非織造布隔膜：小應(yīng)用 大市場(chǎng)

高理

非織造布隔膜廣泛用于鉛酸、堿性電池、鎳氫和超級(jí)電容器等領(lǐng)域，其具有耐高溫，孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，近幾年越來越受到鋰電池業(yè)的關(guān)注。常見的非織造布隔膜材質(zhì)包括聚酰亞胺（PI）、聚酯膜、纖維素膜、聚酰胺膜、芳綸膜、氨綸膜等。

各國(guó)競(jìng)相參與 研發(fā)成熱潮

美國(guó)杜邦最早開發(fā)出用靜電紡絲技術(shù)制備的聚酰亞胺納米纖維隔膜，并已于2011年初在美國(guó)威明頓和韓國(guó)首爾開始量產(chǎn)。2010年，首鋼總公司與中科院理化所合資組建了首科噴?。⊿KPB），利用理化所吳大勇技術(shù)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的聚酰亞胺納米纖維隔膜技術(shù)實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。

另一個(gè)備受關(guān)注的是由江西先材（深圳惠程投資）生產(chǎn)的聚酰亞胺納米纖維隔膜。聚酰亞胺熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度極佳，被廣泛用于航空航天領(lǐng)域。但由于靜電紡絲工藝相對(duì)比較復(fù)雜，導(dǎo)致聚酰亞胺膈膜價(jià)格昂貴，聚酰亞胺納米纖維隔膜能否下降到低于10元/m2的市場(chǎng)接受價(jià)格目前尚存疑問。

此外，日本廣瀨制紙開發(fā)出了以聚烯烴非織造布為基材、由聚乙烯醇（PVA）納米纖維靜電紡絲制成的鋰離子電池隔膜。該產(chǎn)品與主流的聚烯烴多孔質(zhì)薄膜式隔膜相比，提高了熔化溫度的上限因而更加耐熱（熔化溫度上限高達(dá)200℃以上）。另外，據(jù)該公司介紹，在納米纖維中添加硅（SiO2）等無機(jī)物后，還可進(jìn)一步提高熔化溫度的上限。

在纖維素非織造布和PET非織造布隔膜方面，德國(guó)Evonik最早推出了Separion隔膜。其制備方法是在PET非織造布上復(fù)合Al2O3或者SiO2以及其他無機(jī)氧化物。Evonic與Daimler-Benz合資成立的Li-Tec公司（后來奔馳單獨(dú)控股）使用Separion隔膜用于其三元?jiǎng)恿﹄姵氐纳a(chǎn)，由于該復(fù)合陶瓷膈膜的機(jī)械強(qiáng)度較低，Li-Tec的三元電池采用的是疊片工藝而非繞卷工藝。

德國(guó)Freudenberg（科德寶）也推出了類似產(chǎn)品，在2014年CIBF會(huì)議上，科德寶展示了采用該隔膜的5Ah三元軟包電池通過過充、針刺和熱箱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用傳統(tǒng)聚烯烴的軟包電池均發(fā)生了起火爆炸，而采用陶瓷涂覆PET非織造布隔膜的電池?zé)o起火和冒煙。日本特種東海制紙宣稱開發(fā)出了纖維素隔膜材料技術(shù)，并計(jì)劃2014年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。美國(guó)Dreamweaver公司開發(fā)出了基于納米和微米纖維素混合的非織造布隔膜，已經(jīng)送樣給多家鋰電池和超級(jí)電容廠商進(jìn)行測(cè)試。位于美國(guó)科羅拉多州的Porous Power Technology開發(fā)出了PVDF和Al2O3填充的PET隔膜。日本王子制紙通過造紙方法成形濕法非織造布基材，在基材上涂覆PU、PET或PTFE樹脂，樹脂層通過助劑形成具有比基材更小孔徑的多孔結(jié)構(gòu)，可以制備孔徑在200nm左右的隔膜。三菱制紙聯(lián)合東京理工大學(xué)開發(fā)出了直接使用高耐熱性纖維素和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）的非織造布隔膜技術(shù)。

在國(guó)內(nèi)，目前僅有寧波艾特米克鋰電科技有限公司推出了具有閉孔特性的納米纖維隔膜。據(jù)報(bào)道，該公司生產(chǎn)的隔膜孔隙率在60%以上，孔徑大小在300nm左右，在200℃無形變，在560℃針刺測(cè)試下孔徑不擴(kuò)大。此外，其吸液性和對(duì)電解液潤(rùn)濕性均比現(xiàn)有隔膜有所提升。據(jù)報(bào)道，該公司年產(chǎn)400萬平方米的納米纖維隔膜中試線預(yù)計(jì)在2015年中旬完工投產(chǎn)。

除了聚酰亞胺和納米纖維素材料，芳綸隔膜也越來越受到關(guān)注。東麗與東燃化學(xué)（TonenGeneral Sekiyu KK）合資組建的隔膜材料企業(yè)，已經(jīng)開發(fā)出了耐熱性和尺寸穩(wěn)定性俱佳的以芳綸樹脂為基材的多孔質(zhì)薄膜“微多孔芳綸薄膜”材料產(chǎn)品。日本帝人也于2012年宣布開發(fā)出了用于聚合物層疊型鋰離子電池的芳綸隔膜材料產(chǎn)品，使聚合物鋰離子電池的輸出功率提高了20%。

在制造技術(shù)方面，日本帝人宣稱，憑借其“世界首創(chuàng)”的兩面同時(shí)涂裝以及相當(dāng)于原來5倍以上速度的高速涂裝工藝，可以實(shí)現(xiàn)高效率生產(chǎn)。同聚酰亞胺一樣，芳綸因耐高溫并具有極佳的機(jī)械性能，而被用于防彈衣和飛機(jī)復(fù)合材料等領(lǐng)域。但是，芳綸生產(chǎn)成本較為昂貴，其價(jià)格能否最終為鋰電池企業(yè)接受還有待觀察。到目前為止，還沒有非織造布隔膜被動(dòng)力電池企業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的報(bào)道。

成本高昂制約 需加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力

相較于毛利率不到10%的正負(fù)極材料，鋰電池隔膜利潤(rùn)率一度曾經(jīng)高達(dá)70%。因此，眾多的國(guó)內(nèi)隔膜企業(yè)如雨后春筍般地蜂擁而入。但是相對(duì)于正負(fù)極和電解液而言，隔膜是一個(gè)高技術(shù)門檻的行業(yè)。做出隔膜不難，但是做出品質(zhì)好的高端隔膜則非常難。由于缺乏技術(shù)沉淀和持續(xù)的研發(fā)投入，國(guó)內(nèi)隔膜質(zhì)量和批次穩(wěn)定性仍然不及國(guó)外進(jìn)口隔膜。在產(chǎn)品沒有核心競(jìng)爭(zhēng)力的情況下，同質(zhì)化嚴(yán)重而導(dǎo)致價(jià)格戰(zhàn)愈演愈烈。

據(jù)高工鋰電產(chǎn)業(yè)研究所（GBII）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前干法雙拉隔膜均價(jià)已下降至4元以下，單拉隔膜5元左右；濕法隔膜價(jià)格在4～6元之間，降幅超過30%。就目前的現(xiàn)狀而言，非織造布隔膜價(jià)格肯定比國(guó)產(chǎn)聚烯烴隔膜貴不少。聚酰亞胺和芳綸隔膜甚至高于10元/m2。PET和纖維素隔膜具有價(jià)格上的潛在優(yōu)勢(shì)，最終產(chǎn)業(yè)化后應(yīng)該可以做到低于10元/m2以下。

目前，對(duì)于非織造布隔膜最大的優(yōu)勢(shì)就是高容量鋰離子動(dòng)力電池，尤其是大型三元?jiǎng)恿﹄姵氐陌踩詥栴}。如果非織造布隔膜企業(yè)能夠以此為切入口，結(jié)合非織造布隔膜對(duì)于鋰離子電池的倍率性和使用壽命的提高從而生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，不排除非織造布隔膜后來居上的可能性。國(guó)內(nèi)隔膜廠也應(yīng)該加強(qiáng)技術(shù)積累，隨時(shí)密切關(guān)注國(guó)外相關(guān)非織造布隔膜技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，及早應(yīng)對(duì)。