原因。

3.1 基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)

基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)，包括術(shù)語(yǔ)和定義、分類及牌號(hào)等通用類型標(biāo)準(zhǔn)，一般會(huì)被其他標(biāo)準(zhǔn)所引用，具有廣泛的指導(dǎo)意義。已發(fā)布的正極材料基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)有2項(xiàng)，為GB/T 3500-2008《粉末冶金 術(shù)語(yǔ)》和GB/T 17433-2014《冶金產(chǎn)品化學(xué)分析基礎(chǔ)術(shù)語(yǔ)》與粉末冶金相關(guān)的通用型術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)正極材料的術(shù)語(yǔ)和定義、命名及分類等基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)仍處于缺失狀態(tài)。

3.2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)體系的核心，是企業(yè)組織生產(chǎn)、出廠檢驗(yàn)、貿(mào)易(交貨)、技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)有19項(xiàng)，在研標(biāo)準(zhǔn)有3項(xiàng)，涵蓋了常用的正極材料產(chǎn)品，但部分標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)齡已超過(guò)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(biāo)準(zhǔn)

分析方法標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品的技術(shù)要求息息相關(guān)、相輔相成，一般與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)配套使用。已發(fā)布的鋰離子電池正極材料分析方法標(biāo)準(zhǔn)有35項(xiàng)，在研標(biāo)準(zhǔn)有9項(xiàng)，涵蓋有化學(xué)成分分析、電化學(xué)性能測(cè)試以及理化性能測(cè)試3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)類別。

目前，分析方法標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量占比超過(guò)一半，造成整個(gè)正極材料標(biāo)準(zhǔn)體系的分布不平衡。同時(shí)由于部分標(biāo)準(zhǔn)歸口不同標(biāo)委會(huì)的情況，導(dǎo)致如《鋰離子電池正極材料檢測(cè)方法 磁性異物和殘余堿含量的測(cè)定》(在研)、SJ/T 11795-2022《鋰離子電池電極材料中磁性異物含量測(cè)試方法》和SJ/T 11794-2022《鋰離子電池正極材料游離鋰的測(cè)試方法》標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)交叉重復(fù)的問(wèn)題，不利于標(biāo)準(zhǔn)的使用。

3.4 綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)

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(jì)體共同的時(shí)代選擇[5]。而標(biāo)準(zhǔn)作為貫徹國(guó)家政策、推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的重要工具，發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因此綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)逐漸受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。目前，已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)有12項(xiàng)，多為綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?；谛履茉串a(chǎn)業(yè)對(duì)于“雙碳”目標(biāo)的支撐作用，但目前低碳發(fā)展相關(guān)的立項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)基本為零，不足以支撐行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，無(wú)法滿足產(chǎn)業(yè)鏈上下游的需求。

3.5 智能制造標(biāo)準(zhǔn)

智能制造作為先進(jìn)制造技術(shù)與信息技術(shù)深度融合的成果，已經(jīng)成為制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，《中國(guó)制造2025》的頒布標(biāo)志著智能制造成為我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主攻方向[6]。近年來(lái)，不少正極材料生產(chǎn)企業(yè)已制定智能制造升級(jí)行動(dòng)規(guī)劃，并在新建項(xiàng)目上進(jìn)行推廣實(shí)施。目前，并無(wú)發(fā)布正極材料相關(guān)的智能制造標(biāo)準(zhǔn)，只有1項(xiàng)《鋰離子電池正極材料行業(yè)智能生產(chǎn)規(guī)范》預(yù)研標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)隨著各正極材料生產(chǎn)企業(yè)智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化改造進(jìn)程的推進(jìn)，將涌現(xiàn)更多的標(biāo)準(zhǔn)化需求。

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

4 標(biāo)準(zhǔn)整合原則

根據(jù)目前國(guó)家政策導(dǎo)向，優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)供給結(jié)構(gòu)、持續(xù)推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化整合、逐步減少一般性技術(shù)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量也是國(guó)家下一步標(biāo)準(zhǔn)化改革的重點(diǎn)工作之一[7-9]。因此提出三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)整合原則，為正極材料標(biāo)準(zhǔn)整合工作、改善正極材料標(biāo)準(zhǔn)不平衡提供參考。具體包括以下幾點(diǎn)。

(1)適用性原則。同類型標(biāo)準(zhǔn)個(gè)數(shù)多，整合要考慮適用性問(wèn)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(duì)不同的鎳含量范圍。在整合中就需要充分考慮標(biāo)準(zhǔn)的適用性問(wèn)題，保證整合后標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的完整性。

(2)協(xié)調(diào)性原則。每項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)參編單位多，整合時(shí)存在牽頭單位協(xié)調(diào)問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)，以及配套使用的分析方法標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)均涉及生產(chǎn)方、使用方、第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)、科研院所和高校等眾多參編單位。在整合過(guò)程中，須權(quán)衡各相關(guān)方訴求，擬定合適的牽頭單位，需要進(jìn)行充分溝通、協(xié)調(diào)。

(3)科學(xué)性原則。標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求高，整合內(nèi)容的科學(xué)性問(wèn)題。由于正極材料為構(gòu)成鋰離子電池的關(guān)鍵組成部分，其化學(xué)成分、電化學(xué)性能、磁性異物等指標(biāo)均十分關(guān)鍵，部分指標(biāo)還直接關(guān)系著鋰離子電池的安全性能。因此，在整合過(guò)程一定要經(jīng)過(guò)科學(xué)的論證，并以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為支撐，保證整合內(nèi)容的科學(xué)合理性，能夠被各相關(guān)方所認(rèn)同。

5 結(jié)論與建議

雖然鋰離子電池正極材料標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)始制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，多從實(shí)用性出發(fā)，并未從頂層設(shè)計(jì)開(kāi)始規(guī)劃，導(dǎo)致存在一些問(wèn)題。為貫徹落實(shí)國(guó)家政策要求，優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的整合工作，基于本文提出的三個(gè)整合原則，同步提出以下幾點(diǎn)建議。

(1)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)歸口單位。目前，大部分鋰離子電池正極材料標(biāo)準(zhǔn)均歸口在全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，還有少數(shù)歸口在中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、全國(guó)納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等標(biāo)委會(huì)。由于不同標(biāo)準(zhǔn)化組織之間存在一定的信息不對(duì)稱、協(xié)調(diào)滯后，導(dǎo)致部分標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容存在交叉重復(fù)等問(wèn)題，需要進(jìn)一步探索和加強(qiáng)各標(biāo)委會(huì)之間的協(xié)同。

(2)完善基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)搭建正極材料的基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)、完善標(biāo)準(zhǔn)體系頂層設(shè)計(jì)，才能不斷提升標(biāo)準(zhǔn)化水平，并同步轉(zhuǎn)化為外文版或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，更好地讓中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)走出國(guó)門，使得我國(guó)從正極材料的制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)發(fā)展。

(3)系統(tǒng)整合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)作為鋰離子電池正極材料標(biāo)準(zhǔn)體系中的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，貿(mào)然整合容易導(dǎo)致相關(guān)產(chǎn)品無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依，造成市場(chǎng)的混亂，因此可分階段推進(jìn)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(duì)發(fā)布超過(guò)5年的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)審，同時(shí)可考慮對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象相近的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合合并。

(4)精簡(jiǎn)分析方法標(biāo)準(zhǔn)。建議通過(guò)分析方法標(biāo)準(zhǔn)子體系梳理現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，分步推進(jìn)整合工作。針對(duì)通用型的正極材料分析方法標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)建立《鋰離子電池正極材料化學(xué)分析方法》、《鋰離子電池正極材料電化學(xué)性能測(cè)試》等系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)整合。

(5)推進(jìn)綠色低碳、智能制造標(biāo)準(zhǔn)研制。為如期實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，推動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)作用。基于鋰離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(kāi)展組織、產(chǎn)品層面的核算、核查、監(jiān)測(cè)、限額等低碳標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都有其適用范圍和技術(shù)要求，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中的每一個(gè)條款和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)整合精簡(jiǎn)實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)按步驟推進(jìn)整合工作，適時(shí)對(duì)整合方案進(jìn)行再研討，必要時(shí)可調(diào)整方案，以達(dá)到科學(xué)合理的要求，讓標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。