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机遇与挑战并存的动力电池市场无纺布隔膜是如何发展的？
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发布日期：2015-07-28
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目前市场上主流的隔膜生产工艺包括两大技术流派，即干法(熔融拉升工艺)、湿法(热致相分离工艺)，其中干法工艺又可细分为干法单向拉伸工艺和干法双向拉伸工艺。常见PE隔膜闭孔温度在130℃左右，破膜温度在150℃左右;PP隔膜的闭孔温度在145℃左右，破膜温度在170℃左右。 PP/PE复合隔膜则结合了PP/PE膜的优点，机械强度好，安全性更高，但透气性差。目前动力电池主要采用的是PP/PE复合隔膜。此外，陶瓷涂覆隔膜 (主要是 Al2O3陶瓷涂覆)也可以有效改善隔膜的热稳定性。
国家对于电动汽车动力电池能量密度要求渐渐明确，磷酸铁锂和锰酸锂已经不可能满足未来纯电动汽车的使用要求。锂硫和锂空气电池的产业化还遥遥无期，高容量三元材料动力电池就成了不二选择。但是，笔者通过和国内诸多动力电池企业研发人员交流了解到，即便采用了陶瓷涂覆的聚烯烃隔膜，使用三元材料的高容量动力电池还是很难通过安全测试。安全性问题似乎成了聚烯烃类隔膜难以逾越的阿喀琉斯之踵。
无纺布隔膜广泛用于铅酸、碱性电池、镍氢和超级电容器等领域，其具有耐高温，孔隙率高等优点，近几年越来越受到锂电池业的关注。常见的无纺布隔膜材质包括聚酰亚胺(PI)、聚酯(主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，习惯上也包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT))膜、纤维素膜、聚酰胺(PA)膜、芳纶 (聚对苯二甲酰对苯二胺，Ara fiber)膜、氨纶(聚氨基甲酸酯纤维，PU)膜等。
美国杜邦最早开发出用静电纺丝技术制备的聚酰亚胺纳米纤维隔膜，并已于2011年初在美国威明顿和韩国首尔开始量产这种隔膜。2010年，首钢总公司与中科院理化所合资组建了首科喷薄(SKPB)，利用理化所吴大勇技术团队开发出的聚酰亚胺纳米纤维隔膜技术实施产业化。
另一个备受关注的是聚酰亚胺纳米纤维隔膜。聚酰亚胺热稳定性和机械强度极佳，被广泛用于航空航天领域。但由于生产工艺(静电纺丝工艺)相对比较复杂，导致聚酰亚胺膈膜价格昂贵，聚酰亚胺纳米纤维隔膜能否下降到低于10元/m2的市场接受价格目前尚存疑问。
此外，日本广濑制纸开发出了以聚烯烃无纺布为基材、由PVA(聚乙烯醇)纳米纤维静电纺丝制成的锂离子电池隔膜。该产品与主流的聚烯烃多孔质薄膜式隔膜相比，提高了熔化温度的上限因而更加耐热(熔化温度上限高达200℃以上)。另外，据该公司介绍，在纳米纤维中添加硅(SiO2)等无机物后，还可进一步提高熔化温度的上限。
在国内方面，目前推出了具有闭孔特性的纳米纤维隔膜。据报道，国内生产的隔膜孔隙率在60%以上，孔径大小在 300纳米左右，在200℃无形变，在560℃针刺测试下孔径不扩大。此外，其吸液性和对电解液润湿性均比现有隔膜有所提升。据报道，这种材料年产400万平方米的纳米纤维隔膜中试线预计在2015年中旬完工投产。
无纺布隔膜应用存在一些缺点，相较于毛利率不到10%的正负极材料，锂电池隔膜利润率一度曾经高达70%。因此，众多的国内隔膜企业如雨后春笋般地蜂拥而入。但是相对于正负极和电解液而言，隔膜是一个高技术门槛的行业。做出隔膜不难，但是做出品质好的高端隔膜则非常难。由于缺乏技术沉淀和持续的研发投入，国内隔膜质量和批次稳定性仍然不及国外进口隔膜。在产品没有核心竞争力的情况下，同质化严重而导致价格战愈演愈烈。
据高工锂电产业研究所(GBII)统计数据显示，目前干法双拉隔膜均价已下降至4元以下，单拉隔膜5元左右;湿法隔膜价格在4-6元之间，降幅超过 30%。就目前的现状而言，无纺布隔膜价格肯定比国产聚烯烃隔膜贵不少。聚酰亚胺和芳纶隔膜甚至高于10元/m2。PET和纤维素隔膜具有价格上的潜在优势，最终产业化后应该可以做到低于10元/m2以下。
目前，对于无纺布隔膜最大的优势就是高容量锂离子动力电池，尤其是大型三元动力电池的安全性问题。如果无纺布隔膜企业能够以此为切入口，结合无纺布隔膜对于锂离子电池的倍率性和使用寿命的提高从而生产出高品质的产品，那么不排除无纺布隔膜后来居上的可能性。国内隔膜厂也应该加强技术积累，随时密切关注国外相关无纺布隔膜技术的产业化进展，及早应对。
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