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国家标准委拟对球形石墨、硅炭负极等555项国家标准立项

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国国家标准化管理委员会 发布时间:2017-10-20 浏览:

中国储能网讯:各有关单位:

经研究,国家标准委决定对《城镇燃气调压器》等555项拟立项国家标准项目公开征求意见,征求意见截止时间为2017年11月2日。请登录国家标准委网站的计划公示网页http://ballot.sacinfo.org.cn:8080/stdpub/index?bId=881,查询项目信息和反馈意见建议。

中国国家标准化管理委员会

2017年10月19日

球形石墨

本标准规定锂离子电池负极材料用球形石墨的分类、技术要求、试验方法及检验规则。 本标准适用于锂离子电池负极材料用球形石墨。

国家发展改革委2017年1月发:为贯彻落实《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,更好地指导各部门、各地区开展培育发展战略性新兴产业工作,组织编制了《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(2016版)。见文件中3.1.4高纯元素及化合物:负极用石墨。

球形石墨是以优质高碳天然鳞片石墨为原料、采用先进加工工艺对石墨表面进行改性处理,生产的不同细度,形似椭圆球形的石墨产品。球形石墨加工过程,首先在球形石墨车间中将天然鳞片石墨经粗碎、修整,再进入纯化车间经高温或化学纯化后分级磁选成为球形石墨。 球形石墨材料具有良好的导电性、结晶度高、成本低、理论嵌锂容量高、充放电电位低且平坦等特点,是目前作为锂离子电池负极材料重要部分。目前球形石墨国内产量25000吨/年。 目前锂离子电池作为一种新能源已在移动电话、笔记本电脑、数码产品等小型电子产品中得到广泛应用。动力电池也是当前研究开发的全球性项目。负极材料作为锂离子电池的关键组成部分,球形石墨作为锂离子电池负极材料重要部分,其品质对电池的性能具有决定性的影响。

我国石墨矿资源丰富,石墨资源约占全球的70%左右。现随着新能源汽车的新起,球形石墨需求量还在不断增加之中。现在国内球形石墨质量参差不齐,无统一名称、规格、性能指标以及检验规则等的标准,这不仅严重影响到球形石墨的质量,而且造成了制造企业原材料、资源的浪费,同时造成生产困难、客户选择困难。为满足生产使用要求,本着节能降耗,充分利用资源的国策,需要制定锂离子电池负极材料用球形石墨国家标准。

标准的制定将规范规格、性能指标、检测方法等;促进科技进步与质量提高,对降低生产成本,减少能源浪费具有重要的作用。同时可以提高矿产资源的附加值,促进我国传统材料的产品结构调整和技术升级,促进电动汽车的研发及应用,加快动力锂离子电池的产业化进程。

油系针状焦

本标准规定了油系针状焦的技术要求、试验方法、检验规则、包装、运输、贮存和质量证明书。 本标准适用于以沥青为原料,经原料预处理、延迟焦化装置生产的,并通过高温煅烧后制成的针状焦,可用做石墨类负极材料、高功率、超高功率石墨电极、特炭等的原料。

国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中将高功率石墨电极纳入新材料产业目录(见指导目录中6.1.4)。生产大规格、高功率石墨电极的关键原料就是针状焦。目前,石墨电极使用中造成的断裂、电阻率高等情况,均是由于针状焦的质量造成的。 国家发展改革委2017年1月发:为贯彻落实《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,更好地指导各部门、各地区开展培育发展战略性新兴产业工作,组织编制了《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(2016版)。文件中1.3.4人造石墨主要原料就是针状焦。

针状焦是炭素材料中大力发展的一个优质品种,是人造石墨之一,具有低热膨胀系数、低空隙度、低硫、低灰分、低金属含量、高导电率及易石墨化等一系列优点。通过原料预处理、延迟焦化、煅烧等工艺制得。 目前世界上生产针状焦的国家主要集中在美国、英国、日本、韩国及我国,国外生产针状焦起步较早、技术成熟,目前在我国占据着主要市场。随着新能源汽车等行业发展及大规格超高功率石墨电极的应用,仅仅2015年油系针状焦进口量就达到4.28万吨,同比增长129%。预计到2020年,仅仅石墨负极材料领域对针状焦的年度需求量就将突破6万吨。

长期以来,由美、日、韩等国垄断的针状焦产品不仅价格高,且供应量无法保证。我国国内企业大山东益大新材料有限公司、锦化公司等企业通过技术研发、升级,已经生产出高品质的油系针状焦,可以替代进口产品。 为更好推广中国产品,实现关键基础材料自主保障,代替进口,申请制定本标准。

硅炭

本标准规定了锂离子电池用硅炭负极材料的术语和定义、分类和代号、技术要求、试验方法、检验规则及包装、标志、运输和储存。 本标准适用于锂离子电池用硅炭负极材料,电化学电容器用硅炭也可参照本标准使用。

新材料项目: 国家发展改革委2017年1月发:为贯彻落实《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,更好地指导各部门、各地区开展培育发展战略性新兴产业工作,组织编制了《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(2016版)。“硅炭”见文件中1.3.4。 2016年12月30日, 工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部关于印发工信部联规〔2016〕454号:新材料产业发展指南的通知,硅炭见文件中专栏1 新材料保障水平提升工程中6。

2016年11月,国务院《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》指出:在关键电池材料、关键生产设备等领域构建若干技术创新中心,突破高容量正负极材料等技术。 随着电子设备与电动汽车的快速发展,作为储能设备的锂离子电池,越来越得到人们的重视。目前节能与环保越来越得到人们的重视,新能源、新材料的开发与利用得到空前的快速发展,对高能量长寿命的储能电池也相应提出了新的要求。 锂离子电池的容量及各项电化学性能主要决定于正极材料及负极材料的嵌脱锂能力,因此,电极材料的性能是决定锂离子电池综合性能的一个关键因素。

目前石墨类负极材料,其理论比容量仅为372mAh/g,限制了锂离子电池的进一步发展。硅作为负极材料具有较高的容量(最低420mAh/g),但脱嵌锂时膨胀收缩大导致循环性能差而难于实现应用。目前,主要通过硅合金化、硅纳米化、硅与其它材料复合等各种技术手段解决该问题。将硅与炭复合是目前较有效的方法之一,硅炭负极材料是指经硅与炭复合的一种炭素材料,一方面通过炭复合缓解硅材料膨胀收缩并提升循环稳定性,另一方面利用硅材料高容量的特点提高材料的理论比容量。

与石墨类负极材料相比,硅炭负极材料具有较高的能量密度,将其应用于数码类产品、电动工具、电动汽车、储能等领域可大大提升锂离子电池的性能。目前,该产品技术已经较成熟,已经在高性能电池中进行应用。目前国内没有统一的标准规范硅炭类负极材料的生产和应用,对该材料的理化性能如粒径分布、水份含量、BET比表面积、pH、振实密度、粉体压实密度、电化学性能如首次库伦效率、首次可逆比容量等,限用物质含量如镉、铅、汞、六价铬等没有制定统一的标准,导致行业内沟通标准不一。为制定此标准,可规范锂离子电池用硅碳负极材料的生产、质量检验和为贸易交换提供共同依据。

软炭

本标准规定软炭的分类、技术要求、试验方法及检验规则。 本标准适用于锂离子电池负极材料用软炭

新材料项目: 国家发展改革委2017年1月发:为贯彻落实《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,更好地指导各部门、各地区开展培育发展战略性新兴产业工作,组织编制了《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(2016版)。见文件中1.3.4中软材料。

我国在《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》中将可再生能源接入技术和储能技术作为重点任务进行优先发展。我国政府已经确定要在2020年基本建成“坚强智能电网”,计划投入上千亿资金,使电网的资源配置能力、安全水平、运行效率以及电网与电源、用户之间的互动性显著提高,同时推动可再生能源的发展与利用。储能技术已经从一个概念发展成为未来智能电网规划的必要组成部分。国家能源局最新的智能电网定义中,将储能技术作为与信息技术、控制技术并列为智能电网三大要素之一。

在智能电网中锂电的储能,目前为止美国取得的试运行经验是全球最丰富的。以德国为代表的欧洲地区随着智能电网的兴起正在筹划加速太阳能、风能与锂电储能系统的链接,日本企业参与态度相对谨慎,步伐较美国和我国都明显偏小,他们多是参与小规模储能系统的试用,但已经积累了丰富和宝贵的经验。我国在锂电储能领域也取得了积极的进展。 相比较而言,锂离子电池储能则是目前储能产品开发中最可行的技术路线。锂离子电池具有能量密度大、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、可快速充放电、使用寿命长等优点。开发基于低成本、长寿命软炭负极材料的高性价比锂离子电池储能系统推进可再生能源发电的大规模利用,提高传统能源电站的利用效率,维护国家能源安全以及实施国家能源战略部署,研究储能技术具有重要的经济和社会意义。

目前应用于锂离子储能电池中的负极材料主要有石墨类、硬炭、软炭等。其中天然石墨由于自身的缺点,对电解液组份很敏感,耐充放电能力差,长期循环性能差;对于人造石墨来讲,虽然其循环性能较为优异,但比容量相对较低,并且生产过程中工序多且复杂,需要2800℃的高温石墨化处理,从而需要消耗很高的能量,使得生产成本很难降低。对于硬炭,一般具有很高的可逆嵌锂容量,但由于其存在相当大的不可逆容量、严重的电压滞后现象及对空气敏感等缺陷,使得热解硬炭材料应用于商品化锂离子电池面临着很大的困难。 软炭是一种经低温炭化得到的炭素材料。由于软炭循环寿命长、生产成本低于大多数负极材料,因此,其适合用作储能型锂离子电池的负极材料。该材料用作锂离子电池负极材料时,微晶结构具有较高的嵌锂容量、球形结构可实现紧密堆积从而实现高的体积比能量、与溶剂相容能力强,循环性寿命长、安全性高、低温充放电能力强等优点。同时,与石墨的高温石墨化处理相比,软炭制备过程仅需的低温处理可极大地降低其生产成本,从而降低锂离子电池的成本。

软炭作为锂离子电池负极材料,具有大的锂离子迁移通道,并且在锂离子嵌入/脱出过程中体积变化小,循环稳定性非常好;平均电压平台比现有石墨高,没有锂金属的析出,从而安全性大大提高。可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成锂离子电池。由于锰酸锂-软炭体系具有良好的安全性、使用寿命长、可以快速充放电、结合锰酸锂具备整体成本优势等,是正负极材料的主要搭配方式。 现在国内软炭材料质量参差不齐,无统一名称、规格、性能指标以及检验规则等的标准,这不仅严重影响到软炭的质量,而且造成了制造企业原材料、资源的浪费,同时造成生产困难、客户选择困难。为满足生产使用要求,本着节能降耗,充分利用资源的国策,需要制定锂离子电池软炭负极材料国家标准。同时可以提高炭素行业矿产资源的附加值,促进我国传统材料的产品结构调整和技术升级,促进储能电池的研发及应用,加快储能锂离子电池的产业化进程。

责任编辑:张珊珊

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关键字:石墨烯 球形石墨 硅碳负极

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