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鋰電池隔膜行業研究

產業訊息 - 2017/9/15
低端隔膜產能過剩,中高端濕法隔膜還有待國產化和技術突破
2016年底或2017年初的產能密集投產可能引發價格戰
原材料價格上漲疊加產能大規模投產,有可能導致隔膜企業雙向受壓
 
【行業概述】
1.1鋰離子電池隔膜簡介
電池按照工作性質可以分為一次電池和二次電池。一次電池是指不可以循環使用的電池。二次電池是指可以反覆充電、循環使用的電池,如先後商業化使用的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池以及鋰離子電池。鋰離子電池具有平均輸出電壓高,比能量大,無記憶效應,使用壽命長,安全性能好、不含有毒物質等特點。因此,也被稱為「綠色電池」。
鋰離子電池製造所需的正極材料、負極材料、隔膜和電解質材料被稱為鋰離子電池四大關鍵材料。
 
其中,隔膜的主要作用是使電池的正、負極分隔開來,防止兩極接觸而短路,同時具有能使電解質離子通過的功能。其性能決定了電池的介面結構、內阻等,直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性,性能優異的隔膜對提高電池綜合性能具有重要作用。
 
鋰電池隔膜是四大材料中技術壁壘最高的部分,其成本占比僅次於正極材料,約為10%-14%,在一些高端電池中,隔膜成本占比甚至達到20%。
全球範圍內的鋰離子電池隔膜的市場需求量呈逐年遞增的趨勢,隔膜出貨量從2009年的2.4億平米增至2014年的11.85億平米。日本旭化成、日本東燃化學以及美國Celgard(Celgard於2015年2月被濕法技術代表公司旭化成收購,干法生產線停產並新建立濕法生產線)是隔膜三巨頭,三巨頭占據的全球市場份額曾高達77%。但隨著韓國和中國企業的崛起,三巨頭的份額在快速下滑,2014年占比僅56%左右。
隔膜產品主要有單層PP、單層PE、PP+陶瓷塗覆、PE+陶瓷塗覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP和三層PP/PE/PP等,其中前兩類產品主要用於3C消費電池,後幾類產品主要用於動力鋰電池。我國企業主要生產雙層PP/PP隔膜,而全球汽車動力鋰電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷塗覆、PE+陶瓷塗覆等隔膜材料產品為主。這主要是因為我國目前的還不具備將PP與PE製成雙層複合膜的技術和能力。
2016年國內隔膜需求將在12億平方米左右,基於廣闊的市場空間,國內企業紛紛擴產加大產能,供需預計在2016年底改善,但極有可能在2016年底或2017年初形成嚴重的產能整體過剩,尤其是低端的干法工藝。
1.2鋰離子電池隔膜技術分類
隔膜的技術工藝,分為干法和濕法。
干法工藝的原理是物理拉伸,結晶和淬取。
相對於干法工藝,濕法工藝的原理是相位分離,製備的隔膜微孔分布均勻性好,孔徑大小合適,閉孔溫度低,雙向拉伸強度高,刺穿強度高,可以製備較薄的隔膜。濕法工序較干法更為複雜,資金投入更大,生產周期也更長,技術壁壘較高,其生產設備的複雜程度也遠高於干法工藝。
消費類鋰電池注重能量密度,在安全性有保障的前提下,對應的隔膜越薄越好。而現有的技術水平下,干法的厚度是有極限的,而且一致性也較濕法差。在中高端的鋰電池市場,採購比例以濕法居多。而動力電池中,干法多層為主要的隔膜類型。但隨著塗覆技術的成熟,塗覆後的濕法PE隔膜已經開始逐步替代高端的市場。包含動力電池在內,保證安全性的基礎上,輕薄化已經成為趨勢,濕法更具優勢。濕法隔膜原本的劣勢,是熔融溫度低,通過無機材料的塗覆,耐熱性能得到明顯提升。
濕法的價格較貴,所以未來濕法在動力電池中仍將走高端的市場路線,而中低端動力電池仍將以干法為主。
1.3鋰離子電池隔膜行業壁壘
我國鋰離子電池隔膜在干法工藝上已經取得重大突破,目前已經具備國際一流的製造水平。但在濕法這一端,國內隔膜企業受限於工藝、技術等多方面因素,產品水平還較低。
濕法工藝隔膜不僅生產技術壁壘高,生產設備也更複雜。整體生產設備的構造分為投料和配料系統、擠出混合系統、鑄片冷卻系統、拉伸系統、收卷系統、洗滌烘乾系統。濕法工藝隔膜設備的應用需要和工藝配套,是先有工藝再訂製設備。因此,在解決了工藝和技術後,每一家生產企業的工藝均有不同,在設備定製上所需要的時間也較長,通常定製設備在1年左右。
濕法工藝所生產的隔膜厚度要更薄,在應用到需要大倍率充放電的動力鋰離子電池裡時,更容易在高溫下熔融,安全性相對於干法工藝隔膜要差。之前的濕法隔膜主要是應用在高端小型鋰電池中,在整個隔膜市場中份額偏低。現今隨著技術的發展,濕法塗覆隔膜能夠有效的解決熔融問題(東燃化學已經推出了耐170度溫度的電池隔膜),並且隨著三元材料在動力鋰電中的成功推廣運用,帶動了與之匹配的濕法塗覆隔膜市場的大幅增長。

 

以上資料來自北極星電力網(www.bjx.com.cn)

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