鋰離子電池隔膜行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢解析

隔膜是鋰離子電池的重要組成部分之一， 通常也被成為電池隔膜、 隔膜紙、 離子分離膜等， 處于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的上游部分。 根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同， 一般分為干法隔膜和濕法隔膜， 其中干法又可分為干法單拉隔膜和干法雙拉隔膜，或者干法單層隔膜和干法多層隔膜。 隔膜的主要原材料是聚烯烴類樹脂， 根據(jù)工藝的不同， 一般干法隔膜使用 PP 作為原料， 有時干法多層隔膜也會使用 PP和 PE 多層共擠出。 濕法隔膜則一般使用超高分子量聚乙烯(Ultra HighMolecular Weight Polyethylene, UHMWPE) 作為隔膜主體， 石蠟油作為成孔劑， 二氯甲烷作為萃取液。

隔膜是鋰電池的重要組成部分， 近年來隨著隔膜成功國產(chǎn)化后價格迅速下降，在鋰電池材料總成本的占比也有所下降， 一般在 7-15%左右。 一般來說， 由于三元電池中正極和負(fù)極材料單位成本較高， 隔膜成本占比在 10%以內(nèi)， 而且磷酸鐵鋰電池中正負(fù)極材料單位成本相對較低， 隔膜成本占比在 15%左右。 鋰電池材料中， 隔膜技術(shù)壁壘和毛利率均比較高， 同時也是最后一個實現(xiàn)國產(chǎn)化的材料。

鋰電池主要由正極材料、 負(fù)極材料、 電解液和隔膜四部分組成。 鋰電池的原理是正極材料中的鋰離子通過電解液移動到負(fù)極中， 電子則通過外電路從正極移動到負(fù)極， 從而形成電流。 在這個過程中正負(fù)極材料不能發(fā)生接觸， 否則將造成電池短路、 引發(fā)燃燒甚至爆炸。 因此在鋰電池內(nèi)部構(gòu)造中不僅要求隔膜能絕緣正負(fù)極防止短路， 又要求能讓鋰離子自由通過。 鋰電池隔膜具有大量曲折的微孔， 既能保證鋰離子自由通過形成回路， 又能在電池過度充電或溫度升高的情況下通過閉孔的功能防止正負(fù)極接觸， 達到絕緣的作用。

鋰電隔膜是鋰電池中關(guān)鍵的內(nèi)層組件， 能夠影響鋰電池的容量、 循環(huán)性能和充放電電流密度等關(guān)鍵性能。 性能優(yōu)異的隔膜需要隔離正負(fù)極防止短路同時還要允許鋰離子的傳導(dǎo)， 在過度充電或者溫度過高時還要具有高溫自閉性能來阻斷電流防止爆炸， 另外還要具有強度高、 防火、 耐性好、 無毒等特點。 一般來說，根據(jù)隔膜的主要功能， 隔膜的在安全性和通過性上對性能要求較高：1、 給電池提供安全保障。 具有良好的絕緣性， 以防止正負(fù)極接觸短路或者被毛刺、 顆粒、 枝晶穿刺而出現(xiàn)的短路。 因此隔膜需要具有一定的拉伸、 穿刺強度，不易撕裂， 并且在突發(fā)高溫條件下基本保持尺寸的穩(wěn)定， 不會熔縮導(dǎo)致電池的大面積短路和熱失控。2、 給鋰電池提供實現(xiàn)充放電功能、 倍率性能的微孔通道。 因此隔膜必須具有較高的孔隙率并且孔隙特征制約著電池的鋰離子的遷移， 體現(xiàn)在參數(shù)上就是電導(dǎo)率。對于用在新能源汽車上的動力電池， 由于整車對電池的安全性和能量密度要求較高， 因此用于動力電池上的隔膜一般會要求以下幾點：1、 更高安全性， 包括受熱穩(wěn)定性、 電化學(xué)穩(wěn)定性、 抗穿刺抗短路性能;2、 更好的一致性， 包括厚度、 孔徑和孔徑分布;3、 理想的孔隙率和孔隙結(jié)構(gòu);4、 更強的吸液能力和較小的電阻;5、 更高的能量密度， 會要求更大的電化學(xué)穩(wěn)定窗口， 即耐高壓(0-5V) 特性也是未來趨勢。

行業(yè)發(fā)展趨勢

從行業(yè)整體來看，隔膜的研究方向主要集中在以下幾個方面：

(1)提高產(chǎn)品良品率，增強隔膜耐熱性

隨著技術(shù)的進步、社會的發(fā)展，安全問題必然會越來越受到社會的重視，在充放電過程中，大面積正、負(fù)極短路后仍能保持隔膜完整性的耐高溫復(fù)合隔膜必將受到市場的青睞。為提高電池安全性，在聚烯烴隔膜上涂覆陶瓷等納米材料或采用新基體材料成為未來技術(shù)發(fā)展趨勢。

(2)增強隔膜熱收縮性能

電池因長時間使用或者異常情況導(dǎo)致溫度升高時，電池隔膜應(yīng)具有一定的熱穩(wěn)定性，以繼續(xù)起到隔離正負(fù)極的作用。隔膜熱穩(wěn)定性由熱收縮率決定，隔膜的熱收縮率過高會致使正負(fù)極材料出現(xiàn)接觸而導(dǎo)致電池發(fā)生短路。

(3)研制超薄隔膜，提高單位能量密度

隨著市場的發(fā)展，更輕薄、更小巧的 3C 電子產(chǎn)品將不斷進入我們的生活，這類產(chǎn)品需要更薄的鋰離子電池隔膜來制作電池，同時，鋰電池對容量的追求也需要薄膜往輕薄化方向發(fā)展，但超薄隔膜的生產(chǎn)制備對設(shè)備、工藝的要求很高。

國產(chǎn)鋰電隔膜市場的崛起推動了鋰離子電池隔膜設(shè)備銷售的快速增長。鋰電隔膜設(shè)備制造業(yè)作為非標(biāo)準(zhǔn)化高端設(shè)備行業(yè)，設(shè)備的性能需要根據(jù)客戶生產(chǎn)工藝的改變、新材料新技術(shù)的進步進行不斷的改進和完善。國內(nèi)設(shè)備廠商針對我國電池隔膜生產(chǎn)的工藝特點進行研發(fā)制造，能夠充分滿足客戶的生產(chǎn)工藝需求，與國外設(shè)備相比，具有適應(yīng)性強、地緣優(yōu)勢明顯、性價比高的特點。隨著國產(chǎn)鋰電隔膜設(shè)備技術(shù)水平的提升，將進一步縮小與進口設(shè)備在產(chǎn)品質(zhì)量上的差距，國產(chǎn)設(shè)備的性價比優(yōu)勢和對進口設(shè)備的替代效應(yīng)會越來越明顯。