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国家标准计划《磷酸锰铁锂》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口,TC243SC4(全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会

主要起草单位 北京当升材料科技股份有限公司宁波容百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湖北万润新能源科技股份有限公司

目录

基础信息

计划号
20240002-T-610
制修订
制定
项目周期
18个月
下达日期
2024-03-25
申报日期
2022-01-18
公示开始日期
2022-08-15
公示截止日期
2022-08-29
标准类别
产品
国际标准分类号
77.160
77 冶金
77.160 粉末冶金
归口单位
全国有色金属标准化技术委员会
执行单位
全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会
主管部门
中国有色金属工业协会

起草单位

与国家标准同步制定外文版

编号 语种 翻译承担单位 国内外需求情况
1 EN 北京当升材料科技股份有限公司 国际上,Phostech、大阪水泥等国外企业进行了相应的专利申请和小批量生产。比亚迪、宁德时代、国轩高科等国内电池企业也进行了大量的专利布局,并将磷酸锰铁锂纳入未来几年的重点发展对象。当升科技、德方纳米、天津斯特兰、光华科技等正极材料产商也在积极推进磷酸锰铁锂产业化进程,部分企业在近期也披露了万吨级的产能规划。除了单独使用,各电池厂家也将应用场景扩展到和三元材料掺混,以质量比NCM:LMFP=8:2或7:3的形式掺混,可以实现针刺过关,性价比优于NCM622。可以预见,随着电池企业和车企对动力电池的能量密度、安全性能以及成本提出更高的要求,磷酸锰铁锂正极材料的市场需求会大幅增加。为了促进磷酸锰铁锂正极材料的快速发展,满足国内外市场对低成本、高能量密度正极材料的需求,申请制定磷酸锰铁锂外文版标准。

目的意义

(一)背景 近年来,便携式电子设备、电动汽车以及大规模储能市场不断壮大,对锂离子电池的需求持续增长。

正极材料作为锂离子电池的关键组成部分,在关注高能量密度的同时,对其安全性能和成本都提出了更高的要求。

橄榄石型正极材料具有较高的安全性能和成本优势,目前磷酸铁锂(LiFePO4)在部分动力电池领域也得到了规模化的应用。

LiFePO4理论容量密度为170 mAh/g,但其电压平台较低(3.4 V),理论能量密度只有578 Wh/kg,难以满足更高的能量密度需求。

与LiFePO4相比,橄榄石型磷酸锰锂(LiMnPO4)理论容量密度为171 mAh/g,电压平台可达到4.1 V,理论能量提升至701Wh/kg。

然而,由于LiMnPO4自身较低的电子电导率(<10-10 S/cm)和离子电导率(<10-16 S/cm),导致其充放电容量低且倍率性能差。

此外,LiMnPO4结构不稳定,表现出较低的循环寿命。

因此,LiMnPO4没有实现商业化应用。

磷酸锰铁锂(LiMn1-xFexPO4)作为LiFePO4和LiMnPO4的固溶体,与LiFePO4和LiMnPO4结构相似,同属橄榄石型结构。

其中,O离子以扭曲的六方密堆形式排列,过渡金属M离子占据共角MO6八面体(M2),Li离子占据共边LiO6八面体(M1),P位于PO4四面体,分别与一个M2和两个M1共边。

P-O键具有很强的结合能,通过PO4四面体将平行于c轴的M1八面体相连,形成稳定的三维结构,并在沿a轴的方向形成一维Li+扩散通道。

结合LiFePO4和LiMnPO4的优点,磷酸锰铁锂正极材料的能量密度介于两者之间,并具有成本低、环境友好、安全性能高的特点,得到了广泛关注。

随着国家对新能源汽车产业补贴的逐步退坡,高能量密度LiMn1-xFexPO4正极材料被认为是最具潜力的发展方向。

(二)目的及意义 1.规范磷酸锰铁锂的关键技术指标 通过对磷酸锰铁锂的外观形态、主含量、杂质元素种类及控制范围、水分含量、粒度、振实密度、比表面积、pH值、首次放电比容量、首次充放电效率、倍率性能、循环寿命等指标的控制,使产品符合性能要求。

2.引导行业发展 磷酸锰铁锂的制备工艺通常包括前驱体制备、烧结、破碎、过筛除铁等步骤。

在制备过程中需要严格控制Mn/Fe比例和分布、烧结曲线及气氛等条件,防止出现LiMnPO4和LiFePO4相分离,提高产品批次的一致性和稳定性。

因此很有必要制定电池用磷酸锰铁锂的产品标准,促进行业发展。

(三)必要性 1.符合政策导向 国家标准委印发的《2021年国家标准立项指南》中提出,增加前瞻性、引领性标准供给。

《九部委新材料领航行动计划》(国质检标联[2018]77号)中表示新材料产业标准体系由先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料等三个标准子体系构成。

其中,关键战略材料标准子体系中需要重点建立新能源材料标准。

《战略性新兴产业分类(2018)》(国家统计局令 第23号)中3.3.10.1二次电池材料制造,将镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂及其他多元复合材料列为无机盐制造行业中的重点产品。

作为橄榄石型正极材料的下一代产品,磷酸锰铁锂比磷酸铁锂具有更高的能量密度,比三元材料具有更高的安全性和成本优势,是具有广阔应用前景的锂电正极材料,也是行业内积极研发生产的重点产品。

《新材料产业发展指南》[工信部联规〔2016〕454 号]中提到创新能力薄弱,产学研用合作不紧密,标准、检测、评价、计量和管理等支撑体系缺失等问题仍然是制约制造强国建设的瓶颈,应抓紧突破重点应用领域急需的新材料。

磷酸锰铁锂的能量密度、安全性两大指标均有明显优势,是突破锂电正极材料领域研究瓶颈的较为关键的一款新材料,急需建立标准,规范技术指标。

2.规范新能源材料行业的发展 目前尚无磷酸锰铁锂产品相关标准。

为了促进磷酸锰铁锂材料的快速发展,满足市场对低成本、高能量密度正极材料的需求,亟需制定磷酸锰铁锂产品标准。

本标准拟填补磷酸锰铁锂产品标准的空白,为推动建立覆盖产品全生命周期的标准群提供有力支撑,对规范及促进新能源材料行业发展做出贡献。

范围和主要技术内容

本文件规定了锂离子电池用正极材料磷酸锰铁锂的术语和定义、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存、随行文件及订货单内容。 本文件适用于锂离子电池用正极材料磷酸锰铁锂。主要内容涉及水分含量、外观、晶体结构、粒度分布、松装密度、振实密度、比表面积等重要指标