摘要：隨著計算機、通信產品和消費類電子產品的快速迭代，加上新能源汽車在“十三五”戰略性新興產業發展規劃推動下的全國性普及。鋰電池的性能和質量成了迫切需要提升的關鍵點。作為鋰電池四大核心組成材料之一的隔膜，在鋰電池的成本占比為10%-14%，毛利率高達50%-60%。本文將對我國鋰電池隔膜生產技術現狀進行解析。

　　目前，鋰電池隔膜生產材料以聚烯烴為主，聚烯烴具有防火、耐酸堿腐蝕性好、耐化學試劑、強度高、無毒等優點，由此而來的聚烯烴化合物具備良好的化學穩定性、機械性能和高溫自閉性能。隔膜的性能極大地影響了電池的界面結構和內阻，進而影響了電池的容量、充放電電流密度、循環性能等關鍵特性。如今商業化的鋰電池隔膜材料主要采用其中的聚乙烯、聚丙烯微孔膜。

　　鋰電池隔膜的特性要求，例如：厚度均勻性、拉伸強度、抗穿刺強度、透過性能、潤濕性和潤濕速度、化學穩定性、熱穩定性、安全保護性能等(見表1)，難以全部兼顧。這就決定了其生產工藝技術壁壘高、工藝復雜。

表1 鋰電池隔膜的性能的具體機制與影響

(來源：公開資料整理)

　　鋰電池隔膜的生產工藝包括：原材料配方、成套設備自主設計、微孔制備技術等。其中，鋰電池隔膜制備工藝的核心是微孔制備技術，根據微孔成孔機理的區別，可以將隔膜生產工藝分為干法與濕法兩種。

　　最常用的隔膜制備方法是干法工藝，該工藝是將高分子聚合物和添加劑原料均勻混合，在拉伸應力的作用下將擠出的均勻混合的熔體形成片晶結構，這種結構經過熱處理得到硬彈性的聚合物膜，在一定的溫度下，拉伸形成狹縫狀微孔，熱定型后制得微孔膜。目前主要包括干法單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝。

　　干法工藝簡單環保生產率高但容量保持和安全可靠性低

　　干法單向拉伸工藝使用聚乙烯或聚丙烯聚合物，具有流動性好、分子量低的特點。采用類似生產彈性纖維的方法，先制備出具有低結晶度高取向特點的聚乙烯或聚丙烯鑄片，在低溫下拉伸形成銀紋等微缺陷，再在高溫下退火使缺陷拉開，制得高結晶度的取向微孔薄膜。代表公司有Celgard、日本宇部。該工藝成本相對較低;精度要求高，生產控制難度高;生產過程不使用溶劑，工藝過程對環境友好無污染;投資較高，使用的設備復雜。利用該工藝生產的隔膜具有扁長的微孔結構;由于只進行縱向拉伸，橫向受熱過程中幾乎沒有熱收縮;微孔尺寸分布均勻;微孔導通性好;能生產不同厚度的PP、PE隔膜，但孔徑及孔隙率較難控制。缺點是該微孔膜生產過程中沒有進行橫向拉伸，使用時橫向易開裂;批量生產的電池內部微短路機率相對較高;電池安全、可靠性不高。

　　干法雙向拉伸工藝是中科院化學研究所開發的具有自主知識產權的工藝。該工藝通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改性劑，利用聚丙烯不同相態間密度的差異，在拉伸過程中發生晶型轉變形成微孔。使用該技術的公司有新鄉格瑞恩、新時科技、星源材質等。該工藝過程一般需成孔劑等添加劑輔助成孔，由于進行雙向拉伸，產品橫向拉伸強度明顯高于干法單向拉伸工藝生產的隔膜，具有較好的物理性能和力學性能，雙向力學強度高，微孔尺寸及分布均勻。該工藝缺點是只能生產較厚規格的PP膜，且設備復雜、投資較大，產品質量不穩定，孔徑及孔隙率較難控制，受熱后雙向都有熱收縮。

　　干法拉伸工藝工序較簡單，環保無污染，生產率高，但該工藝生產的多微孔膜厚度、孔徑及孔隙率分布較難控制，隔膜均一性較差，易造成電池內部微短路，容量保持及安全可靠性不高。

　　濕法工藝制得微孔尺寸小且均勻但不環保

　　濕法工藝是利用熱致相分離的原理，將增塑劑(高沸點的液態烴或一些低分子量的物質)與聚烯烴樹脂混合，加熱熔融形成均勻的混合物，然后降溫發生固-液相或液-液相分離，壓制成膜片，再將膜片加熱至接近熔點溫度，雙向拉伸使分子鏈取向一致，保溫一定時間用易揮發物質(例如二氯甲烷和三氯乙烯)將增塑劑從薄膜中萃取出來，從而制得相互貫通的亞微米尺寸的微孔膜材料，最后多孔薄膜通過一個溶劑萃取器來移除溶劑。采用此方法的公司有日本旭化成、東燃、日東、Mitsui Chemicals、韓國SK、美國Entek、金輝高科等。該工藝制模過程容易調控，制得的隔膜雙向拉伸強度高，穿刺強度大，正常的工藝流程不會造成穿孔，微孔尺寸比較小且分布均勻。該產品可以做到很薄，力學性能和產品均一性更好，適合做高容量電池，主要應用在高端手機、筆記本電腦、3C電子產品等領域。該種隔膜的高孔隙率和透氣率使電池具有更高的能量密度和更好的充放電性能，可以滿足動力電池的大電流充放電，在動力電池市場主要被國內知名鋰電池廠商采用。但濕法工藝需要大量的溶劑，易造成環境污染;與干法工藝相比設備復雜、投資較大、周期長、成本高、能耗大;因只能生產較薄的單層PE材質的膜，熔點只有130℃，熱穩定性較差。干法和濕法工藝技術對比見表2。

表2 干法和濕法工藝技術對比

(來源：資料整理及知網論文)

　　濕法工藝隔膜的產量增速較快

　　2016年，日本旭化成、日本東麗、美國Celgard和韓國SKI四家公司作為前四大鋰電池隔膜企業分別占據全球20.8%、15.1%、10.8%和9.6%市場份額。前四大隔膜企業占據全球市場份額的50%以上，其中有三家是以濕法隔膜為技術路線，唯一一家干法隔膜企業美國Celgard，由于經營不善被日本旭化成收購，濕法隔膜技術路線代表了世界主流。

　　另外，通過公開的數據及行業專家對未來的預測，我們發現濕法隔膜產量在過去5年的增速是遠遠高于干法隔膜產量的，如圖1所示。但于此同時，星源材質認為：未來干法和濕法兩個技術路線會長期并存。在電池技術上，海外日韓電池廠商LG、三星等采用的三元動力電池技術，用干法隔膜，松下用濕法隔膜，三元電池必須用濕法隔膜這個說法是錯誤的。

圖1 中國干法和濕法工藝隔膜產量(億平米)及增長率

(來源：資料整理及專家預測)

　　結語

　　目前，根據微孔成孔機理的區別可以將隔膜生產工藝分為干法與濕法兩種，兩者具有不同的特點。干法拉伸工藝簡單環保、生產率高但容量保持和安全可靠性低。濕法工藝制得微孔尺寸小且均勻，力學性能和產品均一性更好，適合做高容量電池，但不環保。濕法工藝隔膜的產量增速較快，業內專家認為干法工藝將和濕法工藝長期并存。