電池隔膜是鋰電池材料之一

電池隔膜、正極材料、負(fù)極材料和電解質(zhì)是最重要的鋰離子電池材料，約占鋰電池材料總成本的4%。鋰電池隔膜具有大量曲折貫通的微孔，可以保證電解質(zhì)離子自由通過，形成充放電回路。它的主要功能是隔離正極極和負(fù)極，防止電池短路。同時，保證鋰離子在充放電過程中正常通過微孔通道，保證電池的正常工作。電池隔膜的性能決定了鋰離子電池的內(nèi)阻、容量、循環(huán)性能和充放電電流密度等關(guān)鍵特性。

目前，商用鋰電池隔膜主要有聚乙烯（PE）隔膜、聚丙烯（PP）隔膜以及PE和PP復(fù)合多層微孔膜。PE電池隔膜強度高，加工范圍廣。聚丙烯隔膜具有較高的孔隙率、透氣性和力學(xué)性能。普通3C電池主要采用單層PE隔板或單層PP隔板。

動力電池一般采用PE/PP雙層電池隔膜、PP/PP雙層隔膜或PP/PE/PP三層隔膜。然而，聚烯烴隔膜存在著非常明顯的缺點，如熱穩(wěn)定性和對電解質(zhì)的潤濕性不足，這使得聚烯烴隔膜的涂覆和改性成為趨勢。

 

 

電池隔膜生產(chǎn)工藝

電池隔膜的生產(chǎn)工藝主要分為濕法和干法兩類。鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝包括原料配方和快速配方調(diào)整、微孔制備技術(shù)、成套設(shè)備的自主設(shè)計。其中，微孔制備技術(shù)是鋰離子電池隔膜制備工藝的核心，根據(jù)工藝類型可分為干拉伸和濕拉伸兩種。

干式隔膜安全性高、成本低，因此多用于大型磷酸鐵鋰動力鋰電池。濕法隔膜由于其較薄的厚度和較高的孔隙率而具有較高的孔徑均勻性和較高的透氣性。與干式隔膜相比，它在機械性能、透氣性和物理化學(xué)性能方面具有一定優(yōu)勢，因此在注重能量密度的三元電池中應(yīng)用更為廣泛。

隔膜涂層是將氧化鋁、粘合劑和去離子水在原鋰離子電池隔膜上混合攪拌，形成漿料。微凹版擠壓涂層是用于在基材隔膜上制作一層或兩層陶瓷表面。陶瓷隔膜增加了原膜的機械強度，使電池在耐高溫、耐穿刺和減薄方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

同時，不會影響透氣性，保證鋰離子的流動，從而提高安全性。涂層工藝不僅可以增強電池隔膜的熱穩(wěn)定性，提高其機械強度，還可以防止電池隔膜收縮導(dǎo)致的陰極和陽極之間的大面積接觸。它還可以提高隔膜的擊穿電阻，防止在電池的長期循環(huán)條件下，鋰枝晶擊穿隔膜引起的短路。

 

 

同時，涂層工藝有利于提高電池隔膜的保液性和潤濕性，從而延長電池循環(huán)壽命。涂層材料可分為無機材料和有機材料。無機材料主要包括陶瓷，有機材料主要包括PVDF和芳綸。一般來說，陶瓷相對便宜，更多地用于動力電池，而芳綸則更昂貴，主要用于消費電子產(chǎn)品。

 

電池隔膜行業(yè)的三大特點

● 重資產(chǎn)和高設(shè)備要求

鋰電池隔膜行業(yè)是典型的資產(chǎn)重工業(yè)，固定資產(chǎn)占比居四大材料之首。設(shè)備投資大，回收期長。從投資回收期來看，電池隔膜行業(yè)的投資回收期更長，略高于正極行業(yè)的8年左右。電池隔膜的生產(chǎn)對生產(chǎn)設(shè)備的選擇有很高的要求。

有必要根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝定制設(shè)備生產(chǎn)線。生產(chǎn)難度大，不同的生產(chǎn)設(shè)備和工藝會直接影響電池隔膜的綜合理化性能。目前，我國干法隔膜生產(chǎn)設(shè)備的國產(chǎn)化已基本完成。鋰電池濕式隔膜生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，主要依靠進(jìn)口。

領(lǐng)先的電池隔膜公司與設(shè)備制造商保持密切聯(lián)系，優(yōu)質(zhì)設(shè)備供應(yīng)商的產(chǎn)能受企業(yè)約束。在綁定優(yōu)質(zhì)設(shè)備供應(yīng)商產(chǎn)能的同時，領(lǐng)先公司也在加緊設(shè)備在中國的國產(chǎn)化。與此同時，中國制造商也在加緊自我研究。

自主研發(fā)的濕法鋰離子電池隔膜生產(chǎn)線，解決了雙軸拉伸濕法鋰離子蓄電池隔膜生產(chǎn)線投資大、能耗高、建設(shè)周期長、環(huán)境污染大的問題。未來中國濕式隔膜設(shè)備的國內(nèi)生產(chǎn)率將繼續(xù)提高，領(lǐng)先公司將加大設(shè)備的國產(chǎn)化力度，未來相應(yīng)設(shè)備的采購成本可能會進(jìn)一步降低。

 

 

● 工藝流程多，產(chǎn)量低，毛利潤高

電池隔膜行業(yè)具有更復(fù)雜的工藝和更多的損失。與其他材料相比，電池隔膜行業(yè)的工藝流程中有許多環(huán)節(jié)造成了重大損失，并且在母輥生產(chǎn)后的過程中仍然存在損失。母輥需要根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行開縫，這一過程會在基膜的涂覆過程中產(chǎn)生少量的邊角和一定的損耗。

較高的制造難度導(dǎo)致電池隔膜行業(yè)的良品率相對較低，行業(yè)壁壘相對較高。其他材料的綜合良率高于電池隔膜行業(yè)，因此從行業(yè)壁壘來看，電池隔膜行業(yè)壁壘相對較高，技術(shù)水平的差異將極大地影響企業(yè)的競爭力和利潤水平。成品率和工藝門檻因素導(dǎo)致隔膜行業(yè)毛利率較高。

● 基膜基于數(shù)量，涂層基于工藝和專利

基膜競爭的核心是數(shù)量取勝。電池隔膜行業(yè)的主要成本是原材料、折舊成本、勞動力成本、燃料動力等。由于電池隔膜基膜的同質(zhì)性強，規(guī)?；蟪杀敬蠓陆?。以原材料為例，基膜的主要原材料是PP和PE。當(dāng)電池隔膜公司的采購量大時，與上游大宗商品制造商的議價能力就會提高。

涂層工藝多種多樣，以工藝和專利為核心。電池隔膜的涂層大多采用定制化和聯(lián)合研發(fā)的方法，其核心在于配方和工藝，涂層專利主要由LG等大公司控制。

 

對電池隔膜的需求持續(xù)增加

隨著碳中和的到來，鋰離子電池的需求正在高速增長。鋰離子電池隔膜廣泛應(yīng)用于新能源汽車、儲能電站、電動自行車、電動工具、數(shù)字電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。鋰離子電池在動力電池、儲能和消費電子領(lǐng)域可分為三大主要使用場景。近年來，鋰電池下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。

 

 

在動力電池領(lǐng)域，在政策大力支持和消費者接受度提升的背景下，新能源汽車銷量持續(xù)攀升，帶動了動力電池市場的快速增長。在儲能領(lǐng)域，新能源發(fā)電作為一種清潔發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速。然而，新能源的波動性與電網(wǎng)安全性之間的矛盾突出。

發(fā)展儲能已成為解決電力供需匹配問題的關(guān)鍵。在消費電子領(lǐng)域，隨著發(fā)展中國家電子產(chǎn)品市場的驅(qū)動和新興電子產(chǎn)品需求的增長，未來對消費鋰離子電池的需求將保持強勁。下游市場的快速發(fā)展帶動了整個鋰離子電池隔膜行業(yè)的快速增長。

電池隔膜出貨量大幅增長，市場集中度較高。據(jù)統(tǒng)計，2021年中國鋰電池隔膜出貨量為78億平方米，同比增長超過100%。中國電池隔膜制造商已經(jīng)具備全球競爭力。2021年，中國電池隔膜市場將受到全球新能源汽車需求高增長和儲能市場高增長的影響，出貨量增速明顯。

電池隔膜公司的供需處于緊平衡狀態(tài)，全球電池隔膜供應(yīng)由中國主導(dǎo)。一方面，近年來，由于電池隔膜行業(yè)的價格戰(zhàn)，目前行業(yè)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，電池隔膜供需處于緊平衡狀態(tài)。按照目前的擴產(chǎn)節(jié)奏，疊加電池隔膜設(shè)備廠家限制產(chǎn)能釋放。全球電池隔膜預(yù)計將在至少2-3年內(nèi)保持緊密平衡。

 

 

另一方面，全球產(chǎn)能繼續(xù)向中國集中，中國產(chǎn)能向龍頭企業(yè)集中。從全球市場競爭格局來看，2021年，73.8%的電池隔膜市場份額將集中在中國，全球電池隔膜供應(yīng)將由中國主導(dǎo)。中國電池隔膜公司持續(xù)進(jìn)軍國際市場，新電池隔膜公司產(chǎn)能規(guī)劃大

 

電池隔膜技術(shù)迭代

濕法占主導(dǎo)地位，干法有望穩(wěn)定并反彈。據(jù)統(tǒng)計，2021年電池隔膜出貨量為78億平方米，其中濕式隔膜占74%，干式隔膜占26%。濕式隔膜的市場份額將繼續(xù)增加。干式隔膜安全性高，成本低，因此主要用于磷酸鐵鋰電池。

鐵鋰爆款銷量的快速增長和儲能電池裝機容量的增加推動了鐵鋰電池出貨量的快速增長，干法隔膜公司也從中受益，出貨量增速有所提高。

干法和濕法將繼續(xù)保持價差，干法將在未來向10μm和9μm發(fā)展。從制造商的角度來看，目前的干法電池隔膜生產(chǎn)設(shè)備基本上已經(jīng)在中國本地化。然而，濕法電池隔膜的性能要求更高，生產(chǎn)設(shè)備更復(fù)雜，仍然依賴進(jìn)口。

鍍膜隔膜的比例正在增加。電池隔膜涂層可以有效提高鋰電池中電池隔膜的循環(huán)性能和耐高溫性能，并可以在厚度更薄的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出更高強度的隔膜。目前，濕法隔膜通常使用涂層方案。隨著濕法4μm和4.5μm更薄濕法隔膜等新技術(shù)的突破，出于性能改進(jìn)和安全考慮，涂層應(yīng)用有望增加。

 

 

為了提高干式隔膜的機械強度，涂層方案也逐漸被使用。隨著12μm干加工單拉隔膜應(yīng)用的增加，10μm干處理單拉隔膜的應(yīng)用加速，干涂層隔膜的滲透率持續(xù)提高。

目前，濕法加工的基礎(chǔ)隔膜價格相對穩(wěn)定，濕法涂層電池隔膜價格大幅上漲。由于鍍膜工藝可以有效提高隔膜產(chǎn)品的質(zhì)量，并為不同客戶需求帶來定制化生產(chǎn)的機會，因此鍍膜隔膜產(chǎn)品的盈利能力通常高于基膜產(chǎn)品。

無機涂料已成為主流，勃姆石的比例也在逐漸提高。電池隔膜性能的提高很大程度上取決于基于涂層材料的涂層漿料配方的改進(jìn)和涂層工藝的改進(jìn)。以勃姆石和氧化鋁為主要涂層材料的無機涂層比以聚偏氟乙烯（PVDF）和芳綸為代表的有機涂層和有機-無機混合涂層技術(shù)更加成熟。

 

半固態(tài)電池成為電池隔膜的新方向

固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)來取代電池隔膜和電解質(zhì)，該行業(yè)還有很長的路要走。與液體電池相比，固態(tài)電池使用固態(tài)陰極和陽極電極材料以及固態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)具有較高的機械強度，不僅可以用作電池中的電池隔膜，還可以有效抑制鋰枝晶的生長，因此具有較高的安全性。與傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池相比，固態(tài)電池具有以下優(yōu)點：

● 消除了液體電解質(zhì)泄漏和腐蝕的隱患，具有更高的熱穩(wěn)定性。

● 穩(wěn)定且寬的電化學(xué)窗口，可與高壓陰極材料相匹配。

● 固體電解質(zhì)通常是單離子導(dǎo)體，副反應(yīng)較少，循環(huán)壽命較長。

● 全固態(tài)鋰電池可以通過多層堆疊技術(shù)內(nèi)部串聯(lián)，以獲得更高的輸出電壓。

 

 

然而，固態(tài)電池仍有一些科學(xué)問題尚未解決，真正意義上實現(xiàn)工業(yè)化的時間尚不明確。即使實現(xiàn)了工業(yè)化，其產(chǎn)業(yè)鏈的建立以及工藝和成本的優(yōu)化和提高也需要一個長期的過程。

半固態(tài)電池仍需要電池隔膜，下游進(jìn)展相對較快。半固態(tài)電池，也稱為固液混合鋰離子電池，既有液體電解質(zhì)，也有固體電解質(zhì)。因此，電池隔膜仍然是其主要材料之一，電池隔膜的所需量變化不大，基膜與傳統(tǒng)的液體電池相比也沒有大的變化。

然而，涂層材料已經(jīng)從傳統(tǒng)的惰性無機材料如氧化鋁和勃姆石轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂须x子導(dǎo)電性的活性材料，并且需要新的設(shè)計來減輕和控制鋰金屬陽極上鋰枝晶的形成。此外，涂層的配方和工藝也需要相應(yīng)的發(fā)展，因此半固態(tài)電池隔膜具有更高的附加值。