鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2018年08月15日
鋰電池正極材料標準誕生記
當今信息時代,流行這樣一個說法:人可以一天不吃飯,但手機不能一刻沒有電。因此,被稱為移動設備“糧食”的鋰電池成為新的生活“必需品”,而制造這些“必需品”的原料——鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰,看起來似乎是一堆不起眼的“石頭”粉末,但經過盟固利公司“點石成金”的妙手,變成一顆顆亮閃閃的鋰電池。
10多年前,一批海外學子回國創立了中信國安盟固利電源技術有限公司(簡稱盟固利),從公司成立后的第4個年頭開始,便陸續提出并制定了鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰等國家和行業標準,讓鋰電池更輕巧、更耐用、更環保。
香河會議:鈷酸鋰標準橫空出世
生產上去了,經營上去了,但是盟固利公司知道,只有制定標準才可以反映出一個行業的水平:產業先進則標準先進,產業落后則標準落后,只有產業發展到了一定先進的水平,才能制定出先進的標準。
2004年8月,河北香河,烈日炎炎。然而中心賓館大會議廳里的氣氛堪比室外如火的驕陽。由盟固利公司組織的討論會正在這里舉行,一場有關鈷酸鋰國家標準的巔峰對決在這里拉開了大幕。鋰電池正極材料界的領軍人物來了,全國有色金屬標準化技術委員會的專家來了,業內生產企業如北京當升和北大先行等也來了,各路鈷酸鋰研發生產技術精英把會議大廳擠個滿滿堂堂。與會專家們對鈷酸鋰國家標準的制定進行了激烈的討論。
當時,鈷酸鋰產品在行業內的認識很不統一,例如對于產品的“3.6V平臺容量比率”這一指標,各生產企業很少對此進行研究,而且也未認識到這個指標對于產品的性能有什么影響;另外,日本鋰電池正極材料行業內也沒有這個概念,所以剛開始有相當一部分專家不贊成在標準中加入對這個指標的控制,但也有部分專家和企業包括盟固利公司堅持應該加入這個指標。雖然日本沒有這個概念,但盟固利公司在研發和生產過程中積累了很多經驗和數據,可以證明這個指標對于衡量電池材料是有作用的。經過激烈的爭論,與會專家最終一致同意將該指標作為控制標準。
這一點剛達成一致,產品的“振實密度”又成了大家爭論的另一個焦點。大家對于控制產品的“振實密度”這個指標倒是沒有異議,但是對于振實密度具體應該達到什么樣的標準存有較大的爭議,有些專家認為應該大于2.2g/cm3,甚至認為應該達到2.4g/cm3以上,可是對于部分生產企業,可能達不到這個指標。為了能夠使該標準具有廣泛的適用性,而不是僅限于幾個企業使用,最終確定將產品振實密度的指標定為“不小于1.8g/cm3”。討論會就是在這種思想風暴、技術交鋒中,走向了意見統一,提高了行業內對鈷酸鋰產品的認識,增加了標準的適用性。
此次會議的結果對中國鈷酸鋰國家標準的創建與發展產生了深遠的影響,對鈷酸鋰提出了前所未有的術語和定義,使鈷酸鋰國家標準的制定大大向前推進了一步。
2000年盟固利公司成立的時候,鋰電池產業在我國也是剛剛起步,行業內沒有相應的標準,就連鋰電池材料研發生產比較先進的日本,也沒有相應的國家和行業標準。當時,我國生產企業各自為戰,產品質量和技術水平良莠不齊,急需一部業界標準來指導行業的發展。
最開始,鈷酸鋰國家標準的制定項目并未交給盟固利公司,而是交給了其他機構。但該標準在其后期的制定過程中,遇到了前所未有的困難,致使該項目難以完成。此時,盟固利公司憑借自己的技術實力接手了該項目。
盟固利公司雖然對鈷酸鋰材料有深入了解,但制定鈷酸鋰國家標準尚屬首次,故面臨著巨大的技術挑戰;且當時還遇到資金短缺的掣肘,從國家和地方政府那里基本上得不到資助,真可謂困難重重。然而他們迎難而上,一定要爭分奪秒地找到相應的檢測方法和產品的性能指標,而這每一項工作都是一個新的課題。為了能夠完成這項標準的制定,盟固利公司從上到下全體員工度過了多少個不眠之夜,進行了大量的調研和試驗,最終確定了產品的性能控制標準和測試方法。通過自籌資金,從公司的營業收入中拿出一部分資金專門用于標準的制定和實施,解決了資金缺口問題。在鈷酸鋰標準的制定過程中,為了使標準在后續的實施過程中能夠獲得更多企業和單位的采用,以增加標準的適應性,他們組織全行業內的多名專家和企業代表,舉辦了上述大型標準研討會,統一了意見和看法。功夫不負有心人,盟固利人頂住了壓力,克服了種種困難,最終推出了鈷酸鋰國家標準,填補了國內空白,在標準制定史上畫上了濃重的一筆。
專家鑒定得出結論:這項國家標準規定的技術指標達到了國際先進水平,表明了中國鋰電池正極材料已經可以與國際水平相媲美。
盟固利公司之所以能夠擔當制定國家標準的重任,是與他們在鋰電池材料方面深厚的技術積累分不開的。
該公司自2000年成立以來,一直致力于鋰電池正極材料的生產和銷售。他們生產的鈷酸鋰產品占據了國內1/3的市場,2007年鈷酸鋰生產總計975噸,錳酸鋰生產65噸;2008年鈷酸鋰生產1300余噸,錳酸鋰生產75噸。2001年4月,他們建立了國內第一條大規模鈷酸鋰生產線;2003年6月建成了錳酸鋰生產線;2004年11月建成了鎳酸鋰生產線。目前,已經達到年產2500噸鈷酸鋰、500噸錳酸鋰、300噸鎳酸鋰的規模產能。他們在鋰離子電池材料的物理、化學與電化學性能研究與測試方面積累了大量的經驗。
生產上去了,經營上去了,但是盟固利公司知道,只有制定標準才可以反映出一個行業的水平:產業先進則標準先進,產業落后則標準落后,只有產業發展到了一定先進的水平,才能制定出先進的標準。
制定標準的企業都是本行業內的龍頭企業。盟固利公司創業成功,在國內業界嶄露頭角,已成為鋰電池行業的領軍企業,具備了先進的技術和產業水平。因而創業不久,便有幸承接了制定該行業國家標準的任務,踏上了制定鋰電池材料國家和行業標準的征程。
在后續標準的制定工作中,盟固利公司從未放慢腳步。他們借鑒先前制定鈷酸鋰國家標準的經驗,先后又制定了“錳酸鋰”行業標準和“鎳酸鋰”國家標準。
北京奧運:錳酸鋰應用跨出大步
經過盟固利公司的不懈努力,2008年北京奧運會純電動公交車的“零拋錨”和“零故障”目標得以實現。對電池而言,材料性能的提高必定帶動電池性能的提升。
盟固利公司的員工已經好幾天沒有回家了。55輛2008年北京奧運會使用的純電動公交車車載電池全部由盟固利公司生產,而該電池所采用的正極材料——錳酸鋰,全部是由盟固利公司提供的。在2008年北京奧運會前夕,為了實現“零拋錨”和“零故障”這個目標,確保純電動公交車在北京奧運會期間萬無一失,盟固利公司的工作人員加班加點,對電動車運行過程中出現的每一個細微的征兆都不放過。
盟固利負責電池安全的主管領導發現一個很容易被忽略的現象:有一電池組在充電過程中比其他電池組的電壓略低,發現這個現象后馬上停止對電池組充電。而當天正好是周末,電池組的周轉也存在問題,無法從其他地方調回電池組進行補充。但為了更快地查找到原因,決定立即停運該輛電動車,召集工作人員將電池運回公司,大家紛紛從四面八方趕回公司。經過拆解電池并逐級排查原因,發現電池模塊存在一些問題,有一個單體電池已經出現發熱的現象。為了避免類似情況的發生,盟固利公司制定了標準的工作制度,將整個工作流程標準化,所有的工作人員都必須按照標準工作流程進行操作。實施標準化工作流程后,再沒有出現類似的問題。經過盟固利公司的不懈努力,2008年北京奧運會純電動公交車的“零拋錨”和“零故障”目標得以實現。
電動汽車取代能耗高、污染嚴重的傳統汽車已經成為汽車產業的發展趨勢。以錳酸鋰為正極材料的動力電池不僅成功地應用到2008年北京奧運會上,而且在2010年上海世博會上也得到了應用,盟固利公司提供了60輛電動公交車所配備的錳酸鋰電池。
在目前純電動汽車因價格過高而無法商業化的情況下,各國政府和跨國企業紛紛轉而優先發展汽電混合動力車。自1997年日本豐田首先推出汽電混合動力車以來,到2009年,累計銷售201.7萬輛,累計減少1100萬噸二氧化碳的排放。經過幾年的發展,使原本處于起步階段的鋰離子電池正極材料得到了迅速發展。
目前,國內已經成長起來十幾家大型正極材料生產企業,電池生產企業也如雨后春筍般地發展起來。僅深圳一個市就有近千家電池生產企業。中國鋰電池行業的迅速發展與盟固利公司積極推動相關標準的發布、實施關系密切。
標準的生命在于應用。鈷酸鋰、錳酸鋰等標準的實施,加速了上游鋰資源的開發速度,加大了其開發規模,提高了其控制技術,使碳酸鋰從工業級逐漸轉變為電池級,數量也以幾何級數增長。碳酸鋰的大量使用又帶動了鋰資源的開發。同樣,錳資源、鎳資源也得到了有效的開發和利用。對于下游產業的帶動可以從電池的容量上明顯表現出來。18650型鋰離子電池從1100mAh,提高到1500mAh,仍不能滿足市場的需求,后來又提高到2000mAh以上,目前已經向著3000mAh乃至4000mAh的方向邁進了。
從我們身邊就可以看到:照相機的電池在不改變其體積大小的情況下,可以拍的照片越來越多了;手機的功能越來越豐富了。這些跟產業標準的實施是分不開的。
同時,通過標準的制定,能夠帶動當地產業的發展,北京市就是一個很好的例子。北京沒有鋰、錳礦產資源,北京市企業一方面通過入股直接參與外地資源的開發;另一方面,通過標準的實施,強化了對資源利用的話語權。
對于鋰離子電池材料行業來說,所制定的鈷酸鋰和錳酸鋰等標準具有行業先進性。標準所要求的指標相對較高,行業內的企業想要達到這種標準,必須進行技術革新,技術革新的同時則形成了相應的專利。
作為電池材料,離不開上游的原材料,也離不開下游的電池生產。標準要求的指標相對較高,使得企業不得不采用新的技術和先進的測試方法,這樣,精密測試儀器得到了大力的發展。標準對原料的要求不斷提高,且對原材料的品種要求也越來越多,這就促進了上游原材料的發展。
對電池而言,材料性能的提高必定帶動電池性能的提升,因而帶動了電池的下游產業——電子信息產業的發展,從而使其進入了空前的發展時期。
延伸閱讀
國際化接軌續寫鋰電池正極材料標準新篇
盟固利公司繼鈷酸鋰、錳酸鋰標準之后,又主導制定或參與制定了“鎳酸鋰”國家標準。同時,還包括鈷酸鋰相關的4個測試方法的國家標準、鎳鈷錳酸鋰行業標準、鈦酸鋰行業標準和三元產品的兩個測試方法的行業標準。目前正在進行鈷酸鋰國家標準的修訂,而且也就富鋰錳基正極材料的國家標準提出了立項建議。
但盟固利公司的標準之路并非一帆風順。由盟固利公司提出的鎳鈷錳酸鋰測試方法標準即《鎳鈷錳酸鋰化學分析方法第1部分:鎳鈷錳總量的測定EDTA滴定法》和《鎳鈷錳酸鋰化學分析方法第2部分:鋰、鎳、鈷、錳、鈉、鎂、鋁、鉀、銅、鈣、鐵、鋅和硅量的測定電感耦合等離子體原子發射光譜法》,由于前期的工作不到位而未通過審定。對此,盟固利公司認為這是一件好事:“我們不是為了‘制定標準’而制定標準。我們所期待的效果是,根據我們的測試方法制定的行業標準發布實施后,整個行業內都采用這個標準,供需雙方因測試方法的不一致而產生的糾紛可以完全避免,而且可以大大提高行業內鎳鈷錳酸鋰產品測試的準確度、精確度,同時可以大大降低測試成本。能夠為行業內做出這樣的貢獻是我們所期望的?!?br/>
盟固利公司為自己的下一步工作提出了更高的要求:“國內的標準化工作與國際相比,整體上還是比較落后的。盟固利公司必須借鑒國際行業標準,制定出適合我們自己的標準,才能使得我們的產業快速發展,縮小與國際的差距。目前,全世界各國標準有相互接近甚至統一的趨勢,這是貿易國際化要求的結果,我們必須制定與國際接軌的標準或干脆直接參與國際標準的制定,才能使我們在國際上更有發言權。”
自2004年到現在,盟固利公司在標準制定的路上歷經風雨,一路走來,總結出了“點石成金”的“密碼”:第一,在標準提出之際,要對行業進行深入的調研、試驗、統計和分析,對技術進行革新,對測試方法進行充分的驗證。第二,對于將要制定的標準,要組織大量的業內專家進行充分的討論,聽取各方意見,考慮標準的全國或行業適用性,制定合理的控制標準。第三,對于企業的標準化工作要給予足夠的重視。企業應積極參與標準的制定,主動推進標準的應用,并給予相關的資金支持,在企業內部成立專門的標準化工作組,不斷培養標準化方面的人才。第四,學習國際先進的標準管理體系。國外標準化要領先于中國幾十年,積極向國際先進標準學習,可能縮短我們的標準化時間,加快標準化進程。
產業提升,標準先行,標準在降低生產成本、提高效益和實現可持續發展方面發揮著重要作用。事實證明,標準意味著市場認可的新技術與新規范。誰主導了標準,誰就占據了市場競爭的制高點。自主創新是標準的靈魂,避免受制于人就應當讓自主創新成為促進產業技術升級、提高國際競爭力和抗風險能力的核心戰略。對于前沿鋰電池正極材料,盟固利公司也提交了國家標準的立項申請,并期望在該標準的制定過程中,聯合國內同行業其他知名企業和研究院所共同制定該標準,掌握該前沿材料的核心技術,并形成行業內的戰略聯盟,以期與國外同行相抗衡,提升國內企業在國際上的話語權。
盟固利公司是專門研發和生產鋰電池正極材料的企業,目前行業內主要的鋰電池正極材料為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰,這些產品的國家標準和行業標準都是由盟固利公司主導或參與制定的,盟固利公司希望在以后每一種鋰電池正極材料的產品標準和測試方法的標準中都能看到他們的“身影”,希望全行業都能采用他們制定的標準,甚至國外電池材料技術發達的國家也采用或借鑒他們制定的標準。這既是一種貢獻,也是一種榮譽!
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