电池隔膜国产化打响攻坚战.doc

电池隔膜国产化打响攻坚战 锂离子电池相对于其他二次电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，自1992年日本索尼公司推出第一块商品化锂离子电池以来，其就成为了化学电源领域中最具竞争力的电池品种之一。作为锂离子电池的关键材料，电池隔膜的成本占到了锂电池电芯成本的近1/3，其性能决定了电池的界面结构和电池的内阻等，进而影响电池的容量、循环性能与安全性。近几年，锂离子电池原材料已基本实现了国产化，但隔膜材料却主要依赖进口，尤其是动力电池用高端膜材料更是如此。　　2010年全球锂离子电池隔膜产量达3.51亿m2，同比增长38%，仅我国的需求量就超过了1.2亿m2。随着电动车市场的启动，未来的隔膜市场将有更大幅度的提升。据台湾工研院预测，2013年全球隔膜需求量可达5.63亿m2。目前国际主要厂商均处于扩产进程中，几乎所有厂商都将在今后两年内将产能提高一倍以上。面对80%的隔膜依赖进口的现状，我国隔膜实现进口替代的潜力巨大。　　锂离子电池隔膜主要为多孔性聚烯烃，可分为单层聚丙烯微孔膜（PP）、单层聚乙烯微孔膜（PE）、聚丙烯/聚乙烯多层微孔膜等。由于聚烯烃材料具有优异的力学性能，化学稳定性和相对廉价的特点，一直以来为隔膜加工的主要材料之一。现有的聚烯烃隔膜生产工艺可分为干法和湿法两大类，细分生产工艺达6种之多。除聚烯烃材料外，已经实现商用的电池隔膜材料还有陶瓷，德国赢创拥有陶瓷隔膜SEPARION的专利，该材料电化学性能十分优异，但在使用过程中容易掉渣，材料易碎且价格昂贵。与之相比，聚烯烃材料的性能价格比更易被市场认可。　　目前，国外聚烯烃电池隔膜生产企业主要有：Celgard（持有干法单向拉伸制造工艺专利）、UBE（日本宇部）、日本旭化成、Tonen（东燃化学）、住友化学、美国Entek及韩国SK等（见表1）。　　从2011年世界锂离子电池隔膜的市场占有率分布来看，依然是国外厂商占据绝对的主导地位。其中日本旭化成约占22%，Celgard为22%，东燃化学20%，UBE为10%，美国Entek为6%，韩国SK为12%，住友化学为1%，日东电工为1%左右，其他市场份额为中国企业所占据。 国内企业追赶步履维艰　　正因为存在差距，所以国内相关企业与科研机构的努力一直没有间断。目前国内企业主要有星源科技、金辉高科、格瑞恩、桂林新时科技等（见表2），研究机构有中科院化学所、理化所、广州化学所等。总体来讲，国内企业的产品质量相对较差，主要还是面向中低端群体。 据不完全统计，目前国内隔膜企业宣称已建成的总产能已达1.3亿m2/a，预计到2013年这一数字将突破4亿m2/a。加之国外隔膜厂家陆续扩产，其扩产后的总产能将有望超过5亿m2/a，如此大的产能已远远超出市场需求量。在电动汽车等下游产业尚未启动、传统手机数码电器市场饱和之时，就已涌现出大批锂电池材料生产企业，这样的超前投资，势必造成产能的严重过剩和资源的浪费。技术壁垒难突破　　隔膜技术难度在于造孔的工程技术以及基本材料。其中造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺、生产设备以及产品的一致性；基本材料包括聚烯烃材料以及添加剂配方。虽然都是经纵向、横向拉伸制膜，但却是一个复杂而精密的加工过程，至少包括膜前驱体结构的调控、熔融、流延制膜、连续精密拉伸等多个重要环节，只有掌握了生产所需的高要求的工艺配方，才能在孔均匀度及厚度均匀性等关键指标方面取得突破。具体来说，工艺技术难点主要集中在以下几个方面：①传统制备隔膜工艺的相关专利基本被美国和日本少数国家垄断，我国在生产技术方面缺乏自主知识产权；②国内企业在隔膜生产的关键材料、配方方面缺乏研究，往往是膜很容易做出来，但合格率低、一致性差，无法大规模产业化生产；③隔膜工艺对设备要求苛刻，设备加工精度及运行控制的偏差，限制了产业化生产。目前主要的几种锂电池隔膜生产工艺情况见表3。　　从目前的技术来看，传统的PP、PE为主的隔膜并不能完全满足锂离子动力电池的需求。而三层膜和无机复合膜技术，国内研究进度落后，绕开专利问题实现突破比较困难。目前国内也已出现了多种独辟蹊径的技术路线，其中代表性的是中科院理化技术研究所研发的静电纺丝技术，该项技术制成的纳米纤维锂离子电池隔膜，可以获得最高75%的高孔隙率，14C放电时电池能量保持率高达74.4％，循环性能、热稳定性、高倍率放电性能均优于国外隔膜，但是这种技术真正实现产业化，还需要若干年的时间。另外一种技术是由深圳惠程电气股份有限公司领衔研发的聚酰亚胺纳米纤维隔膜，据称，该材料孔隙率最高可达94%，15C充放电时电池能量保持率高达81％，市场人士预测该技术或许将实现对聚烯烃隔膜的替代。占领市场绝非一日之功　　尽管突破的难度大，但是我们还是欣喜地看到了国产锂电池隔膜产业已经