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目前市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)为主的聚烯烃(Polyolefin)类隔膜,其中PE 产品主要由湿法工艺制得,PP 产品主要由干法工艺制得。至于PE 和PP 这两种材料的特性,总体而言:①PP 相对更耐高温,PE 相对耐低温;②PP 密度比PE 小;③PP 熔点和闭孔温度比PE高;④PP 制品比PE 脆;⑤PE 对环境应力更敏感。

目前主要的隔膜材料产品有单层PP、单层PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP 和三层PP/PE/PP 等,其中前两类产品主要用于3C 小电池领域,后几类产品主要用于动力锂电池领域。在动力锂电池用隔膜材料产品中,双层PP/PP 隔膜材料主要由中国企业生产,在中国大陆使用,这主要是因为目前阶段还没有中国企业能将PP 与PE 制成双层复合膜的技术和能力。而全球汽车动力锂电池使用的隔膜以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料产品为主。

与此同时,其他一些新型隔膜材料产品也在不断涌现并开始实现应用,不过,因量少价高,目前主要还是用在动力锂电池制造领域。这些产品主要有:涂层处理的聚酯膜(PET,Polyethylene Terephthalate)、纤维素膜、聚酰亚胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨纶或芳纶膜等等。这些隔膜的优点是耐高温,且具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特点。总的来看,锂电池隔膜材料产品呈现出明显的多样化发展趋势。


锂电池隔膜材料产业发展现状及前景


隔膜是锂离子电池的关键内层组件之一,主要功能是隔离正负极并阻止电子穿过,
同时能够允许离子通过,从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。在锂电池的四大关键材料之中,隔膜材料的主要作用是保障电池的安全。隔膜越薄、孔隙率越高,电池的内阻越小,高倍率放电性能就越好,不过同时电池的安全性也可能会有所降低。因此,在性能与安全之间如何取舍一直是隔膜产业化技术研发的核心问题。

表1:现有主要隔膜产品的一般特性


隔膜类别 电阻上升温度 电池下降温度 膜破裂温度
PP 156~163℃ 164~177℃ 162℃
PE 130~133℃ 139~144℃ 139℃
PP/PE 131~137℃ 167~191℃ 167℃
PP/PE/PP 134~135℃ 159~192℃ 165℃


隔膜市场发展现状

全球范围内,锂电池隔膜产业最发达的国家是日本和美国。根据真锂研究的不完全统计,2011 年全球共销售锂电池隔膜约3.58 亿m2,主要国家和地区的锂电池隔膜销量对比见图2上。从图2 上可以看到,日本隔膜材料的产销量最大,2011 年共销售约2.41 亿m2,所占市场份额超过全球一半以上,高达52.62%,代表性企业包括旭化成(Asahi)、东燃化学(Tonen,美国埃克森美孚集团(ExxonMobil)旗下东燃通用石油的子公司)、宇部兴产(UBE)、住友化学(Sumitomo Chemical)、三菱化学(MCC)、日东电工(Nitto Denko)等;美国仅次于日本,2011 年共销售锂电池隔膜材料约1.11 亿m2,占比24.24%,主要企业有Celgard(美国Polypore 集团(NYSE:PPO)旗下企业)、恩泰克(Entek)等。

高分子材料在锂电池隔膜产业发展现状及前景

图1 主要国家和地区的隔膜销量占比图


高分子材料在锂电池隔膜产业发展现状及前景



图2 主要企业的隔膜销量占比图


2011 年,韩国企业共销售锂离子电池隔膜约3,600 万m2,占全球7.86%,主要生产企业是SK 创新(SK Innovation,由原SK Energy 改组而来,韩国SK 集团旗下企业),此外,W-Scope、WIDE 等公司也有少量生产和销售。图2 所示的其他地区主要指欧洲地区和中国台湾,包括赢创德固赛公司、高银化学工业股份有限公司等,这些地区目前的销量总的来说还很小。其中,赢创旗下的Litarion公司,生产的LITARION®镍钴锰酸锂材料(即俗称的三元材料)和可大幅提高动力锂电池能效及安全性能的SEPARION®陶瓷电池隔膜,已经在德国汽车巨头戴姆勒-奔驰公司的电动汽车上进行较大规模的试应用。此外, 英国的N-Tech 公司和荷兰帝斯曼(DSM)集团等也在积极开发锂电池隔膜材料。


由于隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池使用的安全性能,故锂电池制造对隔膜材料产品的一致性要求极高,除了厚度、表面密度、力学性能这些基本要求之外,对隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也都有很高的要求。因此,鉴于技术工艺的难度,隔膜材料是中国唯一还没有实现自给的锂电池关键材料之一。不过,自2004 年新乡格瑞恩率先实现隔膜材料的国产化以来,中国的隔膜材料产业发展速度非常快,国产隔膜在中低端市场快速地、规模化替代进口产品。

据真锂研究的统计,2011 年中国企业共实现隔膜销售约6,700 万m2,全球市场占比14.63%,位居世界第3。同年中国本土企业的锂电池销量占全球25%的比重,以此来计算,中国本土的锂电池企业2011 年隔膜需求约1.145 亿m2,这样,2011 年中国隔膜的自给率已经超过半数,达到了58.52%,远高于多数研究机构给出的数据。照此速度发展下去,用不了几年,中国的隔膜材料就将实现自给。而且,现在部分日韩知名锂离子电池企业已经在开始考虑采购中国企业生产的隔膜材料产品,这在一定程度上说明了中国企业的隔膜产业化技术已经达到了想当的水平。

从企业销售量来看,2011 年中国隔膜材料销量的85%以上是由新乡格瑞恩(Green,金龙铜管集团旗下企业)、佛山金辉高科(Jinhui,由佛塑股份与比亚迪合资组建而成,目前比亚迪已退出,佛塑也已失去大股东地位,正在逐渐被边缘化,香港一百工业成为金辉高科的控股股东)和深圳星源材质(Senior)这3 家企业完成的。






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作者 ab