我國鋰離子電池隔膜的發展介紹與市場需求探討

佛山佛塑科技集團股份有限公司 陳志雄、吳耀根

我國鋰離子電池隔膜的發展介紹與市場需求探討

The development and marketing demand of lithiumion battery diaphragm in China

佛山佛塑科技集團股份有限公司 陳志雄、吳耀根

一 鋰離子電池的發展情況

鋰離子電池是20世紀90年代初由日本的索尼公司首先實現商品化的一種高容量和高工作電壓的可充電池。與傳統的二次電池如鉛酸電池、鎳氫電池以及鎳鎘電池等相比較，由于具有能量密度高，充放電循環使用性能十分優越，沒有記憶效應以及電池中的化學物質對地球環境友好等特點，近二十年來發展迅猛，已經完全取代鎳氫、鎳鎘電池，廣泛應用于手機、筆記本電腦、攝像機等便攜型電子設備中，并且在其他領域的應用日益廣泛。

在鋰離子電池的結構中，隔膜是四大關鍵元件（正極、負極、隔膜、電解液）之一。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作用。

隔膜是鋰離子電池四大元件中最后一個能實現國產化的材料。過去在我國鋰離子電池隔膜國產化之前，其占鋰離子電池的原料成本約20～30%，現在已降至10～20%。過去隔膜價格居高不下的主要原因是制作隔膜的關鍵技術被日本和美國所壟斷。

隔膜技術難點在于造孔的工程技術以及基體材料。其中造孔的工程技術包括隔膜造孔工藝、生產設備以及產品穩定性?；w材料包括聚丙烯、聚乙烯等，以及添加劑。

由于鋰離子電池的電解液一般為有機溶劑體系，因而隔膜材料要對有機溶劑耐溶。此外，還要求有較好的拉伸強度，穿刺強度高，收縮率低，表面無靜電，孔隙率高，孔徑分布均勻，電解液浸潤性好，耐電化學性能好，具有較低的閉孔溫度和較高的破膜溫度等。

目前市場化的鋰離子電池隔膜主要聚乙烯、聚丙烯為主的聚烯烴隔膜，包括單層PE，單層PP，三層PP/PE/PP復合膜。現有的聚烯烴隔膜生產工藝可按照干法和濕法分為兩大類，同時干法又可細分為單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝。

干法單向拉伸工藝是通過生產硬彈性纖維的方法，制備出低結晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高溫退火獲得高結晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫下進行拉伸形成銀紋等微缺陷，然后高溫下使缺陷拉開，形成微孔。該工藝經過多年的發展在美國、日本已經非常成熟，現在美國Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝生產單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復合膜。用這種方法生產的隔膜具有扁長的微孔結構，由于只進行單向拉伸，隔膜的橫向強度比較差。

干法雙向拉伸工藝是中國科學院化學研究所在20世紀90年代初開發出的具有自主知識產權的工藝。通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改進劑，利用聚丙烯不同相態間密度的差異，在拉伸過程中發生晶型轉變形成微孔，用于生產單層PP膜。2004年進行中試及生產，2005年底開始有產品在市場上銷售。

濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將高沸點小分子作為致孔劑添加到聚烯烴中，加熱熔融成均勻體系，然后降溫發生相分離，拉伸后用有機溶劑萃取出小分子，可制備出相互貫通的微孔膜材料，適用的材料廣。采用該法的具有代表性的公司有日本旭化成、東燃及美國Entek等，目前主要用于單層的PE隔膜。用濕法雙向拉伸方法生產的隔膜由于經過了雙向拉伸具有較高的縱向和橫向強度。國際上高質量的鋰離子電池隔膜都是用濕法工藝生產制造。

二 鋰離子電池隔膜國內龍頭生產企業情況和國內隔膜市場及發展狀況

縱觀國內的鋰離子電池隔膜市場，雖然目前國外品牌依然占有相當大比例，但隔膜的國產化已經呈現喜人的局面。濕法和干法兩種工藝生產的隔膜已經實現了市場化，并且產能急促擴大，產品的質量也在不斷提升。目前，兩大生產廠家是佛山佛塑科技集團屬下的佛山市金輝高科光電材料有限公司和河南新鄉的格瑞恩公司。

佛山市金輝高科光電材料有限公司是佛山佛塑科技集團股份有限公司的控股子公司。佛塑科技于2003年立項開發鋰離子電池隔膜，經過近三年的研究開發，于2005年底項目正式投產。2006年初佛塑科技與比亞迪公司共同投資成立佛山市金輝高科光電材料有限公司。經過5年多的不斷完善和提高已經形成成熟的鋰離子隔膜開發技術、生產技術和質量管理體系，與上下游結成供應鏈創新和挖潛體系，為客戶創造個性化競爭優勢，產品的性能、可靠性、適應性、一致性都得到了行業的認同，性價比在不斷提高。

現在金輝高科和佛塑科技已經擁有十多項發明和實用新型專利，獲得ISO9001：2008質量管理體系認證、通過產品企業標準備案和日本電池廠認證、列入兩項國家科技部863計劃電動汽車動力鋰離子電池專項、粵港關鍵領域重點突破項目等重大項目支持，并列入國家火炬計劃高新技術產業項目、廣東省戰略性新興產業500強項目，廣東省發改委重大專項項目，獲得廣東省科學技術獎，廣東省標準創新貢獻獎，佛山市科學技術獎和多項佛山市發明專利獎。產品、服務和企業信譽贏得國內外客戶的認同。

2010年佛山金輝高科產銷規模達到2500萬平米/年，國內市場占有率10～20%；2011年下半年二期項目上馬，產銷能力將達到年產7000萬平方米/年的水平；2012年底第三期項目投產，總產銷規模將達到1.15億平方米/年。市場占有率將大幅增長，產品既有內銷也有出口到日本等海外市場。

隔膜國產化水平的狀況：

1、從知識產權、產品開發能力、生產技術、質量管理、產出能力和市場認可程度等方面國產隔膜早已完全實現國產規?；a和應用。

2、在產品結構上已形成多個系列滿足不同市場和不同擋次的要求，如佛山金輝高科的JH系列隔膜應用于如通訊類、小型移動類電子產品的通用鋰離子電池；JJ系列隔膜應用在對循環次數、安全性、放電功率和一致性等性能要求高的筆記本電腦和動力汽車用高端電池組等等；國產隔膜已經在國內市場的國際競爭中成長，從中低端市場走向高端，并反銷日本等海外市場，在國際市場的競爭中發展。

3、市場方面，由于前兩年的電子產品如國內自主品牌手機、MP3、MP4、GPS等快速發展和東南亞、印度及非洲市場的崛起，鋰電池需求量急速猛增，隔膜廠家都始料不及，但隔膜生產線的建設期需要近兩年的時間，在這期間造成了隔膜供不應求的緊張局面，但隨著新增鋰電池市場的飽和，市場增長速度已放緩，再加上原有隔膜廠家新上產能的相繼投產，產能增加將遠大于市場需求。如，佛山金輝高科的產能到明年底將增長到目前的四倍，市場占有量大幅增加（目前隔膜市場的需求量約在1.5～2.0億平方米/年），鋰電池隔膜的供求關系勢必會進入供大于求的過剩局面。而且大的鋰電池廠和動力汽車廠都紛紛加入到鋰電隔膜生產項目，實施產業鏈延伸策略，使到原本容量很小的隔膜市場需求更少。

4、隔膜生產技術已從日本擴散到韓國、中國，加上國內大量隔膜項目的上馬，隔膜技術已從壟斷技術向公知技術方向轉化，這將加劇國內隔膜行業的同質化競爭。

三 關于隔膜的發展展望

1、隔膜技術的發展趨勢是：主流是性價比優先，高端是性能和安全優先。

2、隔膜市場的發展趨勢是：高毛利→低毛利→過渡競爭→優勝劣汰→市場重整→加工業合理利潤。也就說：可能會重走BOPP、BOPA過去走過的歷程。

3、動力電池隔膜市場的發展長遠是一個方向，但在這一過程中會有較多的曲折，這也是一個產品從開發到成熟的一個必由之路。世界專家對電動車發展規模和速度也不盡一致，有樂觀一些的，有穩健一些的。目前，國內鋰離子動力電池開發有些側重于成本優先，與國外對安全性很重視相比還有一定的差距，因此，低成本高性能的要求將是對隔膜的一個極大挑戰。我們仍然任重道遠。