国内锂电池隔膜行业状况

【中图分类号】 TM912. 9 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2017）17-0221-03

锂离子电池是现代高性能电池的代表，由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四个主要部分组成。其中，隔膜是一种具有微孔结构的薄膜，是锂离子电池产业链中技术壁垒最高的一種高附加值材料，也是锂电池材料中最后一个实现国产化的关键材料。

一、锂电池隔膜的简介

隔膜在锂电池中起到两个主要作用：1、隔开锂电池的正负极，防止正、负极接触形成短路；2、薄膜中的微孔能够让锂离子通过，形成充放电回路。

二、锂电池隔膜的重要性

从“大”处看，主要体现在电动自行车和电动汽车所使用的锂动力电池方面，透过国内曝光的电动车自燃事件不难看出，安全性能是目前制约动力锂电池的瓶颈。这里面的主要原因表现在三个方面：一是安全性是锂离子电池隔膜理化性能的核心，其他三个性能中任意一个缺陷都可以带来安全性能不稳；二是动力锂电池单体电芯本身容量越大，则需要串联的电芯数就会少些，这在客观上要求动力锂电池采用容量更大的电芯，容量越大，则电芯的性能指标需要更细腻的工艺来保证；三是由于串联电芯的一致性和组合技术会带来安全隐患，这就尤其需要锂电池隔膜的制造更加精密。

锂电池隔膜作为锂电池的关键材料之一，是锂电池材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，也是锂电池材料中最后一个实现国产化的关键材料。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

1. 在锂电池四大细分领域中产值增速最快。

2016年埋电池四大核心正极、负极、隔膜和电解液的行业产值增速均超过50%。其中隔膜产值增速最高超过100% ， 2016年到2020年隔膜需求是从20%有望增速到60%， 2020年隔膜需求量有望超过30亿平方米。

2、在锂电池四大细分领域中技术壁垒最高，毛利率最高。

相比正极、负极、电解液等电极材料而言，隔膜的国产率最低、技术壁垒最高，直接决定锂电池使用性能和安全性。隔膜长期以来都是投资回报率较高的领域，这就凸显了单独研究锂电池隔膜的重要性。

3、在锂电池四大细分领域中成本占比位居第二。

整个锂电池的生产成本中，正极材料占30%的比重，位居第一；隔膜占25%的比重，位居第二；负极材料占15%的比重，位居第三。

三、锂电池隔膜的分类

市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）为主的聚烯烃（Polyolefin）类隔膜，其中PE 产品主要由湿法工艺制得，PP 产品主要由干法工艺制得。至于PE 和PP 这两种材料的特性。

总体而言：

①PP 相对更耐高温，PE 相对耐低温；

②PP 密度比PE 小；

③PP 熔点和闭孔温度比PE高；

④PP 制品比PE 脆；

⑤PE 对环境应力更敏感。

主要的隔膜材料产品有单层PP、单层PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP 和三层PP/PE/PP 等，其中前两类产品主要用于3C 小电池领域，后几类产品主要用于动力锂电池领域。在动力锂电池用隔膜材料产品中，双层PP/PP 隔膜材料主要由中国企业生产，在中国大陆使用，这主要是因为目前阶段还没有中国企业能将PP 与PE 制成双层复合膜的技术和能力。而全球汽车动力锂电池使用的隔膜以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料产品为主。

与此同时，其他一些新型隔膜材料产品也在不断涌现并开始实现应用，不过，因量少价高，主要还是用在动力锂电池制造领域。这些产品主要有：涂层处理的聚酯膜（PET，Polyethylene Terephthalate）、纤维素膜、聚酰亚胺膜（PI）、聚酰胺膜（PA），氨纶或芳纶膜等等。这些隔膜的优点是耐高温，且具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特点。总的来看，锂电池隔膜材料产品呈现出明显的多样化发展趋势。

四、锂电池隔膜生产工艺

1、锂离子电池的隔膜性能要求：隔膜位于正极和负极之间，主要作用是将正负极活性物质分隔开，防止两极因接触而短路；此外在电化学反应时，能保持必要的电解液，形成离子移动的通道。隔膜材质是不导电的，电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂离子电池，由于电解液为有机溶剂体系，其隔膜要求具有以下性能。

① 在电池体系内，其化学稳定性要好，所用材料能耐有机溶剂。

② 机械强度大，使用寿命长。

③ 有机电解液的离子电导率比水溶液体系低，为了减少电阻，电极面积必须尽可能大，因此隔膜必须很薄。

④ 当电池体系发生异常时，温度升高，为防止产生危险，在快速产热温度（120～140℃）开始时，热塑性隔膜发生熔融，微孔关闭，变为绝缘体，防止电解质通过，从而达到遮断电流的目的。

⑤ 从锂电池的角度而言，要能被有机电解液充分浸渍，而且在反复充放电过程中能保持高度浸渍。

2、隔膜主要技术指标。

隔膜的优异与否直接影响锂电池的容量、循环能力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，具体要求如下表：

3、聚烯烃隔膜制备的工艺流程。

微孔制备技术是锂电池隔膜制备工艺的核心，根据微孔成孔机理的区别可以将隔膜工艺分为干法（熔融拉伸法，MSCS）与湿法（热致相分离法，TIPS）两种。

干法单拉：将聚烯烃树脂熔融后挤出并成膜（吹塑或者流延等），结晶化后进行纵拉MD方向热处理并拉伸，从而使聚合物晶片分离形成多孔结构。工艺图如下：

干法双拉：将聚烯烃树脂加上β晶型成核剂熔融后挤出并成膜，结晶化后先进行纵拉MD方向热处理并拉伸，然后在横拉TD方向预热拉伸，最后热定型，（α晶型结构）晶型转变晶体体积收缩产生微孔结构。

湿法双拉：将聚烯烃（一般PE）与增塑剂（高沸点的烃类或小分子溶剂）熔融混合后进行冷却处理，降温过程中发生相分离，压制膜片，双向拉伸后，用易挥发的溶剂（二氯甲烷或三氯乙烯）将增塑剂从薄膜中萃取出来得到微孔膜，工艺流程如下图：

下表是干湿法工艺对比，从比较结果可以得出，湿法隔膜在厚度均匀、力学性能、透气性和理化性能等材料性质方面更为优良，适合做高容量电池。同样，湿法隔膜工艺也存在许多劣势，需要大量的溶剂，有污染，设备工艺复杂，生产效率低等。国内目前集中使用干法工艺，但由于市场偏向大功率、大容量、超薄的电池，湿法越来越成为主流的工艺技术。

4、涂层隔膜。

主要以PP或PE微孔膜（或无纺布等其它基膜）为作为基膜，涂覆上陶瓷氧化铝、PVDF、芳纶等胶黏剂，能够大幅提高隔膜的热稳定性、降低收缩率，产品性能优于干法薄膜，常规膜与涂覆膜性能对比如下图：

虽然能克服常规隔膜的性能缺陷，但也同样存在厚度、相容性、致密性、工艺温度、匹配性和对基体材料要求高等技术难点，目前只有少数公司采用此工艺。

5、无纺布隔膜。

主要以聚酰亚胺PI、聚酯PET、芳纶和纤维素膜等材料制备的纤维无纺布隔膜，由于生产效率低、强度低，工艺更新快，因此，此类薄膜生产企业较少。

数据显示，得益于下游动力锂电池的旺盛需求，近年来锂电池隔膜的出货量急剧攀升。2016年，中国锂离子电池隔膜的出货量为12.7亿平米，同比增长64.9%。

锂电池隔膜在中国的产业化最早始于2007年，2010年国内企业开始大量布局产线。由于隔膜产能释放周期比较长，从“立项—订设备—調试设备—定型”大概需要两年时间，国产隔膜产能在2013年逐步释放，直至2014年才开始完全释放。如上图所示，锂电池隔膜出货量连续6年保持50%以上的复合增长率， 6年时间上涨了10倍，可谓需求之旺盛。新能源汽车的发展刺激了锂电池的需求，直接带动了电池隔膜井喷式的发展。

2、资本助力锂电池隔膜企业成长。

锂电池隔膜行业属于典型的高门槛、高投入的行业，如果没有资本助力，也很难做大做强。以下是中国锂电池隔膜领域2016年排名比较靠前的前15名企业：

据了解，新的投资项目仍在源源不断上马，若已经公开的项目全部投产，到2018年，预计我国锂电池隔膜生产企业将达到70家，产能将超过8亿平米。

目前干法单拉隔膜均价已跌至每平米3元，双拉跌至每平米2元，湿法跌至每平米4.1元，干法价格下降得比较厉害。不过，对于隔膜价格的下降，星源材质方面则表示，上游企业新能源汽车、电池的价格也在下降，作为材料的锂电池隔膜价格下降也是正常的。一方面隔膜生产厂家在产能、规模方面的急剧提升；另一方面也是通过管理提升、技术进步使得成本持续下降，但价格的下降始终是有底限的，价格下降的幅度会趋缓。

六、隔膜发展的新趋势

1、湿法比例加大。近年来湿法企业不断加大扩充产能，同时干法企业大举进入湿法领域，（星源材质、河南义腾等），其需求占比也将保持上升，2016年占比超过40%。

2、行业洗牌加速。前十企业规划到2017年各自产能均超过2亿平米，未来三年隔膜市场竞争将不断加大，大企业将不断挤压小企业市场份额，行业将走向集中化，“大鱼吃小鱼”格局逐步形成。

3、高端膜占比上升。未来锂电池隔膜发展趋势将随着动力锂电池和储能等新领域的发展而多元化，简单的聚乙烯隔膜只能适用3C产品，高端市场需要“完美隔膜”来支撑，涂覆、无纺布以及二者结合的技术将是未来的发展方向。

从全球锂离子电池隔膜市场来看，目前世界上只有美国、日本、韩国等少数几个国家拥有行业领先的生产技术和相应的规模化产业。2015年，全球隔膜出货量为15.5亿平米，同比增长42.67%，其中湿法隔膜为9.06亿平，占比58.53%；中国隔膜出货量6.28亿平米，同比增长49.5%，其中，湿法隔膜产量仅为2.38亿平米，同比增长90.5%。中国国产隔膜仍以干法为主，但是湿法出货量增速正在加快。未来隔膜行业发展趋势是更轻薄、更安全。随着锂离子电池在消费类电子产品、电动汽车等应用领域的快速增长，锂离子电池隔膜要为未来的市场爆发提前布局，需要在产品的性能和品质上有所突破，隔膜未来发展趋势是满足高功率、大容量、长寿命循环和安全可靠等性能要求。

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