在锂电池四大主材中,除了正负极材料和电解液外,隔膜是唯一的电化学惰性物质,主要作用是隔绝正负极,防止二者接触短路,此外,隔膜上存在大量微孔,可以浸润在电解液中,允许Li+通过,具有“电子绝缘、离子导通”的功能和作用。从隔膜的性能指标要求上看,厚度、孔隙率、抗拉强度、穿刺强度以及吸液性能等参数都会对锂电池性能产生影响,如隔膜厚度影响内阻和容量设计;孔隙率影响倍率性能;穿刺强度影响自放电和安全性能;电化学稳定性影响循环性能等。
附表1:锂离子电池对隔膜的性能要求
在锂电池四大主材中,除了正负极材料和电解液外,隔膜是唯一的电化学惰性物质,主要作用是隔绝正负极,防止二者接触短路,此外,隔膜上存在大量微孔,可以浸润在电解液中,允许Li+通过,具有“电子绝缘、离子导通”的功能和作用。从隔膜的性能指标要求上看,厚度、孔隙率、抗拉强度、穿刺强度以及吸液性能等参数都会对锂电池性能产生影响,如隔膜厚度影响内阻和容量设计;孔隙率影响倍率性能;穿刺强度影响自放电和安全性能;电化学稳定性影响循环性能等。
附表1:锂离子电池对隔膜的性能要求
从隔膜分类来看,按生产工艺(微孔成孔机理)可分类为干法隔膜和湿法隔膜,按基膜材料可分类为聚烯烃类(PP/PE)、PET、PI等隔膜,按厚度结构可分类为基膜、基膜+涂层结构。目前,锂离子电池常用隔膜采用湿法工艺PE基膜+涂层结构。
附图1:锂离子电池隔膜分类
干法单向拉伸工艺原理是晶片分离,形成的微孔结构呈现扁长状,横向没有拉伸,因此横向热收缩很小,安全性相对较高,干法单拉工艺可以制备PP、PE和复合隔膜。这种工艺相对较简单,成本低、无污染,但横向抗拉强度很低,容易撕裂,且隔膜薄型化较困难,不适用于能量密度要求较高的场景。干法双向拉伸工艺原理是晶型转换,通过在聚丙烯(PP)中加入具有成核作用的β晶型成核剂,利用PP不同相态间密度的差异,在拉伸过程中晶型转变(α→β→α)形成微孔。这种工艺的横向抗拉强度相对有所提高,但孔径不均匀,一致性较差。
附图2:干法隔膜电镜图
湿法工艺原理是热致相分离法,首先得到含成孔剂的基膜,然后通过溶液萃取得到不含成孔剂的基膜,最后干燥定型得到成品隔膜。这种工艺制备的隔膜孔隙均匀,并且厚度较薄,横向和纵向抗拉强度均较高,已经成为了隔膜主流的生产工艺,但工艺相对较复杂、能耗大、成本偏高。
附图3:湿法隔膜电镜图
总体而言,湿法隔膜在机械性能、微孔均匀性和一致性、薄型化方面具有明显优势,综合性能更好。虽然安全性略逊于干法隔膜,但随着涂层技术的发展,湿法隔膜的安全性已经得到了显著提高。
附表2:干法隔膜和湿法隔膜多角度对比
在涂层隔膜中,主要的涂层材料包括勃姆石、陶瓷等无机材料以及PVDF、PMMA、芳纶等有机材料,或者无机/有机混合材料。其中,无机材料涂层的主要作用是提高隔膜的热稳定性,减小热收缩,以及提高抗穿刺强度,改善自放电和安全性能,有机材料涂层的主要作用是提高粘结性和电池硬度,改善界面一致性,增加吸液率和抗氧化性,从而提升循环性能等。
附图4:涂层隔膜应用情况
无机涂层方面,勃姆石比陶瓷更具优势。首先,勃姆石的硬度更低,对涂覆设备或分切设备磨损更小;密度低,可以降低涂覆重量;水溶性Na+很少,可以显著降低吸水性;与电解液接触角小,可以显著改善聚烯烃隔膜的亲液性;并且原材料价格更便宜。但是纯相的勃姆石制备工艺复杂,技术难度较大,目前仅安徽壹石通和中铝郑州有色等少数公司可以量产此类产品。
附表3:陶瓷和勃姆石性能指标对比
有机涂层方面,PVDF和PMMA是主流,芳纶占比较少。相比无机涂层,有机涂层的主要特点是高粘结性和高保液性,可以有效提升锂电池循环寿命。其中,PMMA的耐热温度略低于PVDF,但成本更便宜,芳纶成本最高,但耐热性最好。
附图5:几种有机涂层对比
根据美国先进电池联盟(USABC)对锂离子电池隔膜性能参数的规定,主要分为理化特性、力学性能、热性能和电化学性能,这些参数影响着锂离子电池性能。
附图6:隔膜性能参数及其对应关系
根据EVTank、伊维经济研究院联合中国电池产业研究院共同发布的《中国锂离子电池隔膜行业发展白皮书》数据显示,2022年,全球隔膜出货量160亿平米,中国隔膜出货量133.2亿平米(占比83%),其中湿法隔膜出货量104.8亿平米,占比79%,干法隔膜出货量28.4亿平米,占比21%,湿法工艺仍是目前隔膜生产的主流技术路线。
附图7:中国历年锂离子电池隔膜出货量(单位:亿平米)
下面盘点一些国内外隔膜企业名录供大家参考(排名不分先后)
国内锂电隔膜企业
(一)湿法工艺为主(自有湿法基膜产线,产出成品湿法/涂覆隔膜)
20. 江苏金卓新材料科技有限公司
(二)干湿法工艺兼备(自有干法 + 湿法双基膜产线,可产出两类成品隔膜)
(三)干法工艺为主(自有干法基膜产线,产出干法成品/涂覆隔膜)
10. 安徽迈邦新材料科技有限公司
海外锂电隔膜企业
总结
湿法隔膜具有优异的横纵向抗拉强度,并且孔径均匀、一致性好,易于实现超薄化,随着涂覆技术发展,湿法隔膜的唯一明显短板“热稳定性”被补足,成为了主流基膜类型。但随着大规模储能领域的快速发展,干法隔膜的价格优势逐渐凸显,未来发展仍有所期。
2026深圳国际薄膜与胶带展(FILM & TAPE EXPO)将于10月27-29日在深圳国际会展中心(宝安新馆)举办,诚邀行业同仁到场洽谈合作、交流技术,共探产业发展新机遇!
观展/参会预登记通道
立省100元门票免费观展
参展咨询通道
拓新客户 收新订单 觅新商机
图文来源:膜材制造、电池材料、锂和我、锂电邦
免责声明:本公众号文章版权归原作者及原出处所有。内容为作者个人观点,并不代表本公众号赞同其观点和对其真实性负责,本公众号只提供参考并不构成投资及应用建议。本公众号是一个个人学习交流的平台,平台上部分文章为转载,并不用于商业目的,如有涉及侵权等,请及时告知我们,我们会尽快处理。本公众号拥有对此声明的最终解释权。