超高分子量聚乙烯(UHMWPE)鋰電池隔膜是目前最具競(jìng)爭(zhēng)力的隔膜材料之一。近年來(lái)，隨著新能源汽車(chē)電池續(xù)航能力要求的不斷提升，UHMWPE鋰電池隔膜需求量也迅速增加，迎來(lái)擴(kuò)產(chǎn)潮。同時(shí)其較高的毛利潤(rùn)也使隔膜廠商對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)熱情有增無(wú)減，都在嘗試突破國(guó)外技術(shù)壁壘，掌握自主制備工藝。
性能優(yōu)越 需求增加
鋰離子電池隔膜是鋰電池中關(guān)鍵的內(nèi)層組件，能夠影響鋰電池的容量、循環(huán)性能和充放電電流密度等關(guān)鍵性能，處于新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的上游部分。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)隔膜的主要功能，隔膜在安全性和通過(guò)性上對(duì)性能要求較高。UHMWPE鋰離子電池隔膜正好具有在高溫下能保持尺寸穩(wěn)定性，抗外力穿刺能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
揚(yáng)子石化研究院塑料加工中心左勝武博士介紹，目前國(guó)內(nèi)隔膜的生產(chǎn)工藝主要有干法和濕法兩大類(lèi)，干法為聚丙烯材料，濕法為聚乙烯材料，UHMWPE電池隔離膜材料屬于濕法工藝。
隨著新能源汽車(chē)電池續(xù)航能力要求的提升，對(duì)于三元電池需求增加，而三元電池幾乎都采用濕法隔膜，即UHMWPE電池隔離膜。這種隔膜厚度更薄、均一性更好、孔徑大小更易控制，更受市場(chǎng)青睞。“預(yù)計(jì)今后幾年，這種濕法隔膜將迎來(lái)擴(kuò)產(chǎn)潮，市場(chǎng)需求大幅增加。”左勝武說(shuō)。
技術(shù)突破 面臨難題
在新能源汽車(chē)的發(fā)展浪潮下，資本大量涌入，國(guó)內(nèi)許多隔膜公司獲得資本助力，開(kāi)始持續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、新建產(chǎn)能，目前國(guó)內(nèi)已有近50家鋰電池隔膜生產(chǎn)企業(yè)，還有許多企業(yè)有新建或擴(kuò)建裝置的打算。但由于國(guó)內(nèi)鋰電隔膜產(chǎn)業(yè)興起相對(duì)較晚，多數(shù)企業(yè)對(duì)隔膜的生產(chǎn)工藝掌握不夠全面，致使許多隔膜生產(chǎn)裝置沒(méi)能如期正常投產(chǎn)，而且真正上規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)也比較少，其主要原因在于國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有完全掌握其生產(chǎn)技術(shù)。
目前國(guó)內(nèi)隔膜廠商都在嘗試突破國(guó)外技術(shù)壁壘，開(kāi)發(fā)UHMWPE鋰電池隔膜生產(chǎn)技術(shù)，但難度較大，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
一是傳統(tǒng)隔膜制造工藝的知識(shí)產(chǎn)權(quán)基本被美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)和日本等少數(shù)國(guó)家壟斷，我國(guó)研發(fā)和生產(chǎn)起步較晚，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)匱乏；二是國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)隔膜用到的上游原材料的研究不夠深入，至今仍沒(méi)有實(shí)現(xiàn)隔膜用原料的完全國(guó)產(chǎn)化，配方研究欠缺系統(tǒng)性，生產(chǎn)出的隔膜一致性、均勻性等比較差，合格率偏低，量產(chǎn)化難以實(shí)現(xiàn)；三是隔膜的制造工藝對(duì)設(shè)備要求苛刻，設(shè)備運(yùn)行和控制精度比較差，直接影響到產(chǎn)品的性能， 國(guó)產(chǎn)設(shè)備一般難以滿足需求，但進(jìn)口設(shè)備價(jià)格相對(duì)較高，因此隔膜的產(chǎn)業(yè)化受到一定的設(shè)備限制。
原料國(guó)產(chǎn)化 曙光初現(xiàn)
左勝武介紹，我國(guó)鋰電池隔膜行業(yè)正處于高速發(fā)展的階段，據(jù)估計(jì)，國(guó)內(nèi)僅鋰離子電池隔膜用UHMWPE的進(jìn)口量就達(dá)到1萬(wàn)噸/年，并且呈現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)的趨勢(shì)。但受技術(shù)水平限制，目前國(guó)內(nèi)隔膜企業(yè)所用UHMWPE原料還只能依靠進(jìn)口。
揚(yáng)子石化早在2010年前就跟蹤前沿技術(shù)，與國(guó)際石化巨頭同步開(kāi)展了新型鋰電池隔膜專(zhuān)用聚烯烴原料的開(kāi)發(fā)工作。2013年，揚(yáng)子石化研究院完成了聚乙烯隔膜專(zhuān)用料的小試和中試研發(fā)，開(kāi)始了鋰離子電池隔膜用UHMWPE專(zhuān)用料的工業(yè)化研發(fā)。
經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，揚(yáng)子石化解決了專(zhuān)用催化劑的性能優(yōu)化、顆粒及形態(tài)控制、產(chǎn)品指標(biāo)一致性等難題，2017年5月，揚(yáng)子石化首次實(shí)現(xiàn)了UHMWPE隔膜專(zhuān)用料YEV-4500的工業(yè)化試生產(chǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，成為國(guó)內(nèi)首家成功開(kāi)發(fā)鋰電池隔膜料的生產(chǎn)企業(yè)，打破了該產(chǎn)品完全依靠進(jìn)口的局面，首次試生產(chǎn)專(zhuān)用料100噸。
2018年4月，揚(yáng)子石化又實(shí)現(xiàn)了UHMWPE隔膜專(zhuān)用料YEV-5201T的工業(yè)化試生產(chǎn)，試生產(chǎn)150噸。目前，揚(yáng)子石化研究院已與國(guó)內(nèi)某隔膜廠家洽談并達(dá)成了合作開(kāi)發(fā)意向，相關(guān)科研評(píng)價(jià)工作正在順利展開(kāi)。
記者也了解到，鋰離子電池隔膜專(zhuān)用樹(shù)脂研究已列入中石化重大項(xiàng)目之一——動(dòng)力電池材料技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃。
隔膜研發(fā) 任重道遠(yuǎn)
左勝武博士坦言，盡管UHMWPE隔膜專(zhuān)用料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，但鋰電池隔膜的研發(fā)依然任重道遠(yuǎn)。
隔膜原料的導(dǎo)入周期比較長(zhǎng)，合格的隔膜需要經(jīng)過(guò)鋰電池廠家的試用，一次評(píng)價(jià)要3~6個(gè)月時(shí)間，至少要通過(guò)3次評(píng)價(jià)，才能得到正式認(rèn)可。同時(shí)，隔膜要求的不斷提高對(duì)原料的雜質(zhì)含量、批次質(zhì)量一致性乃至顆粒形態(tài)的要求極高，原料研發(fā)的周期長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)的難度大，門(mén)檻高。
因此，進(jìn)一步提高UHMWPE隔膜的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，仍需隔膜原料開(kāi)發(fā)、隔膜生產(chǎn)和電池生產(chǎn)等上下游通力合作，這也是我國(guó)電池業(yè)目前急需解決的問(wèn)題。
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