鋰離子電池隔膜

1、鋰離子電池隔膜鋰離子電池隔膜 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。 隔膜的主要作用是 使電池的正、負(fù)極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質(zhì)離子通 過的功能。隔膜材質(zhì)是不導(dǎo)電的，其物理化學(xué)性質(zhì)對電池的性能有很大的影響。電 池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列，由于電解液為有機(jī)溶劑體 系，因而需要有耐有機(jī)溶劑的隔膜材料，一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜。一、鋰電池隔膜需具備的特性鋰電池隔膜的要求 :(1) 具有電子絕緣性，保證正

2、負(fù)極的機(jī)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(dǎo)率，對鋰離子有很好的透過性 ;(3) 由 于電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物，隔膜必須耐電解液腐蝕，有足夠的化學(xué)和 電化學(xué)穩(wěn)定性 ;(4) 對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力 ;(5) 具有足夠的 力學(xué)性能，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等，但厚度盡可能小 ;(5) 空間穩(wěn)定性和平整性好 ;(6) 熱穩(wěn)定性和自動關(guān)斷保護(hù)性能好。動力電池對 隔膜的要求更高，通常采用復(fù)合膜。圖1: 鋰電池隔膜的一般要求二、鋰電池隔膜的分類根據(jù)不同的物理、化學(xué)特性，鋰電池隔膜材料可以分為 : 織造膜、非織造膜 ( 無 紡布 ) 、微孔膜、復(fù)

3、合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學(xué)性 能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對廉價(jià)的特點(diǎn)，因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰電池研究開發(fā)初期便被用作鋰電池隔膜。盡管近年來有研究用其他材料制備鋰電池隔膜，如BoudunF等采用相轉(zhuǎn)化法以聚偏氟乙烯（PVDF）為本體聚合物制備鋰電池隔膜。Kuribayash等研究纖維素復(fù)合膜 作為鋰電池隔膜材料。然而，至今商品化鋰電池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙 烯微孔膜。近年來，固體和凝膠電解質(zhì)開始被用作一個特殊的組件，同時發(fā)揮電解 液和電池隔膜的作用，是一項(xiàng)新興的技術(shù)手段。表 1 給出了鋰電池隔膜的主要生產(chǎn)商及其主要產(chǎn)品信息。表 1: 鋰電池隔膜的主要廠商及

4、其主要產(chǎn)品表 2: 兩種經(jīng)常用的隔膜的具體參數(shù)三、鋰電池隔膜基體材料 鋰電池隔膜基體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(dú)立的高分子實(shí)驗(yàn)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(shí)力不強(qiáng)。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(diǎn)聚乙烯材料后，Tonen推出熔點(diǎn)高達(dá)170?的濕法PE

5、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。四、全球重點(diǎn)鋰電池隔膜廠商全球生產(chǎn)鋰電池隔膜企業(yè)主要有 6 家，供應(yīng)商份額見下圖 :1 、 Asahi Kasei Chemicals: 日本旭化成化學(xué)株式會社，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(kuò)大，將二次電池用隔膜的設(shè)備能力增強(qiáng)到現(xiàn)在的 1.5 倍。在宇山市投資約 100億日

6、元,現(xiàn)在年產(chǎn)1億m2計(jì)劃到09年增為1億5千萬m2為強(qiáng)化生產(chǎn)據(jù)點(diǎn) 體制，將探討選定新廠建設(shè)地點(diǎn) . 。公司在北京、上海設(shè)有辦事處，在蘇州、上 海、張家港設(shè)有工廠。2、Celgard: 美國 Polypore 全資子公司，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MB、BYD兩大客戶的支持，成為干法聚烯烴隔膜的領(lǐng)跑者。目前在深圳設(shè)有辦事處，計(jì)劃投資 2500萬美 元在韓國設(shè)立新工廠并在上海設(shè)立新的辦事機(jī)構(gòu)。3、 Tonen Specialty separat

7、or:日本東燃化學(xué)株式會社的子公司，東燃化學(xué) 為埃克森美孚 (Exxon-Mobil) 在日本的下屬機(jī)構(gòu)，成立于 1947年，注冊資本約 3512億日元，主要生產(chǎn)石油化學(xué)品，近年開發(fā)了新型鋰電池用隔膜。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 燃埃克森美孚化工的隔膜工廠位于日本那須，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?美孚化工位于韓國龜尾的新廠將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。4、Ube Industries: 日本宇部興產(chǎn)株式會社成立于 1942年，注冊資金 431 億 日元，分化學(xué)樹脂、建筑材料、機(jī)械設(shè)備、煤炭五個事業(yè)群， 0

8、7 年總營業(yè)額為 3768億日元，其中化學(xué)樹脂事業(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 樣的干法技術(shù)，性能與 CELGAR有一定差距，但價(jià)格遠(yuǎn)低于 CELGARD5、Sumitomo Chemical: 日本住友化學(xué)株式會社，成立于 1913 年，主要從事基 礎(chǔ)化學(xué)、石油化工和塑料、精細(xì)化工、 IT 關(guān)聯(lián)化學(xué)、農(nóng)藥和醫(yī)藥等行業(yè)的經(jīng)營， 年銷售額 18965 億日元，在大連、北京、無錫、上海、珠

9、海設(shè)有分公司或辦事處。 2007-2009 年間計(jì)劃進(jìn)行 3700億日元的投資。6、SK:韓國SK化工，是SK集團(tuán)下屬企業(yè)，設(shè)立于1969年，主要從事精密化 學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)營，在青島、蘇州、北京、上海、廣州、桂林、寧波等地設(shè) 有工廠或辦事處。表 2: 世界主要鋰電池廠商使用隔膜情況 （08 年統(tǒng)計(jì) ）國內(nèi)涉足隔膜的企業(yè)大約 10 幾家，代表企業(yè)有星源材質(zhì)、中科來方、金輝高 科、新鄉(xiāng)格瑞恩、時代科技、中興新通訊、新鄉(xiāng)中科、常州康捷、常州奇鑫、杭州 華容、齊魯石化等。金輝高科是國內(nèi)唯一采用濕法技術(shù)的企業(yè)，技術(shù)主要依靠自主 研發(fā)，目前第一條生產(chǎn)線已經(jīng)滿負(fù)荷生產(chǎn)，產(chǎn)品供不應(yīng)求，需現(xiàn)金提貨，第二條

10、生 產(chǎn)線今年已經(jīng)開建。星源材質(zhì)采用干法和濕法兩種技術(shù)， 2009年投產(chǎn)，目前有三 條生產(chǎn)線，產(chǎn)品能滿足普通鋰電池生產(chǎn)的需要。表 4-1: 國內(nèi)生產(chǎn)鋰電池隔膜的主要企業(yè)目前公司擁有干法生產(chǎn)線兩條，濕法生產(chǎn)線一條，主要生產(chǎn)12 ym到40 ym不同規(guī)格的鋰電池隔膜。同時，年設(shè)計(jì)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(jì)劃重點(diǎn)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(xiàng)目被列入深圳市重大建設(shè)項(xiàng)目。公司在 2008 年引進(jìn)戰(zhàn)略投資 者深圳創(chuàng)東方投資公司，并進(jìn)入上市輔導(dǎo)期，計(jì)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(jī)和筆記本電

11、池。2、佛山市金輝高科光電材料有限公司金輝高科由外國專家及國內(nèi)知名高校的博士、碩士及本科生組成的“鋰電池用 隔膜”項(xiàng)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(yàn)及穩(wěn)定生產(chǎn)后于 2005 年末投放市場。 2 006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司。目前實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn) 600 萬平方米的生產(chǎn)能力。金輝高科 目前產(chǎn)能 1200萬平米，主要定位手機(jī)隔膜，薄的為主，格瑞恩和星源材質(zhì)是厚 的。計(jì)劃明年新增 4500萬平米產(chǎn)能。據(jù)佛塑內(nèi)部人士介

12、紹，手機(jī)這塊市場每年隔 膜的國內(nèi)需求量為 1.5 億平米。佛塑銷售還不錯，價(jià)格 :20 微米的， 8-9 元， 9-12 微米的， 15塊多。隔膜不怕價(jià)格競爭，即便降至 8塊多，仍然有 66%的毛利率。金 輝高科生產(chǎn)的隔膜主要供給山寨電池廠，比克比亞迪也用一些，成品率為50%左右。3、新鄉(xiāng)市格瑞恩新能源材料股份有限公司 格瑞恩是由金龍精密銅管集團(tuán)股份有限公司投資興建的致力于鋰電池材料研 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)品為鋰電池隔膜材料、錳酸鋰、

13、磷酸亞鐵鋰材料 等。格瑞恩于 2004年進(jìn)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(jìn)行彈性分切，寬度從10-1000 mm目前格瑞恩正在加強(qiáng)與國內(nèi)鋰電池生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)系，積極擴(kuò)產(chǎn)。格瑞恩目前擁有隔膜 10條生產(chǎn)線，號稱產(chǎn)能 6000萬平米，準(zhǔn)備再上 7條生產(chǎn) 線，擴(kuò)大到 9000萬平米。動力電池的門檻本來就很高，一般不敢用國產(chǎn)的, 說新鄉(xiāng)格瑞恩的還不錯，光宇電池也在用它厚度大的膜做動力電池，質(zhì)量還可以，格瑞恩 的干法雙向拉伸PP膜成本低，由于是雙向拉伸，強(qiáng)度比較高，PP耐熱性又好，很適合做動力電池。但生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢品比較多，成品率僅為30-40%,影響產(chǎn)品的利用率，實(shí)際成本相對高。格瑞恩低端的隔膜主要供山寨手機(jī)，比如天貿(mào)、福斯特 等，目前是主要的盈利來源，其中福斯特每年購買 700萬平方米。4、桂林新時科技有限公司 2005年開始，中國