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2022,我看好膜

 胖咸鱼的树洞 2022-01-13
锂电池隔膜是一种具有微孔结构的薄膜,是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件,也是最晚实现国产的环节,在动力电池中成本占比约为20%。隔膜位于锂电池正极和负极之间,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,隔膜亦能保持必要的电解液,形成离子移动的通道。
锂离子电池隔膜各项性能要求及作用

性能

项目

要求

作用

安全性

穿刺强度

足够的穿刺强度,一般≥400 gf

防止锂枝晶,极片毛刺等刺穿隔膜造成电池短路

破膜温度

尽可能高的温度,140℃-180 ℃

防止隔膜熔化造成电池内部短路

闭孔温度

高于电池正常使用温度,低于基膜材料的熔融温度

在电池过热的情况下阻隔离子运动,避免电池过热燃烧

电容量性

厚度

在保持一定机械强度下,厚度尽可能小,一般为4μm-25μm

减小内阻,提高电池能量密度和功率密度

孔径

保证在良好透过性的情况下满足不同电池的性能要求,0.02μm - 0.3μm

保证较低的电阻和较高的离子导电性,提高能量密度和充放电倍率

孔隙率

(透气性)

保证在一定孔径的情况下孔隙率尽可能大,

30%-80%

湿润性

电解液能快速浸润隔膜的能力,确保隔膜表面吸收一定量的电解液使其能顺利透过隔膜

理化稳定性

拉伸强度

确保电池需要承受的拉伸强度,≥110 MPa

防止隔膜在正常使用条件下的变形

断裂伸长率

足够的抵抗变形能力

热收缩率

受热条件下的尺寸稳定性,如105℃,1小时,≤5%

电子绝缘性

较小的介电常数和介电损耗因数

防止电池短路,减小内阻

化学稳定性

足够的化学稳定性,不与电解液发生化学反应

耐电解液腐蚀,保证隔膜寿命

锂电池的种类不同,采用的隔膜也不同。根据工艺上的区别,锂电池隔膜主要分为干法隔膜和湿法隔膜两种。
○ 干法隔膜:主要包括3种工艺技术——吹膜+单向拉伸、铸片+单向拉伸以及双向拉伸。干法技术工艺简单、设备成本较低,主要用于聚丙烯(PP)隔膜的制造。
○ 湿法隔膜:工艺中需要使用石蜡油与PE混合占位造孔,在拉伸工艺后需要用溶剂萃取移除,所以该工艺称为湿法。主要用于聚乙烯(PE)隔膜的制造。
聚对苯二甲酸乙二酯(PET)

因为在厚度均匀性、力学性能、透气性能等方面的优势,“湿法隔膜工艺”已成为目前隔膜市场的主要技术路线。

随着全球范围内新能源汽车的增长以及储能市场的快速兴起,新能源市场对锂电池隔离膜的需求量将迅速扩大,市场前景广阔。《2030年前碳达峰行动方案》指出,到2030年,当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右。2020年我国汽车销量为2531.1万辆,以此来算,2030年新增新能源汽车将达1000万辆。新能源汽车高增长空间叠加储能市场爆发,锂电隔膜供需结构正在反转。
当前,全球隔膜竞争格局由四个国家主导,中国、韩国、日本和美国拥有市场份额分别为43%、28%、21%和6%,中国份额提升速度明显。隔膜有望成为继负极、电解液之后第三个实现全面出口的锂电中游材料;更为关键的是国内隔膜市场不断向头部企业集中,在隔膜壁垒高、盈利难、叠加头部企业并购整合影响下,目前行业格局渐趋清晰,前三家国内份额超过85%,而头部企业在技术、融资、扩产等方面具备优势,未来全球份额也有望持续提升。
青岛蓝科途膜材料有限公司研究所所长刘鹏预测2025年全国锂电池规划产能达2600GWh,按照1GWh锂离子电池需要1500万㎡隔膜测算,2025年隔膜总需求量390亿㎡。如果按照湿法占比80%计算为312亿㎡(2020年湿法隔膜出货量占比为80%),2020年全国湿法锂电池隔膜产能为148亿㎡,未来5年的隔膜产能有100%以上的巨大缺口。但是,目前与其他电池材料相比,隔膜技术壁垒较高且需要较高的资金投入,生产设备供应仍存在瓶颈,上游核心设备挤出机主要依赖日本、德国设备制造商,全球主要隔膜设备厂商目前仅有4家,分别是日本制钢所、德国布鲁克纳、日本东芝和法国伊索普。其中,布鲁克纳近两年在其他行业占用产能,在PE隔膜领域产能释放较低;日本制钢所产能被恩捷股份锁定,近三年无产能释放。按照目前的扩产节奏(隔膜扩产建设周期大致需要2-3年),叠加隔膜设备厂商产能有限,预计全球隔膜维持至少2-3年的紧平衡。
具体价格方面,目前国内湿法隔膜主流产品价格在1.23-2.90元/平方米,国内干法隔膜主流产品0.93-1元/平方米,国内湿法涂覆膜主流产品在2.10-3.40元/平方米,价格接近底部。
图一:隔膜价格走势
 2014年以来的隔膜价格走势
目前包括恩捷股份、星源材质、中材科技在内的一线厂商均已针对部分客户部分规格进行了一轮的市场价格调整,整体调整幅度在10%左右,针对一线动力电池厂商的价格目前仍在商谈,锂电池隔膜有望在明年开始兑现全面涨价预期。

图二:国内隔膜市场竞争格局
 
今年以来,国内共计10家企业宣布进军或扩产隔膜及涂覆项目,投资金额约527亿元,产能超168.4亿㎡(注:按1亿平米设备投资约3.3亿元测算,恩捷股份预计新增39亿㎡;璞泰来纯涂覆基地未包含在内)。为了奔赴这场新能源盛宴,包括星源材质在内的头部玩家,不得不都下了重注。
 


但固态电池时代一旦到来,隔膜就只能滚蛋。

传统锂电池,无论是磷酸铁锂还是三元锂电池的续航里程,理论上可以达到350wh/kg,如果再加上各种电池管理系统能够做到全系统300wh/kg,基本就是极限。固态电池有着比传统锂电池更强的能量密度,可以轻松突破350wh/kg大关,相对于传统液态锂电池也更容易解决锂枝晶的问题,更加安全。这就好比一道天堑,无论是固态电池的能量密度还是安全问题都是传统液态锂电池无法比肩的。所以,固态电池在业界和学界被公认为是下一步电池发展的主流方向之一。

总结来说,固态电池无疑是未来主流技术路线之一,不过目前还存在成本偏高、制备工艺复杂、技术不够成熟等问题,电池的倍率性能整体偏低、内阻较大、高倍率放电时压降较大、快充不现实等问题也亟待解决,要实现大规模商业化还有一段路要走。在半固态电池技术成熟化这个过渡期之前,隔膜市场会进一步加大,等到从半固态向全固态迈进的时候,该市场才会逐渐冷淡下来。就目前蔚来的固态电池还仅仅是一个噱头,对市场更多的是一个宣传和导向的作用,并不会产生实质性的影响。但是,固态电池已经成为动力电池的清晰明确的发展方向,就看电解液、隔膜厂商们如何转型。

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