摘要：隨著計算機(jī)、通信產(chǎn)品和消費類電子產(chǎn)品的快速迭代，加上新能源汽車在“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃推動下的全國性普及。鋰電池的性能和質(zhì)量成了迫切需要提升的關(guān)鍵點。作為鋰電池四大核心組成材料之一的隔膜，在鋰電池的成本占比為10%-14%，毛利率高達(dá)50%-60%。本文將對我國鋰電池隔膜生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行解析。

　　目前，鋰電池隔膜生產(chǎn)材料以聚烯烴為主，聚烯烴具有防火、耐酸堿腐蝕性好、耐化學(xué)試劑、強(qiáng)度高、無毒等優(yōu)點，由此而來的聚烯烴化合物具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械性能和高溫自閉性能。隔膜的性能極大地影響了電池的界面結(jié)構(gòu)和內(nèi)阻，進(jìn)而影響了電池的容量、充放電電流密度、循環(huán)性能等關(guān)鍵特性。如今商業(yè)化的鋰電池隔膜材料主要采用其中的聚乙烯、聚丙烯微孔膜。

　　鋰電池隔膜的特性要求，例如：厚度均勻性、拉伸強(qiáng)度、抗穿刺強(qiáng)度、透過性能、潤濕性和潤濕速度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、安全保護(hù)性能等(見表1)，難以全部兼顧。這就決定了其生產(chǎn)工藝技術(shù)壁壘高、工藝復(fù)雜。

表1 鋰電池隔膜的性能的具體機(jī)制與影響

(來源：公開資料整理)

　　鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝包括：原材料配方、成套設(shè)備自主設(shè)計、微孔制備技術(shù)等。其中，鋰電池隔膜制備工藝的核心是微孔制備技術(shù)，根據(jù)微孔成孔機(jī)理的區(qū)別，可以將隔膜生產(chǎn)工藝分為干法與濕法兩種。

　　最常用的隔膜制備方法是干法工藝，該工藝是將高分子聚合物和添加劑原料均勻混合，在拉伸應(yīng)力的作用下將擠出的均勻混合的熔體形成片晶結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)經(jīng)過熱處理得到硬彈性的聚合物膜，在一定的溫度下，拉伸形成狹縫狀微孔，熱定型后制得微孔膜。目前主要包括干法單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝。

　　干法工藝簡單環(huán)保生產(chǎn)率高但容量保持和安全可靠性低

　　干法單向拉伸工藝使用聚乙烯或聚丙烯聚合物，具有流動性好、分子量低的特點。采用類似生產(chǎn)彈性纖維的方法，先制備出具有低結(jié)晶度高取向特點的聚乙烯或聚丙烯鑄片，在低溫下拉伸形成銀紋等微缺陷，再在高溫下退火使缺陷拉開，制得高結(jié)晶度的取向微孔薄膜。代表公司有Celgard、日本宇部。該工藝成本相對較低;精度要求高，生產(chǎn)控制難度高;生產(chǎn)過程不使用溶劑，工藝過程對環(huán)境友好無污染;投資較高，使用的設(shè)備復(fù)雜。利用該工藝生產(chǎn)的隔膜具有扁長的微孔結(jié)構(gòu);由于只進(jìn)行縱向拉伸，橫向受熱過程中幾乎沒有熱收縮;微孔尺寸分布均勻;微孔導(dǎo)通性好;能生產(chǎn)不同厚度的PP、PE隔膜，但孔徑及孔隙率較難控制。缺點是該微孔膜生產(chǎn)過程中沒有進(jìn)行橫向拉伸，使用時橫向易開裂;批量生產(chǎn)的電池內(nèi)部微短路機(jī)率相對較高;電池安全、可靠性不高。

　　干法雙向拉伸工藝是中科院化學(xué)研究所開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝。該工藝通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改性劑，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。使用該技術(shù)的公司有新鄉(xiāng)格瑞恩、新時科技、星源材質(zhì)等。該工藝過程一般需成孔劑等添加劑輔助成孔，由于進(jìn)行雙向拉伸，產(chǎn)品橫向拉伸強(qiáng)度明顯高于干法單向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜，具有較好的物理性能和力學(xué)性能，雙向力學(xué)強(qiáng)度高，微孔尺寸及分布均勻。該工藝缺點是只能生產(chǎn)較厚規(guī)格的PP膜，且設(shè)備復(fù)雜、投資較大，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，孔徑及孔隙率較難控制，受熱后雙向都有熱收縮。

　　干法拉伸工藝工序較簡單，環(huán)保無污染，生產(chǎn)率高，但該工藝生產(chǎn)的多微孔膜厚度、孔徑及孔隙率分布較難控制，隔膜均一性較差，易造成電池內(nèi)部微短路，容量保持及安全可靠性不高。

　　濕法工藝制得微孔尺寸小且均勻但不環(huán)保

　　濕法工藝是利用熱致相分離的原理，將增塑劑(高沸點的液態(tài)烴或一些低分子量的物質(zhì))與聚烯烴樹脂混合，加熱熔融形成均勻的混合物，然后降溫發(fā)生固-液相或液-液相分離，壓制成膜片，再將膜片加熱至接近熔點溫度，雙向拉伸使分子鏈取向一致，保溫一定時間用易揮發(fā)物質(zhì)(例如二氯甲烷和三氯乙烯)將增塑劑從薄膜中萃取出來，從而制得相互貫通的亞微米尺寸的微孔膜材料，最后多孔薄膜通過一個溶劑萃取器來移除溶劑。采用此方法的公司有日本旭化成、東燃、日東、Mitsui Chemicals、韓國SK、美國Entek、金輝高科等。該工藝制模過程容易調(diào)控，制得的隔膜雙向拉伸強(qiáng)度高，穿刺強(qiáng)度大，正常的工藝流程不會造成穿孔，微孔尺寸比較小且分布均勻。該產(chǎn)品可以做到很薄，力學(xué)性能和產(chǎn)品均一性更好，適合做高容量電池，主要應(yīng)用在高端手機(jī)、筆記本電腦、3C電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。該種隔膜的高孔隙率和透氣率使電池具有更高的能量密度和更好的充放電性能，可以滿足動力電池的大電流充放電，在動力電池市場主要被國內(nèi)知名鋰電池廠商采用。但濕法工藝需要大量的溶劑，易造成環(huán)境污染;與干法工藝相比設(shè)備復(fù)雜、投資較大、周期長、成本高、能耗大;因只能生產(chǎn)較薄的單層PE材質(zhì)的膜，熔點只有130℃，熱穩(wěn)定性較差。干法和濕法工藝技術(shù)對比見表2。

表2 干法和濕法工藝技術(shù)對比

(來源：資料整理及知網(wǎng)論文)

　　濕法工藝隔膜的產(chǎn)量增速較快

　　2016年，日本旭化成、日本東麗、美國Celgard和韓國SKI四家公司作為前四大鋰電池隔膜企業(yè)分別占據(jù)全球20.8%、15.1%、10.8%和9.6%市場份額。前四大隔膜企業(yè)占據(jù)全球市場份額的50%以上，其中有三家是以濕法隔膜為技術(shù)路線，唯一一家干法隔膜企業(yè)美國Celgard，由于經(jīng)營不善被日本旭化成收購，濕法隔膜技術(shù)路線代表了世界主流。

　　另外，通過公開的數(shù)據(jù)及行業(yè)專家對未來的預(yù)測，我們發(fā)現(xiàn)濕法隔膜產(chǎn)量在過去5年的增速是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于干法隔膜產(chǎn)量的，如圖1所示。但于此同時，星源材質(zhì)認(rèn)為：未來干法和濕法兩個技術(shù)路線會長期并存。在電池技術(shù)上，海外日韓電池廠商LG、三星等采用的三元動力電池技術(shù)，用干法隔膜，松下用濕法隔膜，三元電池必須用濕法隔膜這個說法是錯誤的。

圖1 中國干法和濕法工藝隔膜產(chǎn)量(億平米)及增長率

(來源：資料整理及專家預(yù)測)

　　結(jié)語

　　目前，根據(jù)微孔成孔機(jī)理的區(qū)別可以將隔膜生產(chǎn)工藝分為干法與濕法兩種，兩者具有不同的特點。干法拉伸工藝簡單環(huán)保、生產(chǎn)率高但容量保持和安全可靠性低。濕法工藝制得微孔尺寸小且均勻，力學(xué)性能和產(chǎn)品均一性更好，適合做高容量電池，但不環(huán)保。濕法工藝隔膜的產(chǎn)量增速較快，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為干法工藝將和濕法工藝長期并存。