佛山佛塑科技集團(tuán)股份有限公司 陳志雄、吳耀根

我國鋰離子電池隔膜的發(fā)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(tuán)股份有限公司 陳志雄、吳耀根

一 鋰離子電池的發(fā)展情況

鋰離子電池是20世紀(jì)90年代初由日本的索尼公司首先實(shí)現(xiàn)商品化的一種高容量和高工作電壓的可充電池。與傳統(tǒng)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(huán)使用性能十分優(yōu)越，沒有記憶效應(yīng)以及電池中的化學(xué)物質(zhì)對地球環(huán)境友好等特點(diǎn)，近二十年來發(fā)展迅猛，已經(jīng)完全取代鎳氫、鎳鎘電池，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)等便攜型電子設(shè)備中，并且在其他領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

在鋰離子電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是四大關(guān)鍵元件（正極、負(fù)極、隔膜、電解液）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。

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

隔膜技術(shù)難點(diǎn)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。基體材料包括聚丙烯、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(jī)溶劑體系，因而隔膜材料要對有機(jī)溶劑耐溶。此外，還要求有較好的拉伸強(qiáng)度，穿刺強(qiáng)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(xué)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(fù)合膜?，F(xiàn)有的聚烯烴隔膜生產(chǎn)工藝可按照干法和濕法分為兩大類，同時(shí)干法又可細(xì)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(jìn)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(jīng)過多年的發(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。用這種方法生產(chǎn)的隔膜具有扁長的微孔結(jié)構(gòu)，由于只進(jìn)行單向拉伸，隔膜的橫向強(qiáng)度比較差。

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(jì)90年代初開發(fā)出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝。通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改進(jìn)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。2004年進(jìn)行中試及生產(chǎn)，2005年底開始有產(chǎn)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(diǎn)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(fā)生相分離，拉伸后用有機(jī)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(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(qiáng)度。國際上高質(zhì)量的鋰離子電池隔膜都是用濕法工藝生產(chǎn)制造。

二 鋰離子電池隔膜國內(nèi)龍頭生產(chǎn)企業(yè)情況和國內(nèi)隔膜市場及發(fā)展?fàn)顩r

縱觀國內(nèi)的鋰離子電池隔膜市場，雖然目前國外品牌依然占有相當(dāng)大比例，但隔膜的國產(chǎn)化已經(jīng)呈現(xiàn)喜人的局面。濕法和干法兩種工藝生產(chǎn)的隔膜已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了市場化，并且產(chǎn)能急促擴(kuò)大，產(chǎn)品的質(zhì)量也在不斷提升。目前，兩大生產(chǎn)廠家是佛山佛塑科技集團(tuán)屬下的佛山市金輝高科光電材料有限公司和河南新鄉(xiāng)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(tuán)股份有限公司的控股子公司。佛塑科技于2003年立項(xiàng)開發(fā)鋰離子電池隔膜，經(jīng)過近三年的研究開發(fā)，于2005年底項(xiàng)目正式投產(chǎn)。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(jīng)過5年多的不斷完善和提高已經(jīng)形成成熟的鋰離子隔膜開發(fā)技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量管理體系，與上下游結(jié)成供應(yīng)鏈創(chuàng)新和挖潛體系，為客戶創(chuàng)造個(gè)性化競爭優(yōu)勢，產(chǎn)品的性能、可靠性、適應(yīng)性、一致性都得到了行業(yè)的認(rèn)同，性價(jià)比在不斷提高。

現(xiàn)在金輝高科和佛塑科技已經(jīng)擁有十多項(xiàng)發(fā)明和實(shí)用新型專利，獲得ISO9001：2008質(zhì)量管理體系認(rèn)證、通過產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)備案和日本電池廠認(rèn)證、列入兩項(xiàng)國家科技部863計(jì)劃電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰離子電池專項(xiàng)、粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點(diǎn)突破項(xiàng)目等重大項(xiàng)目支持，并列入國家火炬計(jì)劃高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目、廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)500強(qiáng)項(xiàng)目，廣東省發(fā)改委重大專項(xiàng)項(xiàng)目，獲得廣東省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，廣東省標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，佛山市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)和多項(xiàng)佛山市發(fā)明專利獎(jiǎng)。產(chǎn)品、服務(wù)和企業(yè)信譽(yù)贏得國內(nèi)外客戶的認(rèn)同。

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

隔膜國產(chǎn)化水平的狀況：

1、從知識(shí)產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)品開發(fā)能力、生產(chǎn)技術(shù)、質(zhì)量管理、產(chǎn)出能力和市場認(rèn)可程度等方面國產(chǎn)隔膜早已完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。

2、在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上已形成多個(gè)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(yīng)用于如通訊類、小型移動(dòng)類電子產(chǎn)品的通用鋰離子電池；JJ系列隔膜應(yīng)用在對循環(huán)次數(shù)、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(dòng)力汽車用高端電池組等等；國產(chǎn)隔膜已經(jīng)在國內(nèi)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(fā)展。

3、市場方面，由于前兩年的電子產(chǎn)品如國內(nèi)自主品牌手機(jī)、MP3、MP4、GPS等快速發(fā)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(chǎn)線的建設(shè)期需要近兩年的時(shí)間，在這期間造成了隔膜供不應(yīng)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(chǎn)能的相繼投產(chǎn)，產(chǎn)能增加將遠(yuǎn)大于市場需求。如，佛山金輝高科的產(chǎn)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(guān)系勢必會(huì)進(jìn)入供大于求的過剩局面。而且大的鋰電池廠和動(dòng)力汽車廠都紛紛加入到鋰電隔膜生產(chǎn)項(xiàng)目，實(shí)施產(chǎn)業(yè)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(chǎn)技術(shù)已從日本擴(kuò)散到韓國、中國，加上國內(nèi)大量隔膜項(xiàng)目的上馬，隔膜技術(shù)已從壟斷技術(shù)向公知技術(shù)方向轉(zhuǎn)化，這將加劇國內(nèi)隔膜行業(yè)的同質(zhì)化競爭。

三 關(guān)于隔膜的發(fā)展展望

1、隔膜技術(shù)的發(fā)展趨勢是：主流是性價(jià)比優(yōu)先，高端是性能和安全優(yōu)先。

2、隔膜市場的發(fā)展趨勢是：高毛利→低毛利→過渡競爭→優(yōu)勝劣汰→市場重整→加工業(yè)合理利潤。也就說：可能會(huì)重走BOPP、BOPA過去走過的歷程。

3、動(dòng)力電池隔膜市場的發(fā)展長遠(yuǎn)是一個(gè)方向，但在這一過程中會(huì)有較多的曲折，這也是一個(gè)產(chǎn)品從開發(fā)到成熟的一個(gè)必由之路。世界專家對電動(dòng)車發(fā)展規(guī)模和速度也不盡一致，有樂觀一些的，有穩(wěn)健一些的。目前，國內(nèi)鋰離子動(dòng)力電池開發(fā)有些側(cè)重于成本優(yōu)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(gè)極大挑戰(zhàn)。我們?nèi)匀蝗沃氐肋h(yuǎn)。