《硬炭材料电化学性能测试方法》编制说明

1编编制说明（征求意见稿）2根据中华人民共和国工业和信息化部《工业和信息化部办公厅关于印发2024年第六批行业标准制修订计划的通知》（工信厅科函[2024]503号）的文件精神，由湖北万润新能源科技股份有限公司负责起草有色金属协会标准《硬炭材料电化学性能测试方法》。项目计划编号为2024-2113T-YB，项目计划周期为12个月。实现碳达峰、碳中和的关键任务是实施可再生能源替代行动、大幅提升新能源在能源结构中的比重、构建以新能源为主体的新型电力系统。锂离子电池、钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石，是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑、军事等领域广泛应用的重要基础，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。我国作为锂资源消费大国，但是绝大多数的锂资源供给都依赖进口。为避免锂资源成为中国新能源发展的“卡脖子”资源，钠离子电池以其资源和成本的优势在储能和低速电动车领域已展现出巨大的作用。钠离子电池因为不需要锂资源，且钠储量非常丰富，近几年开始逐步进入规模化试验示范阶段，继铅蓄电池、锂离子电池等电化学储能体系后，钠离子电池开始在储能领域崭露头角。钠离子电池首先在储能和电动两轮车领域应用为主，2025年将在A00级乘用车中大量投入；预计2027年中国钠离子需求达82.8GWh，2023-2027年年复合增长率高达80.9%。硬炭材料作为钠离子电池首选负极材料，其需求随钠离子电池市场需求而呈上升态势，预计到2027年硬炭材料市场需求107,649.4吨，年复合增长率为74.6%。钠离子电池相比较锂离子电池，能有效降低成本，可以大大降低新能源汽车的价格，同时为了避免锂资源成为国家新能源战略中卡脖子资源，所以迫切需要发展钠离子电池相关材料，从而促进钠离子电池的发展。钠离子电池在充电/放电的过程中，需要依托钠离子电池负极材料作为钠电池储存钠离子的主要载体，才能实现钠离子的嵌入/脱出，选用不同的负极材料直接影响钠离子电池的电化学性能，硬炭材料由于具有嵌钠平台低、容量高、循环寿命长、制备简单、环境友好、无毒等突出优势。钠离子电池电化学性能的发挥，同时作为评测钠离子电池负极材料性能的手段之一，已经被广泛应用于电池及电池材料生产企业。目前尚未制定硬炭负极材料电性能测定相关方法标准，因此现拟制定相关标准，规定钠离子电池硬炭负极材料电化学性能的测定方法，为钠离子电池负极材料电池性能测评提供重要的评价依据，有利于推动新能源电池材料的发展与进步。湖北万润新能源科技股份有限公司（股票代码：688275）成立于2010年12月，是科创板上市公司，国家级专精特新“小巨人”企业，国家级高新技术企业，是湖北省发改委认定的企业技术中心、湖北省工程研究中心和湖北省科技厅工程技术研究中心。公司是国内最早从事新能源电池正极材料生产和研发的企业之一，主要生产锂离子动力电池、储能电池的正极材料及其前驱体，产品为铁酸铁锂、铁酸铁等，产品销往宁德时代、比亚迪、赣锋锂业、万向一3二三等国内外知名企业。公司铁酸铁锂和铁酸铁产品在核心数据指标上都到达了业内先进水平。产品持续出新，用途多元广泛，在功率型、动力型、储能型、长寿型材料等方向不断探索。经过多年的科技创新和技术沉淀，产品结构不断优化，性能持续提升。现公司已成长为一家高效、绿色、环保的集团公司，已形成山东滨州、安徽安庆、湖北十堰、襄阳、鄂州等三省五地七大生产基地的企业规模。公司也已布局钠离子电池正极材料、负极材料领域研发及生产。公司累计参与编制的国家标准、行业标准、团体标准等五十余项。本文件起草单位有：湖北万润新能源科技股份有限公司，中国科学院山西煤炭化学研究所，合肥国轩高科动力能源有限公司，广东邦普循环科技有限公司，贝特瑞新材料集团股份有限公司，冶金工业信息标准研究院，湖北汽车工业学院，武汉理工大学等。其中湖北万润新能源科技股份有限公司负责调研新能源行业钠离子电池负极材料用硬炭电化学性能测试的各项条件，组织开展试验验证并进行数据分析，形成统一的检测技术要求，撰写标准文本和编制说明等。中国科学院山西煤炭化学研究所，合肥国轩高科动力能源有限公司，广东邦普循环科技有限公司，贝特瑞新材料集团股份有限公司，冶金工业信息标准研究院，湖北汽车工业学院，武汉理工大学等单位负责提供本单位的产品检测技术规范、参与试验验证，对标准文本提出修改意见。本文件主要起草人有：各起草人在本文件编制过程中的工作职责见表1所示：表1各起草人及其工作职责起草人姓名工作职责1.5.1立项阶段2023年9月，湖北万润新能源科技股份有限公司向TC183/SC15全国钢标委炭素材料分技术委员会提交《硬炭负极材料电化学性能测试扣式电池法》标准制定项目建议书。2024年4月经专家论证建议修改标题为《硬炭材料电化学性能测试方法》并重新提交立项材料。2024年10月通过工信部科技司论证。2025年1月，中华人民共和国工业和信息化部印发《工业和信息化部办公厅关于印发2024年第六批行业标准制修订计划的通知》（工信厅科函[2024]503号），行业标准《硬炭材料电化学性能测试方法》立项成功。1.5.2起草阶段2025年1月，湖北万润新能源科技股份有限公司接到《硬炭材料电化学性能测试方法》起草编制工作任务后，立即安排了标准项目负责人，组织骨干人员成立了标准编制组，开始筹备标准编制工作。2025年3月，全国钢标委炭素材料分技术委员会组织召开了标准讨论会，会议对《硬炭材料电化学性能测试方法》进行了任务落实。来自湖北万润新能源科技股份有限公司，中国科学院山西煤炭化学研究所，合肥国轩高科动力能源有限公司，广东邦普循环科技有限公司，贝特瑞新材料集团股份有限公司，冶金工业信息标准研究院，湖北汽车工业学院，武汉理工大学等多家单位的代表参加了会议。会议组织成立了标准编制工作组，对目标任务进行了分解，明确成员的任务要求，制定工作计划和任务安排。标准编制工作组收集了新能源行业钠离子电池负极材料硬炭的电化学性能检测情况，查阅了大量国内外相关文献资料，结合目前国内外硬炭的生产和用户需求情况，于2025年6月形成了标准的征求意见稿和编制说明。1.5.3征求意见阶段1.5.4审查阶段1.5.5报批阶段本标准按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》要求编写。近几年，钠离子电池开始逐步进入规模化试验示范阶段，继铅蓄电池、锂离子电池等电化学储能体系后，钠离子电池开始在储能领域崭露头角。众多新能源企业及科研院所均已布局钠离子电池，有部分企业已实现商业化。钠离子电池相比较锂离子电池，成本降低35%以上，可以大大降低新能源汽车的价格，同时为了避免锂资源成为国家新能源战略中卡脖子资源，所以迫切需要发展钠离子电池负极材料，从而促进钠离子电池的发展。随着国家工信部出台政策，推进钠电池的产业化，且相关电池厂已经推出钠电池（2018年6月，首辆钠离子电池低速电动车问世；2021年6月，中科海钠发布世界首个1MWh钠离子电池储能系统；2021年7月，CATL发布第一代钠离子电池技术）。目前已经有钠离子电池正极材料四项标准立项，而钠离子电池负极材料方面标准依然空白，因此，为了支持钠离子电池产业发展，指导钠离子负极材料设计、测试、使用，迫切需要建立钠离子电池负极材料检测各项规范。碳基材料可分为石墨和无定形两大类，无定形碳以在高温下是否石墨化可分为软炭和硬炭(>2500℃难以石墨化)。由于石墨层间距小，钠离子半径大于锂离子，造成钠离子易在石墨表面析出，导致石墨负极储钠性能较差，因此需要开发更符合钠离子电池特性的负极材料。硬炭因其优异性能及低成本而成为钠离子电池极其优异的负极材料。由于钠离子半径远大于锂离子半径，钠离子在脱出和嵌入过程中会引发较大的结构变化，致使可逆容量降低。钠离子电池负极材料的研发和检测面临较大的挑战。钠离子电池作为锂离子电池的补充和替代，目前发展迅速，未来市场规模巨大。硬炭作为理想的配套的负极材料，是钠离子电池技术发展和应用的关键材料之一。简单、环境友好、无毒钠离子电池在充电/放电的过程中，需要依托钠离子电池负极材料作为钠电池储存钠离子的主要载体，才能实现钠离子的嵌入/脱出，选用不同的负极材料直接影响钠离子电池的电化学性能，硬炭材料由于具有嵌钠平台低、容量高、循环寿命长、制备等突出优势。简单、环境友好、无毒45本文件正文分为11章，其中第1、2、3章为规范性一般要素，包括范围、规范性引用文件、术语和定义，第4-11章为规范性技术要素。1）范围：本标准规定了钠离子电池用硬炭负极材料电化学性能测试方法。2）第4章试验条件，规定了本文件第8章试验步骤的环境条件要求；第5章试剂与材料，规定了第8章试验步骤需要用到的各种原料或试剂清单，并给出潜在影响试实际试验效果的关键参数要求，对于可商品化采购的标准件，不再阐述具体细节及参数；第6章仪器与设备，规定了第8章实验步骤需要用到的各种仪器及设备清单，并列出潜在影响实际试验效果的具体参数要求；第7章试样预处理，规定了第8章实验前的预处理步骤；第8章试验步骤是本文件核心章节，规定了准备工作、极片制备、扣式电池组装、电化学循环测试等测试步骤操作流程及参数要求，重点关注试验步骤的科学性、规范性和可操作性；第9章结果计算与数据处理，给出膨胀率计算公式；第10章允许差，列出实验室内、实验室间的样品平均值、标准偏差；第11章为实验报告。本文件不涉及专利问题。5.1标准编写的目的和意义钠离子电池相比较锂离子电池，能有效降低成本，可以大大降低新能源汽车的价格，同时为了避免锂资源成为国家新能源战略中卡脖子资源，所以迫切需要发展钠离子电池相关材料，从而促进钠离子电池的发展。钠离子电池在充电/放电的过程中，需要依托钠离子电池负极材料作为钠电池储存钠离子的主要载体，才能实现钠离子的嵌入/脱出，选用不同的负极材料直接影响钠离子电池的电化学性能，硬炭材料由于具有嵌钠平台低、容量高、循环寿命长、制备简单、环境友好、无毒等突出优势。扣式半电池法已广泛应用于锂离子电池的电化学性能测试，如GB/T23365-2009《钴酸锂电化学性能测试首次放电比容量及首次充放电效率测试方法》、GB/T39864-2021《锰酸锂电化学性能测试首次放电比容量及首次充放电效率测试》等对于首次放电比容量及首次充放电效率性能的测试结果准确、可靠，且方法简单，测试周期短。但由于制备环境要求不同、浆料配方不同、粘结剂种类不同等条件限制，不能完全适用于硬炭负极材料。钠离子电池电化学性能的发挥，同时作为评测钠离子电池负极材料性能的手段之一，已经被广泛应用于电池及电池材料生产企业。目前尚未制定硬炭负极材料电性能测定相关方法标准，因此现拟制定相关标准，规定钠离子电池硬炭负极材料电化学性能的测定方法，为钠离子电池负极材料电池性能测评提供重要的评价依据，有利于推动新能源电池材料的发展与进步。5.2标准预期的作用和效益6硬炭作为钠离子电池用负极材料，众多新能源企业及科研院所均在研发，有部分企业已实现商业化，但电化学性能测试目前