國內(nèi)外鋰電池隔膜材料發(fā)展?fàn)顩r如何，市場化情況怎樣？發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)高端隔膜材料，還需要解決哪些難題？

 

 

簡單說，鋰電池隔膜，是一層薄薄的“塑料”，但又絕非普通塑料。

 

“鋰電池市場化的隔膜材料，主要是以聚乙烯、聚丙烯為主的具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對廉價的聚烯烴類隔膜為主。”昆明理工大學(xué)鋰離子電池及材料制備技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室李雪教授向科技日報記者介紹，其中聚乙烯產(chǎn)品主要由濕法工藝制得，聚丙烯產(chǎn)品主要由干法工藝制得。

 

隔膜的性能，決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜材質(zhì)是不導(dǎo)電的，電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列，由于電解液為有機(jī)溶劑體系，因而需要有耐有機(jī)溶劑的隔膜材料，一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

 

要做成高端的鋰電池隔膜，并不容易。它必須具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離，還要有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對鋰離子有很好的透過性。同時，隔膜材料還須具有足夠的力學(xué)性能，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等，但厚度盡可能小，空間穩(wěn)定性和平整性好，以及熱穩(wěn)定性和自動關(guān)斷保護(hù)性能好。

 

當(dāng)電池體系發(fā)生異常時，熱溫度快速升至120～140℃之初，為防止產(chǎn)生危險，熱塑性隔膜發(fā)生熔融，微孔關(guān)閉，變?yōu)榻^緣體，可防止電解質(zhì)通過，從而達(dá)到遮斷電流的目的。

 

總體而言，聚丙烯相對更耐高溫，聚乙烯相對耐低溫，但對環(huán)境應(yīng)力更敏感；聚丙烯密度比聚乙烯小，其熔點(diǎn)和閉孔溫度比聚乙烯高，但韌性比聚乙烯差。

 

李雪教授還介紹，隔膜材料產(chǎn)品還有聚丙烯+陶瓷涂層、聚乙烯+陶瓷涂覆，以及基于聚丙烯、聚乙烯的雙層和三層材料等。與此同時，一些新型隔膜材料產(chǎn)品也在不斷涌現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，不過，因量少價高，主要還是用在動力鋰電池制造領(lǐng)域。這些產(chǎn)品主要有涂層處理的聚酯膜、纖維素膜、聚酰亞胺膜、聚酰胺膜、氨綸或芳綸膜等，其優(yōu)點(diǎn)是耐高溫，且具有低溫輸出、充電循環(huán)壽命長、機(jī)械強(qiáng)度適中的特點(diǎn)。

 

“總體來看，鋰電池隔膜材料產(chǎn)品呈現(xiàn)出明顯的多樣化發(fā)展趨勢。”李雪說。

 

實(shí)施新能源汽車核心技術(shù)攻關(guān)工程，電池技術(shù)突破是關(guān)鍵的一步。

 

2020年11月，國務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021年－2035年）》指出，開展正負(fù)極材料、電解液、隔膜、膜電極等關(guān)鍵核心技術(shù)研究，加強(qiáng)高強(qiáng)度、輕量化、高安全、低成本、長壽命的動力電池和燃料電池系統(tǒng)短板技術(shù)攻關(guān)，加快固態(tài)動力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。

 

隨著新能源汽車市場由政策導(dǎo)向型切換到市場驅(qū)動型，新能源汽車廠商對鋰電池的安全性、續(xù)航能力、使用壽命等關(guān)鍵指標(biāo)的要求不斷提高，尤其是國際一流鋰電池生產(chǎn)企業(yè)對材料品質(zhì)要求甚嚴(yán)，其中鋰電池隔膜作為核心材料之一，技術(shù)壁壘高，其性能直接影響鋰電池的放電容量、循環(huán)使用壽命及安全性，鋰電池制造對隔膜產(chǎn)品的特性如隔膜微孔的尺寸和分布的均勻性、一致性等要求極高。

 

同時，在保障安全性的基礎(chǔ)上隔膜進(jìn)一步趨于輕薄化，鋰電池隔膜輕薄化能夠有效提升鋰電池的能量密度，使單位體積或重量的鋰電池中容納更多的電極材料，從而最終提升鋰電池的續(xù)航能力。

 

記者在采訪中了解到，恩捷股份有限公司是全球領(lǐng)先的鋰電池隔膜行業(yè)龍頭，在產(chǎn)能規(guī)模、產(chǎn)品品質(zhì)、成本效率、技術(shù)研發(fā)方面都具有全球競爭力。2021年企業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)能規(guī)模和收入規(guī)模大幅增長，隔膜產(chǎn)能和出貨量排名全球第一。

 

“隔膜是鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中最具技術(shù)壁壘的關(guān)鍵內(nèi)層組件，也是四大主材中最晚實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的產(chǎn)品。”恩捷股份有限公司董事長助理龐啟智告訴記者，我國電池隔膜在2019年國產(chǎn)化比例已超過92%，國產(chǎn)隔膜材料幾乎都供應(yīng)給世界上所有主流電池廠商。

 

目前，恩捷股份公司的濕法鋰電池隔膜生產(chǎn)規(guī)模目前已處于全球領(lǐng)先地位，豐富的鋰電池隔膜產(chǎn)品種類能滿足不同客戶的多種需求。

 

“我們通過多年積累，建立了體系健全的研發(fā)隊伍，研發(fā)范圍覆蓋了隔膜和涂布生產(chǎn)設(shè)備、隔膜制備工藝以及原輔料的改進(jìn)、涂布工藝、漿料配方、回收及節(jié)能技術(shù)，以及前瞻性技術(shù)儲備項(xiàng)目的研發(fā)。”龐啟智介紹，企業(yè)新近突破了諸多關(guān)鍵核心技術(shù)，在產(chǎn)品品質(zhì)提升以及新產(chǎn)品開發(fā)方面已取得了一系列成果，現(xiàn)行有效的專利共有280項(xiàng)，其中包含國際專利13項(xiàng)；另有236項(xiàng)專利正在申請中，其中含國際專利申請56項(xiàng)。

 

“作為全球出貨量最大的濕法鋰電池隔膜供應(yīng)商，我們有能力承接如LGES、三星SDI、松下、寧德時代、中創(chuàng)新航等大型電池廠商的大規(guī)模訂單需求。”龐啟智自信地說。

 

受益于儲能行業(yè)爆發(fā)增長，2021年鋰電池隔膜產(chǎn)量快速增長。據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院提供的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021年全球隔膜總體產(chǎn)量76億平方米，同比增加150%，其中12月產(chǎn)量8.4億平方米，同比上漲109.3%，環(huán)比上漲10.3%。

 

干法隔膜工藝，是鋰離子電池隔膜制備過程中最常采用的辦法，但與之對應(yīng)的濕法工藝，可以較好地控制孔徑大小、分布和孔隙率，所以一般用于制造高端薄膜。

 

“國產(chǎn)隔膜起步較晚，國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)成熟度不高，眾多企業(yè)在濕法方面還普遍受制于工藝、技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備的‘卡脖子’。”李雪介紹，雖然隔膜材料研發(fā)制備能力已有長足進(jìn)步，但一致性有待提高是國內(nèi)隔膜材料產(chǎn)業(yè)普遍存在的問題。一致性主要體現(xiàn)在不規(guī)律的缺陷、厚度、孔隙率、孔隙分布以及孔徑分布等方面。國內(nèi)干法工藝已經(jīng)比較成熟，高端濕法隔膜與國外還有差距，原材料聚乙烯和生產(chǎn)設(shè)備也還嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

 

為此，李雪建議必須要提升國內(nèi)隔膜企業(yè)的研發(fā)能力，一方面可以鼓勵企業(yè)招募更多具有高學(xué)歷的人員加入研發(fā)團(tuán)隊，另一方面可以通過產(chǎn)學(xué)研相互結(jié)合的方式來推進(jìn)隔膜生產(chǎn)中關(guān)鍵問題的攻關(guān)；同時，應(yīng)盡早整合國內(nèi)鋰離子電池隔膜產(chǎn)業(yè)鏈，避免企業(yè)之間的惡性競爭，保證隔膜生產(chǎn)企業(yè)的貨源，調(diào)整產(chǎn)能，避免出現(xiàn)產(chǎn)能過剩或者不足的情況；對于發(fā)展勢頭良好的企業(yè)提供資金和政策支持，幫助企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

 

龐啟智則認(rèn)為，破解我國高端隔膜材料之困，需要長遠(yuǎn)布局，深入規(guī)劃，合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局；同時加強(qiáng)行業(yè)監(jiān)管，完善行業(yè)規(guī)范，從技術(shù)水平、生產(chǎn)規(guī)模、資源利用、環(huán)境保護(hù)、安全要求等方面建立行業(yè)準(zhǔn)入門檻。此外，企業(yè)也需要進(jìn)一步加大研發(fā)投入，提升核心競爭力。對隔膜企業(yè)自身來說，最重要的是研發(fā)核心技術(shù)、提升工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，建設(shè)高水平生產(chǎn)線并提高生產(chǎn)效率。