植志飞
深圳市星源材质科技股份有限公司
摘要：锂离子隔膜技术近几年在全球市场上发展较快，生产商的出货量处于上升趋势。而中国随着国内锂电池企业的快速崛起，中国隔膜厂商更是取得快速发展，市场份额也逐步上升，但是目前整体技术和规模实力与国际一线品牌还具有一定差距，国产隔膜在进口替代和高端隔膜替代等领域还有巨大空间。随着经济的发展，市场的刺激，电池隔膜生产技术需求量会增多，竞争会越来越激烈，所以加强国内高端隔膜生产技术的研究是重要发展方向。本文将对锂离子电池隔膜生产工艺的进展进行分析，并就其市场情况做出解读。
关键词：锂离子；隔膜生产技术；进展；市场
锂电池由三部分组成，分别是正负极片、电解液、聚烯烃隔膜。其中隔膜所需要做的是将正极和负极隔开，阻止电子从中经过，为离子提供能够通过的途径。电池的容积、循环性以及安全稳定性和隔膜的性能有着巨大的关系，隔膜的质量对它们有很大的影响。性能较好的隔膜将对锂离子电池的整体性能增强。随着对锂离子电池隔膜生产技术的研究，很多不同的工艺被应用，国内市场和国外市场对隔膜生产技术的利用存在很大的差距，本文将对其生产技术和市场展开分析。
一、分析锂离子电池隔膜生产技术
聚烯烃微孔膜是锂离子电池利用的主要隔膜，其中包含有聚乙烯单层膜、聚丙烯单层或多层膜、聚乙烯和聚丙烯的多层复合膜。在锂电池总的成本中隔膜就占了20%~30%，关于锂电子隔膜的生产工艺有两种，一种是干法，另一种是湿法。
锂离子电池隔膜的技术水平，通常是指隔膜在干法（包括干法单向拉伸和干法双向拉伸工艺）和湿法两种微孔制备工艺所涵盖的原材料配方技术、微孔制备技术和成套设备设计技术等三个方面达到的技术经济指标，最终体现为产品的一致性、稳定性和安全性等技术参数指标。
（一）干法拉伸工艺
干法拉伸工艺有两种模式，一种是单向的，另一种是双向的。干法单向拉伸工艺主要使用聚烯烃材料生产单层、双层和多层等不同厚度的隔膜，其中美国是干法单向拉伸工艺的起源地，通过熔融、挤压聚烯烃树脂，然后经过吹膜或流延这一过程制作成结晶性的聚合物薄膜。之后通过结晶化，去火得到一种有高度的多层结构，通过高温的环境进行单项的拉伸，制成多孔的结构。这种单向的干法拉伸工艺生产的隔膜具有成本低、厚度均匀性好、孔径分布窄、通孔曲折度低、透过性好、高温时横向无收缩、复合产品有较宽的安全工作温度窗口等特点。干法单向拉伸工艺生产的PP隔膜主要应用于动力锂离子电池领域，工序控制难度较高，其高安全性能的需求需要较厚的隔膜来增加机械强度，要求厂商生产的隔膜厚度在高性能和安全性方面做到良好平衡，国内企业正在该领域不断探索。
和单向拉伸工艺相比，干法双向拉伸工艺源自中国科学化研究所。它是将有着成核价值的β晶型改进剂添加到聚丙烯中，借助于聚丙烯具有差异的形态密度，通过拉伸可以让晶型变化成微孔，进而生产出单层的聚丙烯隔膜。双向拉伸工艺和单向拉伸工艺相同的是设备都比较复杂，投资比较大，厚薄均匀性低于干法单向拉伸工艺，但其制成的薄膜横向拉伸力比较强。
（二）湿法工艺
湿法工艺还可以称之为相分离法，它主要利用高沸点小分子作为致孔剂，然后在致孔剂中添加入聚烯烃，经过加热然后熔融成均匀的结构。加热熔融之后并没有结束，还要通过再次降温让其分离，在拉伸过程中依靠有机溶剂获取小分子，获得两者贯通的微孔膜材料。这个过程中，萃取之前的拉伸可以是单向的也可以是双向的，萃取之后就可以对其进行定型，当然拉伸也可以在萃取之后实施。因为拉伸在萃取之后可以让薄膜孔径变得比较大，分布更均匀。湿法工艺需要投入较多的资金，而且设备的精度要求比较高，在生产的过程中花费的周期比较长，由于能耗较大所以会造成环境污染。但是湿法工艺能够很好的控制孔径以及孔隙率，它可以用来生产高端的薄膜。
二、锂离子电池隔膜技术发展趋势
从锂离子电池隔膜的发展趋势来看，一方面是倾向于更加轻薄的数码类锂离子电池隔膜，主要针对手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴式智能设备、移动电源等分布式应用架构体系，提升锂离子电池的容量和便携性；另一方面是倾向于使用高安全膜或者多层复合膜的动力类锂离子电池隔膜，主要应用于新能源汽车、电动自行车、电动工具、储能电站、电动自行车、航空航天及医疗等大型动力领域，要求能量输出和功率特性较好，安全性高，兼顾锂离子电池的容量和安全性能。
1、在保障安全性的基础上，锂离子电池隔膜趋于轻薄化
锂离子电池隔膜是随着锂离子电池的需求变化而不断发展的。对于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴式智能设备、移动电源等数码类锂离子电池，要求在安全性保障的前提下，隔膜厚度越薄越好，更注重能量密度，以在狭小的体积中容纳更多的电极材料。对于新能源汽车、电动自行车、电动工具、储能电站等动力类电池，更注重安全性能，要求在保障使用年限长、能承受高倍率和高功率充放电的前提下，隔膜厚度趋于轻薄化。因此，无论是数码类锂离子电池还是动力类锂离子电池，在保障安全性能的基础上，轻薄化已成为趋势。
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2、锂离子电池隔膜涂覆技术将得到广泛应用
目前，锂离子电池隔膜的缺点主要集中在熔融温度较低，耐热性能较差等方面。近年来，随着隔膜涂覆技术的成熟，通过对干法或湿法工艺生产的隔膜涂覆陶瓷、勃姆石、硫酸钡等无机材料后，上述耐高温涂覆隔膜在充放电过程中发生大面积放热后仍能保持隔膜的完整性，能够良好地解决隔膜耐热性能较差的问题。锂离子电池隔膜通过无机材料的涂覆，将极大地提升锂离子电池的安全性能，拓展应用领域，逐步进入涵盖动力类锂离子电池的中高端市场。
3、锂离子电池隔膜基体材料将得到拓展
目前，聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）等聚烯烃材料及添加剂是锂离子电池隔膜的主要基体材料，除热稳定温度有所限制外，一般情况下适用于所有锂离子电池。但无论聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）还是其他热塑性高分子材料，在接近熔点时均会因熔化而收缩变形，为锂离子电池的安全性带来潜在隐患。若要满足未来高功率动力类锂离子电池的需求，锂离子电池隔膜需考虑进一步提升热稳定温度的限制范围。
在现有基体材料体系的基础上，通过加入氧化铝、氧化锆等其它复合材料的方式，是目前基体材料研发的重要方向。通过新材料的开发、高分子复合改性技术的应用，发展耐高温树脂作为制作隔膜的基体材料，将为解决大功率动力类电池的安全性提供可行的解决方案，是国内未来动力锂离子电池隔膜基体材料的一个重要发展方向。
三、锂离子电池隔膜生产技术的市场情况
（一）世界市场上锂离子电池隔膜生产技术情况
在201５年，锂电子电池隔膜在全球市场上具有较大销量，总的产量大约为14.2亿m2，比较2014年增长了33.1%。而2016年，全球隔膜市场大约达到了124m2。在2011年，虽然我国在全球市场的销售量并没有超过1亿m2，在全球市场总的份额中没有达到15%的比例。随着锂电子电池产业的发展，带动了全球的锂离子电池隔膜技术发展，我国同样有了很大的提升，在2015年锂电池隔膜产值达到了28.57亿元，同比增长了53.81%。世界市场上的新能源动力、3C领域等的快速发展也使锂离子电池的需求与日俱增。有关专业经过对最近几年锂电池电池隔膜生产技术进展以及市场的需求情况研究，预测在2020年，锂电池的市场规模将会超过499亿美元，全球锂电池隔膜产量将会达到39.67亿m2，而且中国市场上电池隔膜的需求也会迅速上升，预计会达到25.45m2。2016年全球前四大锂电隔膜企业主要有四家，分别为日本旭化成、日本东丽、美国Celgard和韩国SKI，它们分别占据全球20.8%、15.1%、10.8%和9.6%的市场份额，这四家机会占据了全球市场中50%的份额，而前三家是以湿法隔膜为技术路线，唯一一家干法隔膜企业是美国的CELGARD，因为经营不善之后被日本旭化成收购，随之湿法隔膜技术路线成为了世界主流。不过最近几年，我国和韩国的企业相继在电池隔膜生产上取得了良好的成绩，大企业不断崛起，
（三）国内市场上锂离子电池隔膜生产技术情况
在2015年末，我国隔膜的产能为28.57亿元，同比增长了53.81%，在2016得到了很大的提升，锂电池隔膜市场达到了大约41.16亿元，比去年增长了44.05%，其中占据全球锂电池市场份额的比例是33.25%，据相关专家预测，在2020年，中国锂电池隔膜市场将接近全球市场的40%，产值大约达到99.43亿元。
最近几年来，我国的很多企业都热衷于投资电池隔膜生产技术，这种生产技术引起了很多企业的重视。当前投资的企业呈现上升趋势而且产能也在增加。不过我国在锂电池利用市场上，大概有70%的锂电池产量用于了中低端的市场，几乎高端的锂电池隔膜被外国的企业多垄断和国外的高端隔膜产品相比，我们国家高端隔膜产品质量差很多，在市场上明显供不应求，需要依靠进口来实现生产。当下，电动汽车有着较好的市场，随着这个产业的发展，刺激了高性能锂离子电池隔膜需求量的上升，对于低端的锂电池隔膜来说，市场竞争将会尤为激烈。未来随着动力电池大规模采用湿法隔膜，中国的锂电池隔膜格局将会发生巨大的变化。
结语
锂离子电池隔膜生产技术有干法和湿法两种工艺，对这种技术的研究，在今后会朝着新能源动力电池以及高性能复合薄膜的方向发展。我国隔膜产能在中低端市场上最近几年处于过剩状态，市场竞争尤为激烈，同时因为国外生产隔膜的企业大力扩张市场、降低产品的价格，更加导致我国低端隔膜市场发展面临着阻碍。由于受核心生产技术的限制，高端隔膜市场具有较小的竞争，所以获取利润的机会也比较大。随着电动汽车市场以及其他产业的出现，高端隔膜的需求量会不断增加，未来锂离子电池隔膜技术将会朝着高端化方向发展。
参考文献
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[3] 厉娜，刘瑾.动力型锂离子电池隔膜中国专利分析[J].中国科技信息，2016（22）：113-114.
论文作者:植志飞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：隔膜论文; 锂离子电池论文; 市场论文; 锂电池论文; 湿法论文; 工艺论文; 生产技术论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;