在鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

 

隔膜通俗點的描述就是一層多孔的塑料薄膜，是鋰電材料中技術(shù)壁壘最高的一種高附加值材料，約占鋰電池成本的20%-30%。隔膜價格居高不下的主要原因是一些制作隔膜的關(guān)鍵技術(shù)被日本和美國所壟斷，國產(chǎn)隔膜特別是高端隔膜的指標還未達到國外產(chǎn)品的水平。

 

隔膜技術(shù)難點在于造孔的工程技術(shù)以及基體材料。其中造孔的工程技術(shù)包括隔膜造孔工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及產(chǎn)品穩(wěn)定性?；w材料包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。

 

1 造孔工程技術(shù)

 

目前聚烯烴隔膜生產(chǎn)工藝可按照干法和濕法分為兩大類，同時干法又可細分為單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝。

 

干法單向拉伸工藝是通過生產(chǎn)硬彈性纖維的方法，制備出低結(jié)晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高溫退火獲得高結(jié)晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫下進行拉伸形成微缺陷，然后高溫下使缺陷拉開，形成微孔。該工藝經(jīng)過幾十年的發(fā)展在美國、日本已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)在美國Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝生產(chǎn)單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復(fù)合膜。美國Celgard公司擁有干法單向拉伸工藝的一系列專利，日本UBE公司是購買了Celgard的相關(guān)專利使用權(quán)。用這種方法生產(chǎn)的隔膜具有扁長的微孔結(jié)構(gòu)，由于只進行單向拉伸，隔膜的橫向強度比較差，但正是由于沒有進行橫向拉伸，橫向幾乎沒有熱收縮。

 

干法雙向拉伸工藝是中國科學院化學研究所在20世紀90年代初開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝（CN1062357）。通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改進劑，利用聚丙烯不同相態(tài)間密度的差異，在拉伸過程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變形成微孔，用于生產(chǎn)單層PP膜。國內(nèi)格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新時科技有限公司均與中科院合作采用干法雙向拉伸工藝。

 

濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將高沸點的烴類液體或低分子量的物質(zhì)與聚烯烴樹脂混合，加熱溶化混合物并把熔體鋪在薄片上，然后降溫發(fā)生相分離，再以縱向或雙軸向?qū)Ρ∑鋈∠蛱幚恚詈笥靡讚]發(fā)的溶劑提取液體?？芍苽涑鱿嗷ヘ炌ǖ奈⒖啄げ牧?，適用的材料廣。采用該法的具有代表性的公司有日本旭化成、東燃及美國Entek等，用濕法雙向拉伸方法生產(chǎn)的隔膜由于經(jīng)過了雙向拉伸具有較高的縱向和橫向強度。目前主要用于單層的PE隔膜。

 

從理論上分析，干法雙向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜經(jīng)過雙向拉伸，在縱向拉伸強度相差不大的情況下，橫向拉伸強度要明顯高于干法的單向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜。物理性能和機械性能方面干法雙向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜更占優(yōu)勢。然而濕法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透氣性。可以滿足動力電池的大電流充放的要求。但由于濕法采用聚乙烯基材，熔點只有140℃。所以熱穩(wěn)定性比較差。

隔膜具有典型的“高技術(shù)、高資本”特點，而且項目周期很長，投資風險較大，國內(nèi)企業(yè)的投資熱情并不高。國內(nèi)能生產(chǎn)隔膜的企業(yè)僅有星源科技、金輝高科、格瑞恩等三家企業(yè)。其中星源科技采用干、濕法兩條工藝、金輝高科采用濕法工藝、格瑞恩采用干法雙向拉伸工藝?，F(xiàn)在國產(chǎn)隔膜的市場主要集中在中、低端小型鋰離子電池領(lǐng)域。

 

高端產(chǎn)品特別是動力電池對隔膜的一致性要求極高。除了厚度、面密度、力學性能這些基本要求之外，對隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也有很高的要求。

 

因為微孔的尺寸和分布直接影響到隔膜的孔隙率、透氣性、吸液率。就國內(nèi)現(xiàn)有的隔膜生產(chǎn)技術(shù)，隔膜的厚度、強度、孔隙率不能得到整體兼顧，量產(chǎn)批次穩(wěn)定性較差。

 

2 基體材料

 

隔膜基體材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對隔膜力學性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯(lián)系。世界前三大隔膜生產(chǎn)商日本Asahi(旭化成) 、美國Celgard、Tonen(東燃化學)都有自己獨立的高分子實驗室，并且化學背景非常深厚。國內(nèi)鋰電池廠家所采用的基體材料基本都是通過外購，自身研發(fā)實力不強。據(jù)了解旭化成與Celgard已經(jīng)自己生產(chǎn)部分聚丙烯、聚乙烯材料。特別是Tonen(東燃化學)和美孚化工合作后，采用美孚化工研發(fā)的高熔點聚乙烯材料后，Tonen推出熔點高達170℃的濕法PE鋰電池隔膜。采用特殊處理的基體材料，可以極大的提高隔膜的性能，從而滿足鋰電池一些特殊的用途。