鉅大LARGE | 點擊量：1520次 | 2021年11月27日
一文看懂鋰離子電池隔膜技術
作為一個鋰離子電池生產和消費大國，我國已經基本形成從礦產資源、電池材料和配件到鋰離子電池及終端應用產品的完整產業鏈。近年來，我國鋰離子電池市場一直保持快速上升的形式，我國鋰離子電池市場規模由2011年的277億元增至2015年的850億元，年均復合上升率高達32.4%。雖然我國的鋰離子電池市場呈現欣欣向榮的景象，但我國不是一個鋰離子電池強國，以下從鋰離子電池隔膜和鋁塑膜兩方面談一談我們的不足。
隔膜
1鋰離子電池隔膜的用途
隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，它位于電池內部正負極之間，保證鋰離子通過的同時，阻礙電子傳輸。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的用途。
2鋰離子電池對隔膜的要求
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子電池對隔膜的要求包括：
（1）具有電子絕緣性，保證正負極的機械隔離；
（2）有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導率，對鋰離子有很好的透過性；（3）耐電解液腐蝕，有足夠的化學和電化學穩定性，這是由于電解質的溶劑為強極性的有機化合物；
（4）具有良好的電解液的浸潤性，并且吸液保濕能力強；
（5）力學穩定性高，包括穿刺強度、拉伸強度等，但厚度盡可能小；
（6）空間穩定性和平整性好；
（7）熱穩定性和自動關斷保護性能好；
（8）受熱收縮率小，否則會引起短路，引發電池熱失控。除此之外，動力鋰離子電池通常采用復合膜，對隔膜的要求更高。
3鋰離子電池隔膜分類
根據物理、化學特性的差異，鋰離子電池隔膜可以分為：織造膜、非織造膜（無紡布）、微孔膜、復合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。雖然類型繁多，至今商品化鋰離子電池隔膜材料重要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。
4鋰離子電池隔膜工藝
目前，鋰離子電池隔膜制備方法重要有濕法和干法。濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將液態烴或小分子物質與聚烯烴樹脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，然后降溫進行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點溫度，進行雙向拉伸使分子鏈取向，最后保溫一按時間，用易揮發物質洗脫殘留的溶劑，制備出相互貫通的微孔膜。干法是將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結晶性聚合物薄膜，經過結晶化處理、退火后，得到高度取向的多層結構，在高溫下進一步拉伸，將結晶面進行剝離，形成多孔結構，可以新增薄膜的孔徑。
濕法和干法各有優缺點，其中，濕法工藝薄膜孔徑小而且均勻，薄膜更薄，但是投資大，工藝復雜，環境污染大；而干法工藝相對簡單，附加值高，環境友好，但孔徑和孔隙率難以控制，產品難以做薄。
5兩種鋰離子電池隔膜工藝核心技術
有關濕法工藝來說，樹脂與添加劑的擠出混合過程以及拉伸過程是該工藝的兩大核心問題。擠出過程要求物料混合效果好、塑化能力強、擠出過程穩定，拉伸過程決定了分子鏈的取向以及制孔劑分布是否均勻。有關干法工藝來說，除了擠出混合過程外，熔融牽伸比以及熱處理都是核心過程。
目前，全球制造隔膜的廠家以濕法為主，濕法隔膜的價格較貴，未來濕法隔膜在動力鋰離子電池中仍將走高端的市場路線，而中低端動力鋰離子電池仍將以干法為主。
6全球鋰離子電池隔膜公司
全球范圍內的鋰離子電池隔膜的市場需求量呈逐年遞增的趨勢，隔膜出貨量從2009年的2.4億平米增至2014年的11.85億平米。日本旭化成、日本東燃化學以及美國Celgard（Celgard于2015年二月被濕法技術代表公司旭化成收購，干法生產線停產并新建立濕法生產線）是隔膜三巨頭，占據的全球市場份額曾高達77%。但隨著韓國和我國公司的崛起，三巨頭的份額在快速下降，2014年占比56%左右。
7我國鋰離子電池隔膜差距
鋰離子電池隔膜是四大材料中技術壁壘最高的部分，其成本占比僅次于正極材料，約為10%~14%，在一些高端電池中，隔膜成本占比甚至達到20%。
我國鋰離子電池隔膜在干法工藝上已經取得重大突破，目前已經具備國際一流的制造水平。但在濕法隔膜領域，國內隔膜公司受限于工藝、技術等多方面因素，產品水平還較低，生產設備重要依賴進口。我國的隔膜產品在厚度、強度、孔隙率一致性方面與國外產品有較大差距，產品批次一致性也有待提高。
鋁塑膜
1鋰離子電池鋁塑膜的用途
鋁塑膜是鋰離子電池五大材料之一，是軟包鋰離子電池封裝材料。鋁塑膜由外層尼龍層/粘合劑/中間層鋁箔/粘合劑/內層熱封層，共五層組成，每層功能要求都比較高。典型的鋁塑膜結構如下圖所示：
2鋰離子電池對鋁塑膜的要求
鋁塑膜的阻隔能力、耐穿刺能力、電解液穩定性、耐高溫性和絕緣性影響著鋰離子電池的使用性能。任何一個方面有所缺失，都有可能導致電池性能下降，直接報廢。鋁塑膜采用精密涂布技術生產，目前，日本公司具有世界上最先進的精密涂布技術。
3鋰離子電池鋁塑膜工藝
干法和熱法工藝是鋁塑膜重要采用的生產工藝。干法工藝是鋁和聚丙烯用粘合劑粘結后直接壓合而成，熱法工藝是鋁和聚丙烯之間用MPP接著，在緩慢升溫升壓熱壓合而成。
干法生產的鋁塑膜薄，外觀好，具有優良的深沖性能和防短路性能，且工藝簡單、成本低，然而與熱法相比，耐電解液和抗水性能較差；熱法的優點在耐電解液和抗水性能好，但是深沖成型性能、防短路性能不如干法，外觀和裁切性差。
4全球鋰離子電池鋁塑膜公司
在軟包鋰離子電池中鋁塑膜起到關鍵的用途，一般占到電芯成本的15-20%左右。然而國內由于技術的不足，鋁塑膜市場占比非常少，占比不足5%。目前國內鋁塑膜市場90%份額被日本廠商壟斷，重要是DNP（大日本印刷）、昭和電工和T&T占據。
鋁塑膜作為尚未實現國產化的鋰電材料，其毛利率高達60-80%。據估計，目前鋁塑膜全球市場空間僅為數十億元，隨著下游需求放量，行業增速有望超過40%，潛在市場規模將達百億級別。
5我國鋰離子電池鋁塑膜差距
作為軟包電池的核心材料，鋁塑膜的生產技術難度遠高于隔膜、正極、負極、電解液，是鋰離子電池行業內三大高技術之一。從產品性能上看，我國鋁塑膜產品與國外產品存在較大差距，重要表現在：鋁箔表面處理工藝落后、污染大；鋁箔的水處理會出現“氫脆”，導致鋁塑膜耐拆度差；鋁箔表面挺度不夠，良品率差；聚丙烯與高導熱的鋁箔表面復合時易卷曲，出現層狀結晶；國內膠粘劑配方工藝較差，易出現分層剝離問題。
由于這些生產工藝技術的不足，我國生產的鋁塑膜產品沖深最大在5mm左右，始終無法達到良好的性能要求。而國外可達到8mm，有的甚至達到12mm，總體與國外產品還有一定差距；厚度方面，國內鋁塑膜最薄只能做到70μm，量產的有112、88和72μm，而日本鋁塑膜最薄可以做到40μm，65和48μm的也實現量產。
為何鋁塑膜的制造技術難以突破，總體來說重要是材料、設備、工藝方面存在不足，其技術難度重要在于工藝的控制—反應條件的精確控制。
