PE鋰電池隔膜生產(chǎn)線

時間：2020-01-05作者：蘇州金韋爾機(jī)械有限公司瀏覽：1511

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在鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

隔膜通俗點(diǎn)的描述就是一層多孔的塑料薄膜，是鋰電材料中技術(shù)壁壘較高的一種高附加值材料，約占鋰電池成本的20%-30%。隔膜價格居高不下的主要原因是一些制作隔膜的關(guān)鍵技術(shù)被日本和美國所壟斷，國產(chǎn)隔膜特別是**隔膜的指標(biāo)還未達(dá)到國外產(chǎn)品的水平。

隔膜技術(shù)難點(diǎn)在于造孔的工程技術(shù)以及基體材料。其中造孔的工程技術(shù)包括隔膜造孔工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及產(chǎn)品穩(wěn)定性。基體材料包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。

一、造孔工程技術(shù)

目前聚烯烴隔膜生產(chǎn)工藝可按照干法和濕法分為兩大類，同時干法又可細(xì)分為單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝。

干法單向拉伸工藝是通過生產(chǎn)硬彈性纖維的方法，制備出低結(jié)晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高溫退火獲得高結(jié)晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫下進(jìn)行拉伸形成微缺陷，然后高溫下使缺陷拉開，形成微孔。該工藝經(jīng)過幾十年的發(fā)展在美國、日本已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)在美國Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝生產(chǎn)單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復(fù)合膜。美國Celgard公司擁有干法單向拉伸工藝的一系列**，日本UBE公司是購買了Celgard的相關(guān)**使用權(quán)。用這種方法生產(chǎn)的隔膜具有扁長的微孔結(jié)構(gòu)，由于只進(jìn)行單向拉伸，隔膜的橫向強(qiáng)度比較差，但正是由于沒有進(jìn)行橫向拉伸，橫向幾乎沒有熱收縮。

干法雙向拉伸工藝是中國科學(xué)院化學(xué)研究所在20世紀(jì)90年代初開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝（CN1062357）。通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改進(jìn)劑，利用聚丙烯不同相態(tài)間密度的差異，在拉伸過程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變形成微孔，用于生產(chǎn)單層PP膜。國內(nèi)格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新時科技有限公司均與中科院合作采用干法雙向拉伸工藝。

濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將高沸點(diǎn)的烴類液體或低分子量的物質(zhì)與聚烯烴樹脂混合，加熱溶化混合物并把熔體鋪在薄片上，然后降溫發(fā)生相分離，再以縱向或雙軸向?qū)Ρ∑鋈∠蛱幚?，最后用易揮發(fā)的溶劑提取液體。可制備出相互貫通的微孔膜材料，適用的材料廣。采用該法的具有代表性的公司有日本旭化成、東燃及美國Entek等，用濕法雙向拉伸方法生產(chǎn)的隔膜由于經(jīng)過了雙向拉伸具有較高的縱向和橫向強(qiáng)度。目前主要用于單層的PE隔膜。

從理論上分析，干法雙向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜經(jīng)過雙向拉伸，在縱向拉伸強(qiáng)度相差不大的情況下，橫向拉伸強(qiáng)度要明顯**干法的單向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜。物理性能和機(jī)械性能方面干法雙向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜較占優(yōu)勢。然而濕法隔膜可以得到較高的孔隙率和較好的透氣性?？梢詽M足動力電池的大電流充放的要求。但由于濕法采用聚乙烯基材，熔點(diǎn)只有140℃。所以熱穩(wěn)定性比較差。

附表1 隔膜生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

 

	干法		濕法
生產(chǎn)方式	單向拉伸	雙向拉伸
工藝原理	晶片分離	晶型轉(zhuǎn)換
方法特點(diǎn)	設(shè)備復(fù)雜，精度要求高，投資大 工藝復(fù)雜、控制難度高、環(huán)境友好	設(shè)備復(fù)雜、投資較大，一般需成孔劑等添加劑輔助成孔	設(shè)備復(fù)雜、投資較大、周期長、工藝復(fù)雜、成本高、能耗大
產(chǎn)品特點(diǎn)	微孔尺寸、分布均勻、微孔導(dǎo)通性好、能生產(chǎn)不同厚度的產(chǎn)品，能生產(chǎn)PP、PE產(chǎn)品和三層復(fù)合產(chǎn)品	微孔尺寸、分布均勻，穩(wěn)定性差   現(xiàn)只能生產(chǎn)較厚規(guī)格PP膜	微孔尺寸、分布均勻，適宜生產(chǎn)較薄產(chǎn)品，只能生產(chǎn)PE膜
廠家	Celgard、UBE	新鄉(xiāng)格瑞恩、桂林新時科技	旭化成、東燃及美國Entek

 

    隔膜具有典型的“高技術(shù)、高資本”特點(diǎn)，而且項目周期很長，投資風(fēng)險較大，國內(nèi)企業(yè)的投資熱情并不高。國內(nèi)能生產(chǎn)隔膜的企業(yè)僅有星源科技、金輝高科、格瑞恩等三家企業(yè)。其中星源科技采用干、濕法兩條工藝、金輝高科采用濕法工藝、格瑞恩采用干法雙向拉伸工藝?，F(xiàn)在國產(chǎn)隔膜的市場主要集中在中、低端小型鋰離子電池領(lǐng)域。

    **產(chǎn)品特別是動力電池對隔膜的一致性要求較高。除了厚度、面密度、力學(xué)性能這些基本要求之外，對隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也有很高的要求。

因為微孔的尺寸和分布直接影響到隔膜的孔隙率、透氣性、吸液率。就國內(nèi)現(xiàn)有的隔膜生產(chǎn)技術(shù)，隔膜的厚度、強(qiáng)度、孔隙率不能得到整體兼顧，量產(chǎn)批次穩(wěn)定性較差。

二、基體材料

隔膜基體材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯(lián)系。世界**大隔膜生產(chǎn)商日本Asahi(旭化成) 、美國Celgard 、Tonen(東燃化學(xué))都有自己獨(dú)立的高分子實(shí)驗室，并且化學(xué)背景非常深厚。國內(nèi)鋰電池廠家所采用的基體材料基本都是通過外購，自身研發(fā)實(shí)力不強(qiáng)。據(jù)了解旭化成與Celgard已經(jīng)自己生產(chǎn)部分聚丙烯、聚乙烯材料。特別是Tonen(東燃化學(xué))和美孚化工合作后，采用美孚化工研發(fā)的高熔點(diǎn)聚乙烯材料后，Tonen推出熔點(diǎn)高達(dá)170℃的濕法PE鋰電池隔膜。采用特殊處理的基體材料，可以較大的提高隔膜的性能，從而滿足鋰電池一些特殊的用途。

國內(nèi)外隔膜生產(chǎn)廠家情況：

Celgard（美國）

Celgard公司成立于1981年，注冊資本2億美金，**共分四個事業(yè)部，電池隔膜事業(yè)部2007年**總銷售金額為8.5億美金。Celgar持有干法單向拉伸制造工藝的**，并且有MBI、BYD兩大客戶的支持，成為干法聚烯烴隔膜的**者。

Asahi Kasai（日本旭化成）

日本旭化成成立于1931年，注冊資金103億日元，優(yōu)質(zhì)濕法隔膜的供應(yīng)商，半數(shù)以上產(chǎn)品供給三洋，業(yè)內(nèi)說法為其供與三洋的隔膜和對其他電池廠的隔膜有差異，但得不到確切證明。旭化成化學(xué)目前正開發(fā)面向高輸出功率用途的隔膜。

旭化成化學(xué)公司為應(yīng)對世界鋰離子二次電池的需求擴(kuò)大，將二次電池用隔膜的設(shè)備能力增強(qiáng)到現(xiàn)在的1.5倍。在宇山市投資約100億日元,現(xiàn)在年產(chǎn)1億m2，計劃到08年為1億2千萬m2，到09年增為1億5千萬m2。為強(qiáng)化生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)體制，將探討選定新廠建設(shè)地點(diǎn). 

Tonen（東燃化學(xué)）

東燃化學(xué)由于擁有Sony、SDI、LGC等客戶，東燃化學(xué)成為**此類隔膜的*三大供應(yīng)商。東燃埃克森美孚化工的隔膜工廠位于日本那須，為了滿足隔膜現(xiàn)有及新型應(yīng)用領(lǐng)域日益增長的需求。2009年東燃埃克森美孚化工位于韓國龜尾的新廠將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

UBE（日本宇部）

日本宇部成立于1942年，注冊資金431億日元，分化學(xué)樹脂、建筑材料、機(jī)械設(shè)備、煤炭五個事業(yè)群，07年總營業(yè)額為3768億日元，其中化學(xué)樹脂事業(yè)群營業(yè)額為1601億日元，占總營業(yè)額的43%。UBE隔膜年總產(chǎn)值約為2400萬平方米/年，70%在中國國內(nèi)銷售，主要客戶為比克和三洋，比克用量大約在1000萬平方米/年，三洋用量約在300萬平方米/年，與celgard一樣的干法技術(shù)，性能與CELGARD有一定差距，但價格遠(yuǎn)**CELGARD。

深圳市星源材質(zhì)科技股份有限公司

星源材質(zhì)成立于2003年，注冊資本1500萬元，總資產(chǎn)4100萬元，凈資產(chǎn)3300萬元，**業(yè)務(wù)是新材料——即鋰離子電池隔膜的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司于2006年底，研發(fā)**了突破性進(jìn)展，掌握了鋰離子電池隔膜的**制造工藝及**配方的關(guān)鍵技術(shù)。2007年，公司在東莞投資興建了3000平方米的生產(chǎn)基地。2008年1月，星源材質(zhì)公司在原有一條濕法生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)市場需求，啟動了年產(chǎn)1000萬平方米鋰電池隔膜干法生產(chǎn)線投資項目，該生產(chǎn)線由星源材質(zhì)公司*、自行設(shè)計、具有自主知識產(chǎn)權(quán)，總投資人民幣4788萬元，該生產(chǎn)線關(guān)鍵零部件和儀器分別從德國、美國、意大利等國家進(jìn)口，其他輔助、配套設(shè)施在國內(nèi)采購。生產(chǎn)線順利建成并于2008年9月正式投產(chǎn)。產(chǎn)品產(chǎn)能達(dá)到設(shè)計要求，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到美國、日本同類產(chǎn)品質(zhì)量。該生產(chǎn)線投產(chǎn)后，將年新增產(chǎn)能1000萬平方米。

目前星源材質(zhì)科技股份有限公司擁有干法生產(chǎn)線兩條，濕法生產(chǎn)線一條，主要生產(chǎn)12μm到40μm不同規(guī)格的鋰電池隔膜。同時，年設(shè)計生產(chǎn)能力5000萬平方米的鋰電池隔膜生產(chǎn)基地正在建設(shè)之中。公司被評為國家火炬計劃重點(diǎn)企業(yè)；深圳市民營*骨干企業(yè)，鋰電池隔膜產(chǎn)業(yè)化項目被列入深圳市重大建設(shè)項目。公司在2008年引進(jìn)戰(zhàn)略投資者-----深圳創(chuàng)東方投資公司，并進(jìn)入上市輔導(dǎo)期，計劃在深圳創(chuàng)業(yè)板上市。星源材質(zhì)目前的客戶群定位于珠三角地區(qū)，主要為手機(jī)和筆記本電池。

佛山市金輝高科光電材料有限公司

佛塑股份是一家為現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、交通、通訊、建筑等領(lǐng)域提供新型材料的**企業(yè)，主要生產(chǎn)經(jīng)營各種塑料薄膜及復(fù)合包裝材料、人造革、塑料編織復(fù)合制品、建筑工程與光電、裝飾材料以及其它功能性高分子新材料等五大系列產(chǎn)品。公司擁有多項**技術(shù)，是分支機(jī)構(gòu)遍布全國各地的特大型企業(yè)集團(tuán)，是國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模較大、品種較齊全、出口量較大、綜合競爭力******的塑料新材料生產(chǎn)企業(yè)。

佛塑股份利用其在高分子新材料上的技術(shù)力量，擁有了一批進(jìn)口及*的**生產(chǎn)設(shè)備和檢測儀器，并擁有近40人的高技術(shù)高學(xué)歷研發(fā)隊伍。由外國*及國內(nèi)**高校的博士、碩士及本科生組成的“鋰離子電池用隔膜”項目攻關(guān)小組經(jīng)過三年多的開發(fā)工作，2004年建立了一條采用濕法工藝生產(chǎn)PE隔膜的雙向拉伸生產(chǎn)線，于2004年末正式出性能合格的產(chǎn)品，并經(jīng)過長期試驗及穩(wěn)定生產(chǎn)后于2005年末投放市場。2006年佛塑股份與比亞迪共同出資281萬美元成立了生產(chǎn)鋰電池隔膜的佛山市金輝高科光電材料有限公司。目前實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)600萬平方米的生產(chǎn)能力。

新鄉(xiāng)市格瑞恩新能源材料股份有限公司

新鄉(xiāng)市格瑞恩新能源材料股份有限公司是由金龍精密銅管集團(tuán)股份有限公司投資興建的致力于鋰離子電池材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的全資子公司。公司通過與國內(nèi)多家高校開展各種形式的技術(shù)人才合作，匯集了鋰離子電池材料領(lǐng)域研發(fā)、生產(chǎn)、品管良好人才。目前公司有各類專業(yè)技術(shù)人員100余人，主要產(chǎn)品為鋰離子電池隔膜材料、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰材料等。

新鄉(xiāng)市格瑞恩新能源材料股份有限公司于2004年進(jìn)行隔膜中試及生產(chǎn)，采用的是雙向拉伸工藝的干法工藝，2005年底開始有產(chǎn)品在市場上銷售。同期開始籌備新的生產(chǎn)線，于2007年正式投產(chǎn)，2008年底生產(chǎn)能力約為1500萬m2。該公司大部分產(chǎn)品滿足國內(nèi)低、中端市場需求，少部分產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿足**市場的質(zhì)量要求。不僅可以滿足對25、30、40微米傳統(tǒng)隔膜的需求，而且可以較大滿足眾多公司對12、16、20微米**薄隔膜的要求。根據(jù)客戶要求進(jìn)行彈性分切，寬度從10-1000 mm。目前格瑞恩正在加強(qiáng)與國內(nèi)鋰電池生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)系，積極擴(kuò)產(chǎn)。計劃在09年底達(dá)到3000-3500萬m2生產(chǎn)能力。

桂林新時科技公司

2005年開始，中國科學(xué)院化學(xué)研究所與新時科技公司合作重新開展干法雙向拉伸工藝的中試研究。根據(jù)中試工作**的經(jīng)驗，于2007年11月成功建成并投產(chǎn)了一條年產(chǎn)聚丙烯微孔膜600萬m2的生產(chǎn)線。用此工藝生產(chǎn)的聚丙烯微孔膜具有不同于以上工藝制得隔膜的微孔結(jié)構(gòu)。通過國內(nèi)30多家電池廠在鋰離子電池上進(jìn)行評價，產(chǎn)品基本性能已經(jīng)完全滿足鋰離子電池隔膜的質(zhì)量指標(biāo)要求，市場反應(yīng)積極，2008年2月份開始已經(jīng)有產(chǎn)品在市場上銷售。目前公司正通過建立、健全企業(yè)管理制度，完善質(zhì)量管理體系進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量水平。

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