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                  促進鋰電產業健康持續發展!
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                  鋰電池隔膜關鍵技術及重點企業介紹

                  鋰電中國瀏覽量:1488時間:2010-12-10 10:35:14

                  在鋰電池的結構中,隔膜是關鍵的內層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等,直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性,性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

                  隔膜通俗點的描述就是一層多孔的塑料薄膜,是鋰電材料中技術壁壘最高的一種高附加值材料,約占鋰電池成本的20%-30%。隔膜價格居高不下的主要原因是一些制作隔膜的關鍵技術被日本和美國所壟斷,國產隔膜特別是高端隔膜的指標還未達到國外產品的水平。

                  隔膜技術難點在于造孔的工程技術以及基體材料。其中造孔的工程技術包括隔膜造孔工藝、生產設備以及產品穩定性;w材料包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。

                  一、造孔工程技術

                  目前聚烯烴隔膜生產工藝可按照干法和濕法分為兩大類,同時干法又可細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硬彈性纖維的方法,制備出低結晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,在高退火獲得高結晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低下進行拉伸形成微缺陷,然后高下使缺陷拉開,形成微孔。該工藝經過幾十年的發展在美國、日本已經非常成熟,現在美國Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝生產單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復合膜。美國Celgard公司擁有干法單向拉伸工藝的一系列專利,日本UBE公司是購買了Celgard的相關專利使用權。用這種方法生產的隔膜具有扁長的微孔結構,由于只進行單向拉伸,隔膜的橫向強度比較差,但正是由于沒有進行橫向拉伸,橫向幾乎沒有熱收縮。

                  干法雙向拉伸工藝是中國科學院化學研究所在20世紀90年代初開發出的具有自主知識產權的工藝(CN1062357)。通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改進劑,利用聚丙烯不同相態間密度的差異,在拉伸過程中發生晶型轉變形成微孔,用于生產單層PP膜。國內格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新時科技有限公司均與中科院合作采用干法雙向拉伸工藝。

                  濕法又稱相分離法或熱致相分離法,將高沸點的烴類液體或低分子量的物質與聚烯烴樹脂混合,加熱溶化混合物并把熔體鋪在薄片上,然后降發生相分離,再以縱向或雙軸向對薄片做取向處理,最后用易揮發的溶劑提取液體?芍苽涑鱿嗷ヘ炌ǖ奈⒖啄げ牧,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,用濕法雙向拉伸方法生產的隔膜由于經過了雙向拉伸具有較高的縱向和橫向強度。目前主要用于單層的PE隔膜。

                  從理論上分析,干法雙向拉伸工藝生產的隔膜經過雙向拉伸,在縱向拉伸強度相差不大的情況下,橫向拉伸強度要明顯高于干法的單向拉伸工藝生產的隔膜。物理性能和機械性能方面干法雙向拉伸工藝生產的隔膜更占優勢。然而濕法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透氣性?梢詽M足動力電池的大電流充放的要求。但由于濕法采用聚乙烯基材,熔點只有140℃。所以熱穩定性比較差。

                  附表1 隔膜生產工藝特點

                  干法濕法
                  生產方式單向拉伸雙向拉伸
                  工藝原理晶片分離晶型轉換
                  方法特點設備復雜,精度要求高,投資大

                  工藝復雜、控制難度高、環境友好

                  設備復雜、投資較大,一般需成孔劑等添加劑輔助成孔設備復雜、投資較大、周期長、工藝復雜、成本高、能耗大
                  產品特點微孔尺寸、分布均勻、微孔導通性好、能生產不同厚度的產品,能生產PP、PE產品和三層復合產品微孔尺寸、分布均勻,穩定性差

                  現只能生產較厚規格PP膜

                  微孔尺寸、分布均勻,適宜生產較薄產品,只能生產PE膜
                  廠家Celgard、UBE新鄉格瑞恩、桂林新時科技旭化成、東燃及美國Entek

                  隔膜具有典型的“高技術、高資本”特點,而且項目周期很長,投資風險較大,國內企業的投資熱情并不高。國內能生產隔膜的企業僅有星源科技、金輝高科、格瑞恩等三家企業。其中星源科技采用干、濕法兩條工藝、金輝高科采用濕法工藝、格瑞恩采用干法雙向拉伸工藝,F在國產隔膜的市場主要集中在中、低端小型鋰離子電池領域。

                  高端產品特別是動力電池對隔膜的一致性要求極高。除了厚度、面密度、力學性能這些基本要求之外,對隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也有很高的要求。

                  因為微孔的尺寸和分布直接影響到隔膜的孔隙率、透氣性、吸液率。就國內現有的隔膜生產技術,隔膜的厚度、強度、孔隙率不能得到整體兼顧,量產批次穩定性較差。

                  二、基體材料

                  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性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯系。世界前三大隔膜生產商日本Asahi(旭化成) 、美國Celgard 、Tonen(東燃化學)都有自己獨立的高分子實驗室,并且化學背景非常深厚。國內鋰電池廠家所采用的基體材料基本都是通過外購,自身研發實力不強。據了解旭化成與Celgard已經自己生產部分聚丙烯、聚乙烯材料。特別是Tonen(東燃化學)和美孚化工合作后,采用美孚化工研發的高熔點聚乙烯材料后,Tonen推出熔點高達170℃的濕法PE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。

                  國內外隔膜生產廠家情況:

                  Celgard(美國)

                  Celgard公司成立于1981年,注冊資本2億美金,全球共分四個事業部,電池隔膜事業部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MBI、BYD兩大客戶的支持,成為干法聚烯烴隔膜的領跑者。

                  Asahi Kasai(日本旭化成)

                  日本旭化成成立于1931年,注冊資金103億日元,優質濕法隔膜的供應商,半數以上產品供給三洋,業內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。旭化成化學目前正開發面向高輸出功率用途的隔膜。

                  旭化成化學公司為應對世界鋰離子二次電池的需求擴大,將二次電池用隔膜的設備能力增強到現在的1.5倍。在宇山市投資約100億日元,現在年產1億m2,計劃到08年為1億2千萬m2,到09年增為1億5千萬m2。為強化生產據點體制,將探討選定新廠建設地點.

                  Tonen(東燃化學)

                  東燃化學由于擁有Sony、SDI、LGC等客戶,東燃化學成為全球此類隔膜的第三大供應商。東燃?松梨诨さ母裟すS位于日本那須,為了滿足隔膜現有及新型應用領域日益增長的需求。2009年東燃?松梨诨の挥陧n國龜尾的新廠將實現生產。

                  UBE(日本宇部)

                  日本宇部成立于1942年,注冊資金431億日元,分化學樹脂、建筑材料、機械設備、煤炭五個事業群,07年總營業額為3768億日元,其中化學樹脂事業群營業額為1601億日元,占總營業額的43%。UBE隔膜年總產值約為2400萬平方米/年,70%在中國國內銷售,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一樣的干法技術,性能與CELGARD有一定差距,但價格遠低于CELGARD。

                  深圳市星源材質科技股份有限公司

                  星源材質成立于2003年,注冊資本1500萬元,總資產4100萬元,凈資產3300萬元,核心業務是新材料——即鋰離子電池隔膜的研發、生產和銷售。公司于2006年底,研發取得了突破性進展,掌握了鋰離子電池隔膜的核心制造工藝及核心配方的關鍵技術。2007年,公司在東莞投資興建了3000平方米的生產基地。2008年1月,星源材質公司在原有一條濕法生產線的基礎上,為適應市場需求,啟動了年產1000萬平方米鋰電池隔膜干法生產線投資項目,該生產線由星源材質公司自主研發、自行設計、具有自主知識產權,總投資人民幣4788萬元,該生產線關鍵零部件和儀器分別從德國、美國、意大利等國家進口,其他輔助、配套設施在國內采購。生產線順利建成并于2008年9月正式投產。產品產能達到設計要求,產品質量達到美國、日本同類產品質量。該生產線投產后,將年新增產能1000萬平方米。

                  目前星源材質科技股份有限公司擁有干法生產線兩條,濕法生產線一條,主要生產12μm到40μm不同規格的鋰電池隔膜。同時,年設計生產能力5000萬平方米的鋰電池隔膜生產基地正在建設之中。公司被評為國家火炬計劃重點企業;深圳市民營領軍骨干企業,鋰電池隔膜產業化項目被列入深圳市重大建設項目。公司在2008年引進戰略投資者-----深圳創東方投資公司,并進入上市輔導期,計劃在深圳創業板上市。星源材質目前的客戶群定位于珠三角地區,主要為手機和筆記本電池。

                  佛山市金輝高科光電材料有限公司

                  佛塑股份是一家為現代工業、農業、科技、交通、通訊、建筑等領域提供新型材料的高新技術企業,主要生產經營各種塑料薄膜及復合包裝材料、人造革、塑料編織復合制品、建筑工程與光電、裝飾材料以及其它功能性高分子新材料等五大系列產品。公司擁有多項核心技術,是分支機構遍布全國各地的特大型企業集團,是國內生產規模最大、品種最齊全、出口量最大、綜合競爭力位居同行前列的塑料新材料生產企業。

                  佛塑股份利用其在高分子新材料上的技術力量,擁有了一批進口及自主研發的先進生產設備和檢測儀器,并擁有近40人的高技術高學歷研發隊伍。由外國專家及國內知名高校的博士、碩士及本科生組成的“鋰離子電池用隔膜”項目攻關小組經過三年多的開發工作,2004年建立了一條采用濕法工藝生產PE隔膜的雙向拉伸生產線,于2004年末正式出性能合格的產品,并經過長期試驗及穩定生產后于2005年末投放市場。2006年佛塑股份與比亞迪共同出資281萬美元成立了生產鋰電池隔膜的佛山市金輝高科光電材料有限公司。目前實現了年產600萬平方米的生產能力。

                  新鄉市格瑞恩新能源材料股份有限公司

                  新鄉市格瑞恩新能源材料股份有限公司是由金龍精密銅管集團股份有限公司投資興建的致力于鋰離子電池材料研發、生產、銷售于一體的全資子公司。公司通過與國內多家高校開展各種形式的技術人才合作,匯集了鋰離子電池材料領域研發、生產、品管頂尖人才。目前公司有各類專業技術人員100余人,主要產品為鋰離子電池隔膜材料、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰材料等。

                  新鄉市格瑞恩新能源材料股份有限公司于2004年進行隔膜中試及生產,采用的是雙向拉伸工藝的干法工藝,2005年底開始有產品在市場上銷售。同期開始籌備新的生產線,于2007年正式投產,2008年底生產能力約為1500萬m2。該公司大部分產品滿足國內低、中端市場需求,少部分產品已經能夠滿足高端市場的質量要求。不僅可以滿足對25、30、40微米傳統隔膜的需求,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。根據客戶要求進行彈性分切,寬度從10-1000 mm。目前格瑞恩正在加強與國內鋰電池生產企業聯系,積極擴產。計劃在09年底達到3000-3500萬m2生產能力。

                  桂林新時科技公司

                  2005年開始,中國科學院化學研究所與新時科技公司合作重新開展干法雙向拉伸工藝的中試研究。根據中試工作取得的經驗,于2007年11月成功建成并投產了一條年產聚丙烯微孔膜600萬m2的生產線。用此工藝生產的聚丙烯微孔膜具有不同于以上工藝制得隔膜的微孔結構。通過國內30多家電池廠在鋰離子電池上進行評價,產品基本性能已經完全滿足鋰離子電池隔膜的質量指標要求,市場反應積極,2008年2月份開始已經有產品在市場上銷售。目前公司正通過建立、健全企業管理制度,完善質量管理體系進一步提高產品質量水平。

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