鉅大LARGE | 點擊量：1358次 | 2018年05月19日
解析動力電池隔膜材料
由于能源危機及環境污染等國際性問題的日益凸顯，新能源汽車已成為世界各國積極開發與推廣的項目，鋰離子電池作為目前綜合性能相對優異的動力/儲能電池廣泛應用于新能源汽車中。
鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解液幾部分組成，其中隔膜是鋰離子電池關鍵的四大原材料之一，隔膜在其中扮演著電子隔絕的作用，阻止正負極直接接觸，允許電解液中鋰離子自由通過，同時隔膜對于保障電池安全運行也起至關重要的作用，隔膜性能的優劣直接影響電池內阻、放電容量、循環使用壽命以及電池安全性能，鋰電池隔膜是四大材料中技術壁壘最高的部分，其成本占比僅次于正極材料，約為10%~14%，在一些高端電池中，隔膜成本占比甚至達到20%。
當前，市場上商業化的鋰電池隔膜主要是以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)為主的微孔聚烯烴隔膜，這類隔膜憑借著較低的成本、良好的機械性能、優異的化學穩定性和電化學穩定性等優點而被廣泛應用于鋰電池隔膜中。實際應用中又包括了單層PP或PE隔膜、雙層PE/PP復合隔膜以及三層PP/PE/PP復合隔膜等。
鋰離子電池隔膜制備方法主要分為干法和濕法兩大類。干法是將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結晶性聚合物薄膜，經過結晶化處理、退火后，得到高度取向的多層結構，在高溫下進一步拉伸，將結晶面進行剝離，形成多孔結構，可以增加薄膜的孔徑。濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將液態烴或小分子物質與聚烯烴樹脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，然后降溫進行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點溫度，進行雙向拉伸使分子鏈取向，最后保溫一定時間，用易揮發物質洗脫殘留的溶劑，制備出相互貫通的微孔膜。
干法工藝相對簡單，但孔徑和孔隙率難以控制，產品難以做薄；濕法工藝薄膜孔徑小而且均勻，薄膜更薄，但是投資大，工藝復雜；新能源汽車所需的鋰離子動力電池往往要求電池有更大的容量、更高的電壓、更長的循環性能、更高的安全性能、長時間穩定輸出的均一性能以及為汽車提供瞬間加速的大倍率放電性能，因而其要求隔膜具有高孔隙率、良好的浸潤性、較高的強度、良好的熱尺寸穩定性、合適的熱關閉溫度和很高的熱熔化溫度；由于濕法隔膜具有孔隙率高、強度高、閉孔溫度低等特點，目前運用于動力電池中已逐漸成為主流。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前國產隔膜主要在中、低端市場使用，國內高端鋰電池隔膜市場主要由日本旭化成、日本東燃化學、日本UBE、韓國W-Scope、美國Celgard等進口廠商占領。
國產隔膜產品與國外差距有很大一部分原因取決于原材料，國外知名隔膜廠家都有自己的專用料，要么自己生產原料，要么和原料廠家聯合開發隔膜專用料；聚烯烴隔膜對原材料主要有力學性能、溶解性、分散性、清潔度等方面的要求，用于隔膜生產的基材屬于相對高分子量的聚烯烴專用料，目前進口材料仍占有較大份額，國產材料使用量較低。
塞拉尼斯旗下的泰科納(Ticona)公司推出了適用于鋰電隔膜生產的超高分子量聚乙烯，具有高拉伸強度、化學惰性和低熔流性。產品規格為50-1000萬分子量，并可根據客戶要求定制產品。
埃克森美孚化工為東燃化學特殊定制隔膜專用料，加上東燃化學自身的工藝技術，產出的隔膜能有效提高鋰電池安全性及可靠性。國際化工巨頭利安德巴塞爾(Lyondellbasell)的聚烯烴專用料也已被成功引入中國，包括適用于濕法工藝HDPE的GX5028和適用于干法工藝PP的E4462。
我國石化企業對聚烯烴專用料的研發、生產也做出了不少成果。2010年8月，揚子石化公司自主研發的聚丙烯專用料PPH-F02-H成功實現了工業化生產。2011年4月，中國石油蘭州石化公司也成功實現鋰電池隔膜專用料L402的生產。2012年7月，洛陽石化聚丙烯公司對新研發的鋰電池隔膜專用料F301L進行了試生產，產品主要技術性能指標均達到用戶需求。2012年9月，北方華錦由聚丙烯F401牌號改進而來的鋰電隔膜原料，通過了鋰電隔膜的生產和應用性能測試。
更引人注目的是2017年5月27日揚子石化首次成功試生產了鋰離子電池隔膜用特高分子量聚乙烯新產品YEV-4500，并于近日正式開始進行市場推廣，這一新產品填補了國內空白，打破了進口產品的壟斷，是揚子石化在高端聚烯烴領域取得的又一次突破。
特高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于其優異的性能，可改進隔膜高溫熔體完整性(HTMI)，顯著提高破膜溫度，HTMI對于提高插電式混合動力汽車的安全至關重要；同時還將賦予隔膜更高的穿刺強度、更高的孔隙率與機械強度，是制造高端鋰電池隔膜的理想原材料。
總之，革命尚未成功，同志仍需努力，相信在鋰電池隔膜國內上下游企業的共同努力下，這一行業現狀或將很快被打破。
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