鋰電池隔膜關(guān)鍵技術(shù)和主要企業(yè)

1、鋰電池隔膜關(guān)鍵技術(shù)及重點企業(yè)介紹 在鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。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。 隔膜通俗點的描述就是一層多孔的塑料薄膜，是鋰電材料中技術(shù)壁壘最高的一種高附加值材料，約占鋰電池成本的20%-30%。隔膜價格居高不下的主要原因是一些制作隔膜的關(guān)鍵技術(shù)被日本和美國所壟斷，國產(chǎn)隔膜特別是高端隔膜的指標還未達到國外產(chǎn)品的水平。 隔膜技術(shù)難點在于造孔的工程技術(shù)以及基體材料。其中造孔的工程技術(shù)包括隔膜造孔工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及產(chǎn)品穩(wěn)定性?；w材料包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。

2、一、造孔工程技術(shù) 目前聚烯烴隔膜生產(chǎn)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(chǎn)硬彈性纖維的方法，制備出低結(jié)晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高溫退火獲得高結(jié)晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫下進行拉伸形成微缺陷，然后高溫下使缺陷拉開，形成微孔。該工藝經(jīng)過幾十年的發(fā)展在美國、日本已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)在美國Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝生產(chǎn)單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復(fù)合膜。美國Celgard公司擁有干法單向拉伸工藝的一系列專利，日本UBE公司是購買了Celgard的相關(guān)專利使用權(quán)。用這種方法生產(chǎn)的隔膜具有扁長的微

3、孔結(jié)構(gòu)，由于只進行單向拉伸，隔膜的橫向強度比較差，但正是由于沒有進行橫向拉伸，橫向幾乎沒有熱收縮。 干法雙向拉伸工藝是中國科學(xué)院化學(xué)研究所在20世紀90年代初開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝（CN1062357）。通過在聚丙烯中加入具有成核作用的晶型改進劑，利用聚丙烯不同相態(tài)間密度的差異，在拉伸過程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變形成微孔，用于生產(chǎn)單層PP膜。國內(nèi)格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新時科技有限公司均與中科院合作采用干法雙向拉伸工藝。 濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將高沸點的烴類液體或低分子量的物質(zhì)與聚烯烴樹脂混合，加熱溶化混合物并把熔體鋪在薄片上，然后降溫發(fā)生相分離，再以縱向或雙軸向?qū)Ρ∑鋈∠?/p>

4、處理，最后用易揮發(fā)的溶劑提取液體?？芍苽涑鱿嗷ヘ炌ǖ奈⒖啄げ牧希m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，用濕法雙向拉伸方法生產(chǎn)的隔膜由于經(jīng)過了雙向拉伸具有較高的縱向和橫向強度。目前主要用于單層的PE隔膜。 從理論上分析，干法雙向拉伸工藝生 產(chǎn)的隔膜經(jīng)過雙向拉伸，在縱向拉伸強度相差不大的情況下，橫向拉伸強度要明顯高于干法的單向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜。物理性能和機械性能方面干法雙向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜更占優(yōu)勢。然而濕法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透氣性。可以滿足動力電池的大電流充放的要求。但由于濕法采用聚乙烯基材，熔點只有140。所以熱穩(wěn)定性比較差。 隔膜具有典

5、型的“高技術(shù)、高資本”特點，而且項目周期很長，投資風(fēng)險較大，國內(nèi)企業(yè)的投資熱情并不高。國內(nèi)能生產(chǎn)隔膜的企業(yè)僅有星源科技、金輝高科、格瑞恩等三家企業(yè)。其中星源科技采用干、濕法兩條工藝、金輝高科采用濕法工藝、格瑞恩采用干法雙向拉伸工藝?，F(xiàn)在國產(chǎn)隔膜的市場主要集中在中、低端小型鋰離子電池領(lǐng)域。 高端產(chǎn)品特別是動力電池對隔膜的一致性要求極高。除了厚度、面密度、力學(xué)性能這些基本要求之外，對隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也有很高的要求。 因為微孔的尺寸和分布直接影響到隔膜的孔隙率、透氣性、吸液率。就國內(nèi)現(xiàn)有的隔膜生產(chǎn)技術(shù)，隔膜的厚度、強度、孔隙率不能得到整體兼顧，量產(chǎn)批次穩(wěn)定性較差。 二、基體材料 隔膜基體

6、材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯(lián)系。世界前三大隔膜生產(chǎn)商日本Asahi(旭化成 、美國Celgard 、Tonen(東燃化學(xué)都有自己獨立的高分子實驗室，并且化學(xué)背景非常深厚。國內(nèi)鋰電池廠家所采用的基體材料基本都是通過外購，自身研發(fā)實力不強。據(jù)了解旭化成與Celgard已經(jīng)自己生產(chǎn)部分聚丙烯、聚乙烯材料。特別是Tonen(東燃化學(xué)和美孚化工合作后，采用美孚化工研發(fā)的高熔點聚乙烯材料后，Tonen推出熔點高達170的濕法PE鋰電池隔膜。采用特殊處理的基體材料，可以極大的提高隔膜的性能，從而滿足鋰電池一些特殊的用途。 國內(nèi)外隔膜生

7、產(chǎn)廠家情況： Celgard（美國） Celgard公司成立于1981年，注冊資本2億美金，全球共分四個事業(yè)部，電池隔膜事業(yè)部2007年全球總銷售金額為8.5億美金。Celgar持有干法單向拉伸制造工藝的專利，并且有MBI、BYD兩大客戶的支持，成為干法聚烯烴隔膜的領(lǐng)跑者。 Asahi Kasai（日本旭化成） 日本旭化成成立于1931年，注冊資金103億日元，優(yōu)質(zhì)濕法隔膜的供應(yīng)商，半數(shù)以上產(chǎn)品供給三洋，業(yè)內(nèi)說法為其供與三洋的隔膜和對其他電池廠的隔膜有差異，但得不到確切證明。旭化成化學(xué)目前正開發(fā)面向高輸出功率用途的隔膜。 旭化成化學(xué)公司為應(yīng)對世界鋰離子二次電池的需求擴大，將二次電池用隔膜 的設(shè)

8、備能力增強到現(xiàn)在的1.5倍。在宇山市投資約100億日元,現(xiàn)在年產(chǎn)1億m2，計劃到08年為1億2千萬m2，到09年增為1億5千萬m2。為強化生產(chǎn)據(jù)點體制，將探討選定新廠建設(shè)地點. Tonen（東燃化學(xué)） 東燃化學(xué)由于擁有Sony、SDI、LGC等客戶，東燃化學(xué)成為全球此類隔膜的第三大供應(yīng)商。東燃?？松梨诨さ母裟すS位于日本那須，為了滿足隔膜現(xiàn)有及新型應(yīng)用領(lǐng)域日益增長的需求。2009年東燃?？松梨诨の挥陧n國龜尾的新廠將實現(xiàn)生產(chǎn)。 UBE（日本宇部） 日本宇部成立于1942年，注冊資金431億日元，分化學(xué)樹脂、建筑材料、機械設(shè)備、煤炭五個事業(yè)群，07年總營業(yè)額為3768億日元，其中化學(xué)樹脂事

9、業(yè)群營業(yè)額為1601億日元，占總營業(yè)額的43%。UBE隔膜年總產(chǎn)值約為2400萬平方米/年，70%在中國國內(nèi)銷售，主要客戶為比克和三洋，比克用量大約在1000萬平方米/年，三洋用量約在300萬平方米/年，與celgard一樣的干法技術(shù)，性能與CELGARD有一定差距，但價格遠低于CELGARD。 深圳市星源材質(zhì)科技股份有限公司 星源材質(zhì)成立于2003年，注冊資本1500萬元，總資產(chǎn)4100萬元，凈資產(chǎn)3300萬元，核心業(yè)務(wù)是新材料即鋰離子電池隔膜的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司于2006年底，研發(fā)取得了突破性進展，掌握了鋰離子電池隔膜的核心制造工藝及核心配方的關(guān)鍵技術(shù)。2007年，公司在東莞投資興建了

10、3000平方米的生產(chǎn)基地。2008年1月，星源材質(zhì)公司在原有一條濕法生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)市場需求，啟動了年產(chǎn)1000萬平方米鋰電池隔膜干法生產(chǎn)線投資項目，該生產(chǎn)線由星源材質(zhì)公司自主研發(fā)、自行設(shè)計、具有自主知識產(chǎn)權(quán)，總投資人民幣4788萬元，該生產(chǎn)線關(guān)鍵零部件和儀器分別從德國、美國、意大利等國家進口，其他輔助、配套設(shè)施在國內(nèi)采購。生產(chǎn)線順利建成并于2008年9月正式投產(chǎn)。產(chǎn)品產(chǎn)能達到設(shè)計要求，產(chǎn)品質(zhì)量達到美國、日本同類產(chǎn)品質(zhì)量。該生產(chǎn)線投產(chǎn)后，將年新增產(chǎn)能1000萬平方米。 目前星源材質(zhì)科技股份有限公司擁有干法生產(chǎn)線兩條，濕法生產(chǎn)線一條，主要生產(chǎn)12m到40m不同規(guī)格的鋰電池隔膜。同時，年設(shè)計

11、生產(chǎn)能力5000萬平方米的鋰電池隔膜生產(chǎn)基地正在建設(shè)之中。公司被評為國家火炬計劃重點企業(yè)；深圳市民營領(lǐng)軍骨干企業(yè)，鋰電池隔膜產(chǎn)業(yè)化項目被列入深圳市重大建設(shè)項目。公司在2008年引進戰(zhàn)略投資者-深圳創(chuàng)東方投資公司，并進入上市輔導(dǎo)期，計劃在深圳創(chuàng)業(yè)板上市。星源材質(zhì)目前的客戶群定位于珠三角地區(qū)，主要為手機和筆記本電池。 佛山市金輝高科光電材料有限公司 佛塑股份是一家為現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、交通、通訊、建筑等 領(lǐng)域提供新型材料的高新技術(shù)企業(yè)，主要生產(chǎn)經(jīng)營各種塑料薄膜及復(fù)合包裝材料、人造革、塑料編織復(fù)合制品、建筑工程與光電、裝飾材料以及其它功能性高分子新材料等五大系列產(chǎn)品。公司擁有多項核心技術(shù)，是分支機

12、構(gòu)遍布全國各地的特大型企業(yè)集團，是國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模最大、品種最齊全、出口量最大、綜合競爭力位居同行前列的塑料新材料生產(chǎn)企業(yè)。 佛塑股份利用其在高分子新材料上的技術(shù)力量，擁有了一批進口及自主研發(fā)的先進生產(chǎn)設(shè)備和檢測儀器，并擁有近40人的高技術(shù)高學(xué)歷研發(fā)隊伍。由外國專家及國內(nèi)知名高校的博士、碩士及本科生組成的“鋰離子電池用隔膜”項目攻關(guān)小組經(jīng)過三年多的開發(fā)工作，2004年建立了一條采用濕法工藝生產(chǎn)PE隔膜的雙向拉伸生產(chǎn)線，于2004年末正式出性能合格的產(chǎn)品，并經(jīng)過長期試驗及穩(wěn)定生產(chǎn)后于2005年末投放市場。2006年佛塑股份與比亞迪共同出資281萬美元成立了生產(chǎn)鋰電池隔膜的佛山市金輝高科光電材料有限公

13、司。目前實現(xiàn)了年產(chǎn)600萬平方米的生產(chǎn)能力。 新鄉(xiāng)市格瑞恩新能源材料股份有限公司 新鄉(xiāng)市格瑞恩新能源材料股份有限公司是由金龍精密銅管集團股份有限公司投資興建的致力于鋰離子電池材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的全資子公司。公司通過與國內(nèi)多家高校開展各種形式的技術(shù)人才合作，匯集了鋰離子電池材料領(lǐng)域研發(fā)、生產(chǎn)、品管頂尖人才。目前公司有各類專業(yè)技術(shù)人員100余人，主要產(chǎn)品為鋰離子電池隔膜材料、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰材料等。 新鄉(xiāng)市格瑞恩新能源材料股份有限公司于2004年進行隔膜中試及生產(chǎn)，采用的是雙向拉伸工藝的干法工藝，2005年底開始有產(chǎn)品在市場上銷售。同期開始籌備新的生產(chǎn)線，于2007年正式投產(chǎn)，2008年底生產(chǎn)能力約為1500萬m2。該公司大部分產(chǎn)品滿足國內(nèi)低、中端市場需求，少部分產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿足高端市場的質(zhì)量要求。不僅可以滿足對25、30、40微米傳統(tǒng)隔膜的需求，而且可以極大滿足眾多公司對12、16、20微米超薄隔膜的要求。根據(jù)客戶要求進行彈性分切，寬度從10-1000 mm。目前格瑞恩正在加強與國內(nèi)鋰電池生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)系，積極擴產(chǎn)。計劃在09年底達到3000-3500萬m2生產(chǎn)能力。 桂林新時科技公司 2005年開始，中國科學(xué)院化學(xué)研究所與新時科技公司合作重新開展干法雙向拉