根据制备工艺的不同,隔膜的生产方法可划分为干法和湿法,而干法又可细分为干法单向拉伸工艺和干法双向拉伸工艺。
锂电池隔膜生产工艺分类
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隔膜的厚度、拉伸强度、抗穿刺强度、热自闭性、热收缩性、化学稳定性、电化学稳定性等参数决定了电池的安全性能。
隔膜性能对于锂离子电池性能的影响关系
隔膜性能 | 安全性 | 容量 | 倍率 | 循环性能 | 质量 | 体积 |
厚度↑ | ↑ | ↓ | ↓ | ↓ | ↑ | ↑ |
孔隙率↑ | ↓ | - | ↑ | ↑ | - | - |
透气阻力↑ | ↑ | - | ↓ | ↓ | - | - |
内阻↑ | ↑ | - | ↓ | ↓ | - | - |
热收缩率↑ | ↓ | - | - | - | - | - |
穿刺强度↑ | ↑ | - | - | - | - | - |
机械性能↑ | ↑ | - | - | - | - | - |
孔径↑ | ↓ | ↑ | ↑ | ↑ | - | - |
均一性↑ | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | - | - |
注:“↑”表示两种性能具有正相关的关系,“↓”表示两种性能具有负相关的关系,“-”表示两种性能的相关性不明显
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隔膜的厚度对于电池的性能具有很大的影响。一般来说,隔膜厚度越厚,隔膜的机械强度就越大,电池的安全性就越好。然而,厚度提升也意味着离子传输难度的加大,电池内阻提升从而降低电池的体积能量密度。
关于安全性的隔膜性质对比总结
性质 | 说明 | 干法隔膜 | 湿法隔膜 |
厚度 | 厚度越厚,电池的安全性更好,但是会降低电池内阻和电池体积能量密度,同时不利于电池的充放电 | 一般较厚 | 较薄 |
拉伸强度 | 纵向拉伸强度越高,电池组装时越不容易撕裂 | 较高的纵向拉伸强度 | 各方向拉伸强度都较强 |
抗穿刺性能 | 抗穿刺能力越强,隔膜被颗粒、毛刺穿破的几率越小,电池安全性越高 | 较强 | 强(同等厚度下) |
热收缩性 | 热收缩性越低,隔膜在高温下的形变越小,电池安全性越高 | 低 | 较低 |
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在保证安全性的基础上,隔膜的电阻、是否适合大功率充放电等性能则是考量隔膜质量的重要因素。
隔膜微孔中需要充满电解液才能允许锂离子迁移,电解液是否能有效润湿隔膜,极大影响着隔膜的电阻。电解液主要包含碳酸酯类化合物和锂离子等电解质,具有很高的极性。聚乙烯、聚丙烯等材料的极性很弱,一般情况下隔膜与电解液的润湿性并不理想。
目前,隔膜的这一不足主要通过表面处理或涂覆等加工方式改善。
关于使用性能的隔膜性质对比总结
性质 | 说明 | 干法隔膜 | 湿法隔膜 |
润湿性 | 润湿性越好,电解液越容易充满隔膜微孔,电池内阻越小 | 较差 | 较差 |
孔隙率 | 孔隙率越高,电池内阻越小 | 高 | 高 |
微孔结构 | 微孔通道越弯曲,电池内阻越高 | 通道较直 | 通道曲折复杂 |
微孔分布 | 微孔分布越均匀,越有利于电池大功率充放电 | 较均匀 | 均匀 |
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锂电池隔膜工艺的升级转型促使近几年,全球锂电池隔膜产业格局发现了明显转变。全球锂电隔膜2016年中国市场占有率仅约3成,而至2018年,全球湿法隔膜产能中已有近7成位于中国,且产能扩张速度还在不断加快。
2018年全球隔膜产能份额中国已占据上风
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随着电动汽车的发展,高能量密度、高功率以及大容量的电池需求量越来越大。不同于3C锂电,动力锂电在大功率快速充放电和安全性方面对隔膜的各项性能提出了更高的挑战,这也使得锂电隔膜使用的主材从聚烯烃类材料向多种材料、复合材料的方向发展,结构上也从简单结构向复杂结构发展。
应用方面,在动力锂电池领域,湿法隔膜在性能和安全程度方面有着超越干法的显著优势,更能够适应当前新能源车动力电池逐渐向高能量密度化发展的趋势。
不同类型的锂电池对隔膜性能的需求不同
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根据智研咨询发布的《2019-2025年中国锂电池隔膜市场全景调查及发展前景预测报告》数据显示:2018年我国国内锂电隔膜出货量已达20.12亿2,对应锂电池装机规模接近100GWh,近5年CAGR达34.76%。
2014-2018年我国锂电隔膜出货量统计
资料来源:智研咨询整理
其中湿法隔膜出货量13.06亿2,同比增长99.39%。干法隔膜出货量7.06亿2,同比下降9.49%,二者在增速上已呈现出明显的反差。
随着湿法隔膜与干法隔膜价格差越发缩小以及动力锂电对湿法隔膜的需求越来越高,其占比呈现快速上升趋势,从2014年仅有28.89%的占比已提升至2018年的64.91%。
2014-2018年中国干法隔膜、法湿法隔膜出货量占比变化
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锂电池用隔膜主要使用聚乙烯和聚丙烯生产。聚烯烃具有较好的加工性能,适合加工成薄膜。同时,聚烯烃的化学稳定性较好、电子传输能力极差,非常适合用于隔离锂离子电池的电极。为了实现电池的充放电过程,隔膜需要存在微孔结构,使电解液充满通道,确保锂离子顺利地进行电迁移。
2014-2018年中国聚合物制电池隔膜进口出口量统计
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2016年开始中国聚合物制电池隔膜出口量超过进口量规模,到2018年中国聚合物制电池隔膜出口量1.53万吨,进口量1.23万吨。
2014-2018年中国聚合物制电池隔膜进口、出口金额统计
资料来源:中国海关
2018年我国聚合物制电池隔膜进口金额6.34亿美元,同比增长13.4%;聚合物制电池隔膜出口金额1.38亿美元,同比增长17.41%。
2014-2018年中国聚合物制电池隔膜进口、出口价格走势图
资料来源:中国海关
随着电动汽车的发展,高能量密度、高功率以及大容量的动力电池需求大增推动了锂电隔膜的技术迭代。锂电隔膜是锂电池内部进行电化学反应时,用来分隔正极和负极以防止两者直接反应而发生短路的一层薄膜,同时也是支撑锂电池完成充放电过程的重要构件。传统锂电隔膜基材为PE、PP,随着对于锂电池的安全性和快充的要求越来越高,在湿法隔膜上使用陶瓷、芳纶等材料进行涂布以增强PE膜的性能参数已成为主流的技术方向。
未来随着湿法隔膜价格愈发与干法隔膜接近,这一占比仍有可能进一步提升。干法隔膜最后可能保留低端3C等少数对产品性能要求不高的市场,但未来随着动力电池对成本愈发敏感,干法隔膜可能依旧在动力锂电的低端市场存在着一定的需求。
2024-2030年中国隔膜行业市场全景调研及前景战略研判报告
《2024-2030年中国隔膜行业市场全景调研及前景战略研判报告》共十四章,包含2024-2030年隔膜行业投资机会与风险,隔膜行业投资战略研究,研究结论及投资建议等内容。
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