炭材料测定方法 第2部分：膨胀率的测定 编制说明

一、工作简况1、立项目的和意义本标准项目符合《国家标准化体系建设发展规划(2016-2020年)》中全面推进新材料标准体系建设。国家标准化管理委员会印发的《2020年全国标准化工作要点》《2020年国家标准立项指南》中，强调了强化新兴领域国家标准项目制定，增加前瞻性、引领性标准供给。本标准项目涉及的技术领域为新能源领域，开发一种适用于锂离子电池负极材料(石墨类负极材料、硅基负极材料等)电化学膨胀率的测试方法。锂离子电池凭借比能量大、自放电小、质量轻、无记忆效应和环境友好等优势，在便携式电子产品、电动交通工具、大型动力电源和二次充电及储能等领域广泛应用。但是由于锂离子电池电极材料在脱嵌锂过程中会发生不同程度的体积膨胀，特别是负极材料(石墨颗粒完全嵌锂后体积膨胀10.7%，硅颗粒完全嵌锂后体积膨胀300%)，在实际应用过程中严重影响电池的性能。在电池循环过程中，电极材料随着充放电体积反复增加减小，如此往复会导致SEI膜反复破裂修复，使得SEI膜不断增长，阻抗增加，同时消耗电池中的电解液并产生气体，导致安全问题；电极材料体积变化越大，电池循环性能会越差；还有可能随着循环增加造成电极材料脱落甚至粉化，破坏极片结构等。近几年新能源汽车领域蓬勃发展，每年以50%以上增长率快速发展，未来产能和销量将持续扩大。新能源汽车除了日益迫切的“里程焦虑”，安全问题是消费者关心的另一个关键问题，由上可知，电极材料的电化学膨胀率与动力电池的安全密切相关，同时也严重影响电池循环性能，但国内外尚未有膨胀率测试相关标准。本标准项目的研制，将锂离子电池负极材料电化学膨胀率的测试方法标准化，规范试验操作，减少结果误差，为各相关企业安全性能及循环性能评估提供依据；规范化测试不同负极材料应用于锂离子电池时的电化学膨胀大小，对锂离子电池材料的研发、生产具有重要指导意义，对电池材料行业的发展具有重要意义。同时可以打破技术壁垒、促进行业交流。2、任务来源根据国标委发〔2021〕28号《国家标准化管理委员会关于下达2021年第三批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划的通知》的要求，由贝特瑞新材料集团股份有限公司等起草《炭材料测定方法第2部分膨胀率的测定》国家标准，计划编号为20214327-T-605。3、标准项目承担单位简况贝特瑞新材料集团股份有限公司，成立于2000年8月，是中国宝安集团旗下一家致力于锂离子电池正、负极材料研发、生产、销售与提供解决方案于一体的国家级高新技术企业，在新能源材料领域孜孜以求、持续创新、不断超越，引领着锂离子电池材料的发展方向。经过十余年的努力，贝特瑞现已发展成为锂离子负极材料行业市场占有率全球前列的行业领先企业,2011年起连续7年在锂离子电池负极材料市场占有率保持全球第一。在产品研发上，贝特瑞坚持“快半步”的创新理念，以“差异化、创独特、创唯一”为贝特瑞研发战略。公司拥有各类先进研发设备达2亿元，并且每年均以销售收入的4%进行持续研发投入。贝特瑞作为全球最大的负极材料生产商，研制并产业化的高端人造石墨、高端天然石墨、硅炭等炭负极材料均具有国际领先水平。贝特瑞积极参与标准化工作，主导及参与制定的国际标准8项、国家标准子电池石墨类负极材料》《锂离子电池用炭复合磷酸铁锂正极材料》《锂离子电池用钛酸锂及其炭复合负极》《锂离子用纳米负极材料中磁性物质含量的测定方法》《纳米磷酸铁锂中三价铁含量的测定方法》《硅炭》等。4、主要工作过程2021年10月，计划下达后，贝特瑞新材料集团股份有限公司成立了专门的标准编制小组，编制组通过认真调研搜集文献报道和国内外相关公司的产品技术指标体系、参考各电池材料企业测试方法、多次试验，确定了标准技术内容，形成了标准征求意见稿。二、标准编制过程和确定主要内容的依据1、编制原则本标准在制定过程中，遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断完善”的原则，注重标准修订与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行本标准的制定工作.本标准在起草过程中主要按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的要求编写。在确定本标准的主要技术指标时，综合考虑生产企业的能力和用户的利益，寻求最大的经济、社会效益，充分体现了标准在技术上的先进性和合理性。2、主要技术内容的确定本文件正文分为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：本标准规定了锂离子电池炭负极材料膨胀率测定的术语和定义、原理、仪器和试剂、测试步骤、结果分析以及试验报告。2)第4章阐述了本标准中规定测试方法的原理；第5章试验条件，规定了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7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、循环后极片厚度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章精密度，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。3)附录A为资料性附录，A.1给出石墨类产品水系方法两种配料配比及相关参数，A.2给出压实密度控制对照表，A.3给出充放电测试步骤及程序设置。三、标准水平分析经查，目前国内外暂无电化学膨胀率测试的相关标准，业内各个企业均使用自己建立的方式方法对锂离子电池负极材料的电化学膨胀性能进行评价，但无统一标准。四、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系本标准符合我国现行法律、法规和强制性国家标准的要求，无抵触、矛盾之五、重大分歧意见的处理经过和依据六、标准作为强制性或推荐性标准的建议建议本标准作为推荐性国家标准发布实施。七、废止现行