我国锂离子电池隔膜的发展介绍与市场需求探讨

佛山佛塑科技集团股份有限公司 陈志雄、吴耀根

我国锂离子电池隔膜的发展介绍与市场需求探讨

The development and marketing demand of lithiumion battery diaphragm in China

佛山佛塑科技集团股份有限公司 陈志雄、吴耀根

一 锂离子电池的发展情况

锂离子电池是20世纪90年代初由日本的索尼公司首先实现商品化的一种高容量和高工作电压的可充电池。与传统的二次电池如铅酸电池、镍氢电池以及镍镉电池等相比较，由于具有能量密度高，充放电循环使用性能十分优越，没有记忆效应以及电池中的化学物质对地球环境友好等特点，近二十年来发展迅猛，已经完全取代镍氢、镍镉电池，广泛应用于手机、笔记本电脑、摄像机等便携型电子设备中，并且在其他领域的应用日益广泛。

在锂离子电池的结构中，隔膜是四大关键元件（正极、负极、隔膜、电解液）之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

隔膜是锂离子电池四大元件中最后一个能实现国产化的材料。过去在我国锂离子电池隔膜国产化之前，其占锂离子电池的原料成本约20～30%，现在已降至10～20%。过去隔膜价格居高不下的主要原因是制作隔膜的关键技术被日本和美国所垄断。

隔膜技术难点在于造孔的工程技术以及基体材料。其中造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺、生产设备以及产品稳定性。基体材料包括聚丙烯、聚乙烯等，以及添加剂。

由于锂离子电池的电解液一般为有机溶剂体系，因而隔膜材料要对有机溶剂耐溶。此外，还要求有较好的拉伸强度，穿刺强度高，收缩率低，表面无静电，孔隙率高，孔径分布均匀，电解液浸润性好，耐电化学性能好，具有较低的闭孔温度和较高的破膜温度等。

目前市场化的锂离子电池隔膜主要聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜，包括单层PE，单层PP，三层PP/PE/PP复合膜。现有的聚烯烃隔膜生产工艺可按照干法和湿法分为两大类，同时干法又可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。

干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法，制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成银纹等微缺陷，然后高温下使缺陷拉开，形成微孔。该工艺经过多年的发展在美国、日本已经非常成熟，现在美国Celgard公司、日本UBE公司采用此种工艺生产单层PP、PE以及三层PP/PE/PP复合膜。用这种方法生产的隔膜具有扁长的微孔结构，由于只进行单向拉伸，隔膜的横向强度比较差。

干法双向拉伸工艺是中国科学院化学研究所在20世纪90年代初开发出的具有自主知识产权的工艺。通过在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改进剂，利用聚丙烯不同相态间密度的差异，在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔，用于生产单层PP膜。2004年进行中试及生产，2005年底开始有产品在市场上销售。

湿法又称相分离法或热致相分离法，将高沸点小分子作为致孔剂添加到聚烯烃中，加热熔融成均匀体系，然后降温发生相分离，拉伸后用有机溶剂萃取出小分子，可制备出相互贯通的微孔膜材料，适用的材料广。采用该法的具有代表性的公司有日本旭化成、东燃及美国Entek等，目前主要用于单层的PE隔膜。用湿法双向拉伸方法生产的隔膜由于经过了双向拉伸具有较高的纵向和横向强度。国际上高质量的锂离子电池隔膜都是用湿法工艺生产制造。

二 锂离子电池隔膜国内龙头生产企业情况和国内隔膜市场及发展状况

纵观国内的锂离子电池隔膜市场，虽然目前国外品牌依然占有相当大比例，但隔膜的国产化已经呈现喜人的局面。湿法和干法两种工艺生产的隔膜已经实现了市场化，并且产能急促扩大，产品的质量也在不断提升。目前，两大生产厂家是佛山佛塑科技集团属下的佛山市金辉高科光电材料有限公司和河南新乡的格瑞恩公司。

佛山市金辉高科光电材料有限公司是佛山佛塑科技集团股份有限公司的控股子公司。佛塑科技于2003年立项开发锂离子电池隔膜，经过近三年的研究开发，于2005年底项目正式投产。2006年初佛塑科技与比亚迪公司共同投资成立佛山市金辉高科光电材料有限公司。经过5年多的不断完善和提高已经形成成熟的锂离子隔膜开发技术、生产技术和质量管理体系，与上下游结成供应链创新和挖潜体系，为客户创造个性化竞争优势，产品的性能、可靠性、适应性、一致性都得到了行业的认同，性价比在不断提高。

现在金辉高科和佛塑科技已经拥有十多项发明和实用新型专利，获得ISO9001：2008质量管理体系认证、通过产品企业标准备案和日本电池厂认证、列入两项国家科技部863计划电动汽车动力锂离子电池专项、粤港关键领域重点突破项目等重大项目支持，并列入国家火炬计划高新技术产业项目、广东省战略性新兴产业500强项目，广东省发改委重大专项项目，获得广东省科学技术奖，广东省标准创新贡献奖，佛山市科学技术奖和多项佛山市发明专利奖。产品、服务和企业信誉赢得国内外客户的认同。

2010年佛山金辉高科产销规模达到2500万平米/年，国内市场占有率10～20%；2011年下半年二期项目上马，产销能力将达到年产7000万平方米/年的水平；2012年底第三期项目投产，总产销规模将达到1.15亿平方米/年。市场占有率将大幅增长，产品既有内销也有出口到日本等海外市场。

隔膜国产化水平的状况：

1、从知识产权、产品开发能力、生产技术、质量管理、产出能力和市场认可程度等方面国产隔膜早已完全实现国产规模化生产和应用。

2、在产品结构上已形成多个系列满足不同市场和不同挡次的要求，如佛山金辉高科的JH系列隔膜应用于如通讯类、小型移动类电子产品的通用锂离子电池；JJ系列隔膜应用在对循环次数、安全性、放电功率和一致性等性能要求高的笔记本电脑和动力汽车用高端电池组等等；国产隔膜已经在国内市场的国际竞争中成长，从中低端市场走向高端，并反销日本等海外市场，在国际市场的竞争中发展。

3、市场方面，由于前两年的电子产品如国内自主品牌手机、MP3、MP4、GPS等快速发展和东南亚、印度及非洲市场的崛起，锂电池需求量急速猛增，隔膜厂家都始料不及，但隔膜生产线的建设期需要近两年的时间，在这期间造成了隔膜供不应求的紧张局面，但随着新增锂电池市场的饱和，市场增长速度已放缓，再加上原有隔膜厂家新上产能的相继投产，产能增加将远大于市场需求。如，佛山金辉高科的产能到明年底将增长到目前的四倍，市场占有量大幅增加（目前隔膜市场的需求量约在1.5～2.0亿平方米/年），锂电池隔膜的供求关系势必会进入供大于求的过剩局面。而且大的锂电池厂和动力汽车厂都纷纷加入到锂电隔膜生产项目，实施产业链延伸策略，使到原本容量很小的隔膜市场需求更少。

4、隔膜生产技术已从日本扩散到韩国、中国，加上国内大量隔膜项目的上马，隔膜技术已从垄断技术向公知技术方向转化，这将加剧国内隔膜行业的同质化竞争。

三 关于隔膜的发展展望

1、隔膜技术的发展趋势是：主流是性价比优先，高端是性能和安全优先。

2、隔膜市场的发展趋势是：高毛利→低毛利→过渡竞争→优胜劣汰→市场重整→加工业合理利润。也就说：可能会重走BOPP、BOPA过去走过的历程。

3、动力电池隔膜市场的发展长远是一个方向，但在这一过程中会有较多的曲折，这也是一个产品从开发到成熟的一个必由之路。世界专家对电动车发展规模和速度也不尽一致，有乐观一些的，有稳健一些的。目前，国内锂离子动力电池开发有些侧重于成本优先，与国外对安全性很重视相比还有一定的差距，因此，低成本高性能的要求将是对隔膜的一个极大挑战。我们仍然任重道远。