隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的,其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。
锂离子电池隔膜,在锂电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一。对于锂电池系列,由于电解液为有机溶剂体系,因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的,其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂电池系列,由于电解液为有机溶剂体系,因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。
锂离子电池隔膜的主要性能要求有:厚度均匀性、力学性能(包括拉伸强度和抗穿刺强度)、透气性能、理化性能(包括润湿性、化学稳定性、热稳定性、安全性)等四大性能指标。隔膜位于正极和负极之间,主要作用是将正负极活性物质分隔开,防止两极因接触而短路;此外在电化学反应时,能保持必要的电解液,形成离子移动的通道。隔膜材质是不导电的,电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂离子电池,由于电解液为有机溶剂体系,其隔膜要求具有以下性能。
近年来,将聚合物电解质用于锂离子电池已实现了商品化,聚合物电解质在锂离子电池中既是离子迁移的通道,又起到正负极材料间的隔膜作用。聚合物电解质可分为固体聚合物电解质及凝胶聚合物电解质,作为实用的聚合物电解质隔膜必须满足以下几个必要条件:①具有高的离子电导率,以降低电池内阻;②锂离子的传递系数基本不变,以消除浓度极化;③可以忽略的电子导电性,以保证电极间有效的隔离;④电极材料有高的化学和电化学稳定性;⑤低廉的价格,合适的化学组成,保证对环境友好。
随着我国新能源汽车需求快速放量整体锂电池产量快速增长,我国锂电池隔膜产量近年来爆发式增长,2022年我国锂电池隔膜产量和需求量分别为124亿平方米和102.64亿平方米,其中湿法产量占比75%左右。当前国内锂电池隔膜行业大步快跑的同时,国产隔膜和铝塑膜行业面临的挑战不容忽视,在隔膜领域。一是产能过剩;二是品质良莠不齐;三是高端市场仍由国外巨头占据。此外,随着三元电池解禁及高能量密度电池的诉求,电池安全性要求越来越高,对隔膜的要求相应提高,市场对于涂覆隔膜等新技术正在提出新的要求。隔膜是保证锂离子电池安全稳定工作的核心材料。目前我国锂电池隔膜依赖进口较大,未来随着产能的扩大,将有极大的进口替代空间。
主要的隔膜材料产品有单层PP、单层PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP 和三层PP/PE/PP 等,其中前两类产品主要用于3C 小电池领域,后几类产品主要用于动力锂电池领域。在动力锂电池用隔膜材料产品中,双层PP/PP 隔膜材料主要由中国企业生产,在中国大陆使用,这主要是因为还没有中国企业能将PP 与PE 制成双层复合膜的技术和能力。而全球汽车动力锂电池使用的隔膜以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料产品为主。
其他一些新型隔膜材料产品也在不断涌现并开始实现应用,不过,因量少价高,主要还是用在动力锂电池制造领域。这些产品主要有:涂层处理的聚酯膜、纤维素膜、聚酰亚胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨纶或芳纶膜等等。这些隔膜的优点是耐高温,且具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特点。总的来看,锂电池隔膜材料产品呈现出明显的多样化发展趋势。
根据中研普华产业研究院发布的《2024-2029年锂电池隔膜产业现状及未来发展趋势分析报告》显示:
锂电池隔膜行业产能集中度逐渐提升,在湿法隔膜市场,恩捷股份在国内市占率第一,星源材质和中材科技位列二、三名。干法隔膜市场,中兴新材、星源材质和惠强新材位列前三名。锂电池隔膜尤其是湿法隔膜高技术壁垒、高资金投入,建设周期较长的产品,由于生产设备仍然依赖日本制钢所、日本东芝、韩国玛斯特、德国布鲁克纳等进口,行业内仅有少量国产线。
近年来我国锂电池隔膜销售均价主要表现为下降态势,2022年我国锂电池隔膜均价约1.35元/平方米,随着锂电池隔膜行业的快速发展,越来越多的企业加入这个领域,导致了产能过剩,锂电池隔膜市场竞争变得更加激烈,企业为了争夺市场份额,不得不降低产品价格,从而拉低了整个行业的均价。
2022年我国锂电池隔膜产量和需求量分别为124亿平方米和102.64亿平方米,其中湿法产量占比75%左右。2022年我国锂电池隔膜进出口量分别为5.22亿平方米和26.58亿平方米,分别较2021年下降2.37亿平方米和增长3.01亿平方米。
工信部公布的数据显示,2022年,我国锂电年总产值首次突破万亿元,超过1.2万亿元。据相关研究机构测算,未来五年,新能源汽车销量复合增长率将达到50%以上,对锂电池的需求同样快速增长。2023年锂电池隔膜的需求量将达到100亿平方米以上,2025年将达到250亿平方米以上。
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2024-2029年锂电池隔膜产业现状及未来发展趋势分析报告
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