根據(jù)制備工藝的不同,隔膜的生產(chǎn)方法可劃分為干法和濕法,而干法又可細(xì)分為干法單向拉伸工藝和干法雙向拉伸工藝。
鋰電池隔膜生產(chǎn)工藝分類
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隔膜的厚度、拉伸強(qiáng)度、抗穿刺強(qiáng)度、熱自閉性、熱收縮性、化學(xué)穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性等參數(shù)決定了電池的安全性能。
隔膜性能對(duì)于鋰離子電池性能的影響關(guān)系
隔膜性能 | 安全性 | 容量 | 倍率 | 循環(huán)性能 | 質(zhì)量 | 體積 |
厚度↑ | ↑ | ↓ | ↓ | ↓ | ↑ | ↑ |
孔隙率↑ | ↓ | - | ↑ | ↑ | - | - |
透氣阻力↑ | ↑ | - | ↓ | ↓ | - | - |
內(nèi)阻↑ | ↑ | - | ↓ | ↓ | - | - |
熱收縮率↑ | ↓ | - | - | - | - | - |
穿刺強(qiáng)度↑ | ↑ | - | - | - | - | - |
機(jī)械性能↑ | ↑ | - | - | - | - | - |
孔徑↑ | ↓ | ↑ | ↑ | ↑ | - | - |
均一性↑ | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | - | - |
注:“↑”表示兩種性能具有正相關(guān)的關(guān)系,“↓”表示兩種性能具有負(fù)相關(guān)的關(guān)系,“-”表示兩種性能的相關(guān)性不明顯
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隔膜的厚度對(duì)于電池的性能具有很大的影響。一般來(lái)說(shuō),隔膜厚度越厚,隔膜的機(jī)械強(qiáng)度就越大,電池的安全性就越好。然而,厚度提升也意味著離子傳輸難度的加大,電池內(nèi)阻提升從而降低電池的體積能量密度。
關(guān)于安全性的隔膜性質(zhì)對(duì)比總結(jié)
性質(zhì) | 說(shuō)明 | 干法隔膜 | 濕法隔膜 |
厚度 | 厚度越厚,電池的安全性更好,但是會(huì)降低電池內(nèi)阻和電池體積能量密度,同時(shí)不利于電池的充放電 | 一般較厚 | 較薄 |
拉伸強(qiáng)度 | 縱向拉伸強(qiáng)度越高,電池組裝時(shí)越不容易撕裂 | 較高的縱向拉伸強(qiáng)度 | 各方向拉伸強(qiáng)度都較強(qiáng) |
抗穿刺性能 | 抗穿刺能力越強(qiáng),隔膜被顆粒、毛刺穿破的幾率越小,電池安全性越高 | 較強(qiáng) | 強(qiáng)(同等厚度下) |
熱收縮性 | 熱收縮性越低,隔膜在高溫下的形變?cè)叫?,電池安全性越?/div> | 低 | 較低 |
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在保證安全性的基礎(chǔ)上,隔膜的電阻、是否適合大功率充放電等性能則是考量隔膜質(zhì)量的重要因素。
隔膜微孔中需要充滿電解液才能允許鋰離子遷移,電解液是否能有效潤(rùn)濕隔膜,極大影響著隔膜的電阻。電解液主要包含碳酸酯類化合物和鋰離子等電解質(zhì),具有很高的極性。聚乙烯、聚丙烯等材料的極性很弱,一般情況下隔膜與電解液的潤(rùn)濕性并不理想。
目前,隔膜的這一不足主要通過(guò)表面處理或涂覆等加工方式改善。
關(guān)于使用性能的隔膜性質(zhì)對(duì)比總結(jié)
性質(zhì) | 說(shuō)明 | 干法隔膜 | 濕法隔膜 |
潤(rùn)濕性 | 潤(rùn)濕性越好,電解液越容易充滿隔膜微孔,電池內(nèi)阻越小 | 較差 | 較差 |
孔隙率 | 孔隙率越高,電池內(nèi)阻越小 | 高 | 高 |
微孔結(jié)構(gòu) | 微孔通道越彎曲,電池內(nèi)阻越高 | 通道較直 | 通道曲折復(fù)雜 |
微孔分布 | 微孔分布越均勻,越有利于電池大功率充放電 | 較均勻 | 均勻 |
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鋰電池隔膜工藝的升級(jí)轉(zhuǎn)型促使近幾年,全球鋰電池隔膜產(chǎn)業(yè)格局發(fā)現(xiàn)了明顯轉(zhuǎn)變。全球鋰電隔膜2016年中國(guó)市場(chǎng)占有率僅約3成,而至2018年,全球濕法隔膜產(chǎn)能中已有近7成位于中國(guó),且產(chǎn)能擴(kuò)張速度還在不斷加快。
2018年全球隔膜產(chǎn)能份額中國(guó)已占據(jù)上風(fēng)
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隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展,高能量密度、高功率以及大容量的電池需求量越來(lái)越大。不同于3C鋰電,動(dòng)力鋰電在大功率快速充放電和安全性方面對(duì)隔膜的各項(xiàng)性能提出了更高的挑戰(zhàn),這也使得鋰電隔膜使用的主材從聚烯烴類材料向多種材料、復(fù)合材料的方向發(fā)展,結(jié)構(gòu)上也從簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)向復(fù)雜結(jié)構(gòu)發(fā)展。
應(yīng)用方面,在動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域,濕法隔膜在性能和安全程度方面有著超越干法的顯著優(yōu)勢(shì),更能夠適應(yīng)當(dāng)前新能源車動(dòng)力電池逐漸向高能量密度化發(fā)展的趨勢(shì)。
不同類型的鋰電池對(duì)隔膜性能的需求不同
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根據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國(guó)鋰電池隔膜市場(chǎng)全景調(diào)查及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示:2018年我國(guó)國(guó)內(nèi)鋰電隔膜出貨量已達(dá)20.12億2,對(duì)應(yīng)鋰電池裝機(jī)規(guī)模接近100GWh,近5年CAGR達(dá)34.76%。
2014-2018年我國(guó)鋰電隔膜出貨量統(tǒng)計(jì)
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其中濕法隔膜出貨量13.06億2,同比增長(zhǎng)99.39%。干法隔膜出貨量7.06億2,同比下降9.49%,二者在增速上已呈現(xiàn)出明顯的反差。
隨著濕法隔膜與干法隔膜價(jià)格差越發(fā)縮小以及動(dòng)力鋰電對(duì)濕法隔膜的需求越來(lái)越高,其占比呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì),從2014年僅有28.89%的占比已提升至2018年的64.91%。
2014-2018年中國(guó)干法隔膜、法濕法隔膜出貨量占比變化
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鋰電池用隔膜主要使用聚乙烯和聚丙烯生產(chǎn)。聚烯烴具有較好的加工性能,適合加工成薄膜。同時(shí),聚烯烴的化學(xué)穩(wěn)定性較好、電子傳輸能力極差,非常適合用于隔離鋰離子電池的電極。為了實(shí)現(xiàn)電池的充放電過(guò)程,隔膜需要存在微孔結(jié)構(gòu),使電解液充滿通道,確保鋰離子順利地進(jìn)行電遷移。
2014-2018年中國(guó)聚合物制電池隔膜進(jìn)口出口量統(tǒng)計(jì)
資料來(lái)源:中國(guó)海關(guān)
2016年開(kāi)始中國(guó)聚合物制電池隔膜出口量超過(guò)進(jìn)口量規(guī)模,到2018年中國(guó)聚合物制電池隔膜出口量1.53萬(wàn)噸,進(jìn)口量1.23萬(wàn)噸。
2014-2018年中國(guó)聚合物制電池隔膜進(jìn)口、出口金額統(tǒng)計(jì)
資料來(lái)源:中國(guó)海關(guān)
2018年我國(guó)聚合物制電池隔膜進(jìn)口金額6.34億美元,同比增長(zhǎng)13.4%;聚合物制電池隔膜出口金額1.38億美元,同比增長(zhǎng)17.41%。
2014-2018年中國(guó)聚合物制電池隔膜進(jìn)口、出口價(jià)格走勢(shì)圖
資料來(lái)源:中國(guó)海關(guān)
隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展,高能量密度、高功率以及大容量的動(dòng)力電池需求大增推動(dòng)了鋰電隔膜的技術(shù)迭代。鋰電隔膜是鋰電池內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí),用來(lái)分隔正極和負(fù)極以防止兩者直接反應(yīng)而發(fā)生短路的一層薄膜,同時(shí)也是支撐鋰電池完成充放電過(guò)程的重要構(gòu)件。傳統(tǒng)鋰電隔膜基材為PE、PP,隨著對(duì)于鋰電池的安全性和快充的要求越來(lái)越高,在濕法隔膜上使用陶瓷、芳綸等材料進(jìn)行涂布以增強(qiáng)PE膜的性能參數(shù)已成為主流的技術(shù)方向。
未來(lái)隨著濕法隔膜價(jià)格愈發(fā)與干法隔膜接近,這一占比仍有可能進(jìn)一步提升。干法隔膜最后可能保留低端3C等少數(shù)對(duì)產(chǎn)品性能要求不高的市場(chǎng),但未來(lái)隨著動(dòng)力電池對(duì)成本愈發(fā)敏感,干法隔膜可能依舊在動(dòng)力鋰電的低端市場(chǎng)存在著一定的需求。


2025-2031年中國(guó)隔膜行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)及投資戰(zhàn)略研判報(bào)告
《2025-2031年中國(guó)隔膜行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)及投資戰(zhàn)略研判報(bào)告》共十四章,包含2025-2031年隔膜行業(yè)投資機(jī)會(huì)與風(fēng)險(xiǎn),隔膜行業(yè)投資戰(zhàn)略研究,研究結(jié)論及投資建議等內(nèi)容。



