一、国内锂离子电池行业发展情况
谈到锂电池隔膜,我们不得不说作为隔膜应用的锂电池行业。我国现已是全球电池制造大国,电池的产量和出口量均位居世界第一。但我国锂离子电池产业却是近几年才快速成长起来的。我国锂离子电池产业化始于1997年后期,走过了一条引进、学习、研发的产业化道路。2000年中国的锂离子电池产量仅为0.35亿只,与韩国相近,而当时日本已达5亿只/年,约占全球市场90%多。
进入2001年以后,随着深圳比亚迪、比克、邦凯、天津力神等锂离子电池企业的迅速崛起,我国的锂离子电池产业开始进入快速成长阶段。2004年达到8亿只,在全球市场的市场份额猛增到38%,仅次于日本。在其后的2005—2008年,我国的锂离子电池全球市场份额稳定在34%左右,自此形成了中日韩三足鼎立的局面。
2009年我国锂离子电池的产量约为15亿只,比2008年增长5%。其中国内企业的产量为10.5亿只,日韩等外资企业的产量4.5亿只。销售收入约为150亿,比2008年销售减少15%。2009年锂离子电池出口量为10.81亿只,比2008年减少13.7%。2010年上半年锂离子电池出口量5.47亿只,比09年同期只增长了21%。在与国际大厂配套方面,2010年日本占42%,韩国占
38%,中国占18%。锂离子电池需求巨大,但我国锂电池企业在全球的市场份额却在减少,竞争力在减弱,值得我国电池企业高度重视。
目前,中国作为全球最大的锂离子电池制造基地之一,比亚迪、力神、比克、ATL已发展成为全球锂电池行业引人注目的重点企业。我国锂离子电池的生产厂家集中在广州、天津、山东、江苏、浙江等地,华南地区(广东、福建)的锂电池生产量仍占国内市场份额的65%,(天津、山东、江苏、浙江25%),其他省占10%。华南地区锂电生产最具代表性的为深圳,盘踞了比亚迪、比克、邦凯、华粤宝等众多知名企业,形成了产业集。
随着动力锂离子电池的兴起,各地新生锂电池厂商势必加紧投产,现有厂商则加扩产能,使得地方竞争的格局越来越激烈。
2、国内锂离子电池隔膜市场需求及国产化进程
1、锂离子电池隔膜市场需求
我国是世界最大的锂电池生产基地,第二大锂电池生产国和出口国,锂电产品已经占到全球30-40%的市场份额。我国对锂电池隔膜的需求与日俱增,据中国化学与物理锂电池行业
协会统计,2009年我国隔膜需求量超过1.2亿平方米,2010年全球产量3.51亿平方米,同比增长38%。而随着电动车市场的启动,这一增长率未来将有大幅度提升的空间。据台湾工研院数据统计,预计到2013年,全球隔膜需求量可达5.63亿平方米,为2009年市场容量的1.76倍。国际主要厂商均处于扩产进程中,几乎所有厂商都将在今后两年内将产能提高一倍以上。面对80%的隔膜依赖进口的现状,我国隔膜实现进口替代潜力巨大。
2、我国锂离子电池隔膜行业国产化进程
锂离子电池隔膜主要为多孔性聚烯烃,可分为单层聚丙烯微孔膜(PP),单层聚乙烯微孔膜(PE比亚迪生产厂家),聚丙烯、聚乙烯多层微孔膜。由于聚烯烃材料具有优异的力学性能,化学稳定 性和相对廉价的特点,一直以来为隔膜加工的主要材料之一。现有的聚烯烃隔膜生产工艺可分为干法和湿法两大类,但细分生产工艺达6种之多,干法、湿法工艺方法大家在网上、 及很多专业文献都会查到相关介绍,在此就不再一一叙述。
伴随锂离子电池产业的发展,国内市场上的国产锂电池隔膜已逐渐走进锂电圈,以深圳星源材质、南通天丰、佛山金辉、河南格瑞恩为代表的国内锂离子电池隔膜厂家迅速成长起来,部分厂家的产品与进口膜相比,性能指标已相差无几,且价格只有进口隔膜的1/3-1/
2甚至更低。并且,供货周期短、售后服务及时,可真正为客户做到 “量身定做”。
格瑞恩公司是国内锂电隔膜干法双向逐次拉伸的代表,是国内最早实现隔膜产业化生产的企业,在国内手机等通讯类市场国产膜占有最大份额,目前隔膜生产线数量为国内最多。已有产能5000万㎡ /年,新增1亿㎡/年生产线在建。
佛山金辉是国内生产电隔膜湿法工艺生产的代表,是国内最早实现湿法产业化生产的企业。产能1200万㎡/年,在建3000万㎡ /年。
深圳星源是国内唯一拥有干法单向拉伸和湿法生产工艺的企业,干法复合膜产品得到动力电池厂的广泛认可。已有产能5000万㎡,在建5000万㎡/年。
南通天丰是国内唯一拥有干法单向、双向同步拉伸工艺的企业,是国内最早从事锂电隔膜研发的企业之一,是隔膜行业国家级研发、产业化基地。生产的多层复合膜得到国内外市场的广泛认可,尤其在动力电池应用方面效果尤佳。已有产能3000万㎡/年,在建7000万㎡/年。
以上只是目前规模较大的企业介绍,我们也欣喜地看到,还有数家企业产品正在投放市
场,更有数10家企业在跃跃欲试。
锂电池隔膜长期以来一直笼罩着一层神秘的彩,除了有它高毛利润外,还有技术上的壁垒。隔膜技术含量高的原因在于它的造孔工艺难度大,隔膜的技术难度在于造孔的工程技术以及基本材料。其中造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺、生产设备以及产品的一致性。基本材料包括聚烯烃材料的添加剂配方,虽然都是经纵向、横向拉伸制膜,但却是一个复杂而精密的加工过程。只有有非常高要求的生产工艺配方,才能有优异的孔的均匀度及厚度的均匀性。
国内企业无不都在尝试突破国外技术壁垒,开发锂电池隔膜,但难度较大。难在以下方面:一、传统制备隔膜工艺的相关专利,基本被美国和日本少数国家垄断,我国在生产技术方面缺乏自主知识产权;二、国内企业在隔膜生产的关键材料、配方方面缺乏研究,往往是膜很容易做出来,但合格率低、一致性差,无法大规模产业化生产;三、隔膜工艺对设备要求苛刻,设备加工精度及运行控制的偏差,限制了产业化生产。
尽管难度大,但是我们还是看到国产锂电池隔膜已经起步,以上企业都是在经过3-5年的艰辛研发后,走出了一条有自己特的、有自主知识产权的创新之路。
以下是到目前为止有公开报道的新上的隔膜生产线情况,(估计肯定还有很多未公开的拟建厂家)
江苏 7家 | 建成:南通天丰、讯腾、 中科来方、景宏 在建:苏州、九九久、华盛 | 广东 6家 | 建成:星源、 金辉 东航光电、比亚迪 在建: 2家 |
河北 3家 | 建成:沧州明珠 在建: 石家庄金力、乐凯 | 山东 2家 | 建成:正华 在建:载沣 |
云南 2家 | 在建: 云天化 红塔 | 浙江 3家 | 建成:杭州华容 在建:2家 南洋 大东南 |
天津 1家 | 东皋膜科技 | 北京 2家 | 首钢 兴宇中科 |
吉林 1家 | 辽源鸿图 | 上海 2家 | 日东 戴瑞米克 |
河南 3家 | 格瑞恩 在建:新瑞电池材料、义腾科技 | 四川 2家 | 成都 重庆 |
安徽 3家 | 在建: 杰事杰、明基、晶能电子 | 辽宁 1家 | 大连新时科技 |
可见隔膜行业再也不是“雾里看花”,而是“击鼓传花”了。已出现了像几年前BOPP行业一样的投资过热,在电动汽车产业还没有启动之前,就已上了一大批锂电池生产企业、锂电池材料生产企业,这样的超前投资,势必造成产能的严重过剩和资源的浪费。
如果这些隔膜生产线项目今明年全部建成投产,估计其产能可达6亿㎡。加上国外隔膜厂家扩产后的5亿㎡,如此大的产能已远远超出市场需求量,势必造成像BOPP一样的产能严重过剩。我们在BOPP等薄膜行业已碰到很多次的产能过剩危机,我们应认真吸取教训:
1、 加强行业引导。
由行业协会发布相关信息,加强行业协调,提高行业调控力度。
2、 加强企业自律。
企业在上项目之前,一定要进行充分的市场论证,绝不能盲目跟进,听从错误信息,认为挖几个人,买条线就可以变印钞机了。殊不知,如果买了一条不成熟的生产线,加上不成熟的工艺,将会给产品调试、设备改造、市场开拓带来的巨大花费,这些费用将远远超出设想的投资额,最终只能自食其果(行业内已有几个先例了)。
3、 加大技术研发,提高自主创新。
创造是企业前进的动力,如果我们一味地用不成熟的工艺及简易设备生产中低端产品,而不在原料、设备、工艺改进上加大研发力度,拿出我们具有自主知识产权的、适合我们锂电池企业发展配套的产品,我们最终会在竞争中被淘汰。因此,我们的隔膜企业一定要加大科技创新的投入、加强创新意识,这样企业才会在激烈的市场竞争中立于不败之地。
三、锂离子电池隔膜的性能要求
锂离子电池由正、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳组成。隔膜作为电池的“第三极”,是锂离子电池中的关键内层组件之一。隔膜吸收电解液后,可隔离正、负极,以防止短路,同时允许锂离子的传导。在过度充电或者温度升高时,隔膜通过闭孔来阻隔电流传导,防止爆炸。隔膜性能的优势决定电池的界面结构和内阻,进而影响电池的容量、循环性能,充放电电流密度等关键特性,性能优异的隔膜对提高电池及动力电池的综合性能有重要作用。
锂离子电池隔膜生产材料目前还是以聚烯烃为首选,聚烯烃材料具有强度高、防火、耐
化学试剂、耐酸碱腐蚀性好、生物相容性好、无毒等优点,在众多领域得到了广泛的应用。聚烯烃化合物可以提供良好的机械性能和化学稳定性,具有高温自闭性能,确保锂离子二次电池在日常使用上的安全性。
锂离子电池隔膜主要性能要求:
1、厚度均匀性
隔膜的厚度均匀性与所有薄膜生产企业要求是一样的,是一个永远追求的重要的质量指标,它直接影响隔膜卷的外观质量以致内在性能,是生产过程严加控制的质量指标之一。锂电池用户对隔膜的分切有其特殊要求,除了有特殊的隔膜分切机、专业培训的专业分切人员外,与隔膜自身的厚度均匀性关系最为密切。
在自动化程度很高的隔膜生产线上,隔膜厚度都是采用精度很高的在线非接触式测厚仪 及快速反馈控制系统进行自动检测和控制的。隔膜的厚度均匀性包括纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性。其中横向厚度均匀性尤为重要。一般均要求控制在+1微米以内。“南通天丰”公司厚度现已控制在+0.5微米以内。
2、力学性能
隔膜的力学性能是影响其应用的一个重要因素,如果隔膜破裂,就会发生短路,降低成品率,因此要求隔膜在电池组装和充放电结构使用过程中,需要自身具有一定的机械强度。隔膜的机械强度可用抗穿刺强度和拉伸强度来衡量。
①拉伸强度:
隔膜的拉伸强度与制膜的工艺相关联。采用单轴拉伸,膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同;而采用双轴拉伸时,隔膜在两个方向上一致性会相近。一般拉伸强度主要是指纵向强度要达到100MP以上,横向强度不能太大,过大会导致横向收缩率增大,这种收缩会加大锂电池厂家正、负极接触的几率。
②抗穿刺强度:
抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿隔膜样本的质量,用它来表征隔膜在装配过程中发生短路的趋势。因隔膜是被夹在凹凸不平的正、负极片间,需要承受很大的压力。为了防止短路,所以隔膜必须具备一定的抗穿刺强度。经验上,抗穿刺强度值在11.8kg/m
m。
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