在鋰離子蓄電池主要原材料中，除正極材料、負(fù)極材料以及電解質(zhì)溶液外，隔膜是非常關(guān)鍵的內(nèi)層組件，也是鋰離子蓄電材料中技術(shù)含量最高的高附加值材料。隔膜的性能優(yōu)劣，直接影響蓄電池的容量、循環(huán)壽命及安全性能等特性。同時，隔膜的成本約占整個鋰離子蓄電池成本的20%-30%。

隔膜的類型及工藝制備

隔膜的主要作用是將蓄電池的正、負(fù)極分隔開來，防止正負(fù)極接觸而短路，此外膈膜還具有能使電解質(zhì)離子通過的功能。

鋰離子蓄電池隔膜材料主要有聚烯烴類、高分子材料、無機(jī)材料等。根據(jù)原材料特點及加工方法不同，可將鋰離子蓄電池隔膜分成聚烯烴隔膜、聚合物隔膜、陶瓷隔膜、纖維隔膜等。目前市場化的聚烯烴隔膜主要以聚乙烯、聚丙烯為主，包括單層聚乙烯(PE)、單層聚丙烯(PP)以及三層PP/PE/PP的復(fù)合膜。

聚烯烴隔膜的生產(chǎn)工藝分干法和濕法兩大類。濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將高沸點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，然后將發(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?？芍苽涑鱿嗷ヘ炌ǖ奈⒖啄げ牧?，適用的材料廣。

干法可細(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，然后在高溫下使缺陷拉開，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。

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、桂林新時代科技有限公司均與中科院合作采用干法雙向拉伸工藝。

靜電紡織技術(shù)是一種有效、實用的納米纖維的制備工藝。研究發(fā)現(xiàn)，由于孔隙率高、比表面積大，納米纖維膜對鋰離子蓄電池電解液的吸收能力特別強(qiáng)，有利于提高隔膜的鋰離子導(dǎo)電率、降低蓄電池的內(nèi)阻、適合大電流放電，對提高鋰離子蓄電池特別是動力鋰離子蓄電池的性能很有幫助。最近，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所在多針噴頭靜電紡織技術(shù)在納米纖維鋰離子蓄電池隔膜制備中取得了突破性進(jìn)展。

為了應(yīng)用于大型蓄電池，隔膜安全性研究正在開展之中。鑒于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等微多孔性膜的耐熱性差。日本索尼能源設(shè)備公司正在開發(fā)具有高性能陶瓷層的鋰離子充電蓄電池用隔膜，通過在此前的隔膜——聚烯烴(Polyolefin)的微多孔膜兩面形成厚度2~5μm的金屬氧化物陶瓷層，可防止大電流通過引起的內(nèi)部短路。

2009年，韓國原子能研究院(KAERI)發(fā)布消息稱，其研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種用于鋰離子蓄電池隔膜的新材料，能夠抵御較高的溫度和大力量的撞擊。KAERI開發(fā)出的新型隔膜由聚乙烯、納米化礬土和氟化樹脂混合而成，并經(jīng)過了輻照處理，可以有效彌補(bǔ)現(xiàn)有鋰離子蓄電池的缺陷。據(jù)稱，使用該混合物隔膜可以在150℃的高溫以及相當(dāng)大力度的外部撞擊下保持其絕緣性。

國內(nèi)外隔膜材料產(chǎn)業(yè)情況

目前國外的主要隔膜材料生產(chǎn)企業(yè)有：日本旭化成(Asahi)、宇部興產(chǎn)(UBE)、東燃化學(xué)(Tonen，?？松梨诳毓?、三菱化學(xué)與三菱樹脂、三井化學(xué)等，美國Celgard、Entek，韓國SK能源、W-Scope、WIDE、Finepol等公司，此外，德國贏創(chuàng)德固賽集團(tuán)、英國N-Tech公司、荷蘭DSM集團(tuán)等公司也在生產(chǎn)鋰離子蓄電池隔膜材料。在2009年全球鋰離子蓄電池材料市場中，日本旭化成是最大的供應(yīng)商，占據(jù)了全球約1/3的市場份額；東燃化學(xué)和美國Celgard公司僅次于旭化成，市場占有率都在20%以上。其中部分鋰離子蓄電池隔膜生產(chǎn)企業(yè)的情況如下：

1.日本旭化成：旭化成的鋰離子蓄電池隔膜生產(chǎn)采用濕法制備工藝，主要生產(chǎn)單層隔膜。目前，旭化成已經(jīng)能夠生產(chǎn)部分高性能的聚丙烯、聚乙烯材料。在此基礎(chǔ)上，旭化成研究開發(fā)出面向高輸出功率用途的混合動力車及電動汽車等電動車輛用鋰離子充電蓄電池的隔膜技術(shù)IBS(Inorganic-blendeds eparator)。該技術(shù)通過在隔膜中混合無機(jī)物，確保了電動車輛用鋰離子充電蓄電池的性能。而且還可直接利用便攜設(shè)備鋰離子充電電池的隔膜量產(chǎn)線。因此，制造成本可保持在與現(xiàn)有產(chǎn)品相當(dāng)?shù)乃缴?。此外，這種新型隔膜在將空孔率提高到50%~70%的同時，還將電阻降低到了以往產(chǎn)品的一半。

2.東燃化學(xué)：東燃化學(xué)是美國埃克森美孚化工集團(tuán)旗下?？松梨谌毡炯瘓F(tuán)的控股子公司。東燃化學(xué)的隔膜制備采用的是濕法工藝，生產(chǎn)的是PE單層隔膜，目前設(shè)計年產(chǎn)能為6800萬m2。2006年10月東燃化學(xué)推出了首款專為混合動力車用鋰離子蓄電池設(shè)計的先進(jìn)微孔隔膜。這種高性能隔膜熔融完整性更高，具備快速閉孔性能和高機(jī)械強(qiáng)度，可在顯著減少熱收縮的同時，保持良好的滲透性和拉伸強(qiáng)度，可顯著提高混合動力車所用鋰離子蓄電池的容量和安全性。2007年5月東燃化學(xué)再一次推出了面向混合動力汽車以及電動汽車用的動力鋰離子蓄電池隔膜，其最大特點是耐熱性高，在190℃時也不會發(fā)生熔化。2007年年底，?？松梨诨ぴ诿绹瞥隽?款25μm隔膜產(chǎn)品。2008年5月推出了2款20μm新產(chǎn)品。到目前為止，東燃化學(xué)共有4款隔膜是針對混合動力車和純電動車開發(fā)的，這4款產(chǎn)品已在東燃化學(xué)位于日本那須的工廠進(jìn)行生產(chǎn)并在全球范圍內(nèi)供應(yīng)。

為滿足隔膜現(xiàn)有及新型應(yīng)用領(lǐng)域日益增長的需求，東燃化學(xué)在韓國龜尾(Gumi)建設(shè)了第2個隔膜廠，此外，東燃化學(xué)還計劃建設(shè)一個蓄電池測試中心，對先進(jìn)蓄電池系統(tǒng)應(yīng)用于混合動力汽車和其它用途進(jìn)行評估。2009年11月，?？松梨谌毡炯瘓F(tuán)旗下的東燃通用石油確定與東麗(TORAY)合作，成立新的合資公司，強(qiáng)化蓄電池隔膜業(yè)務(wù)。

3.美國Celgard公司：成立于1981年，是專業(yè)生產(chǎn)微孔隔膜的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。Celgard持有干法單向拉伸制造工藝的專利，是干法聚烯烴隔膜的領(lǐng)跑者，主要客戶有松下、比亞迪等。Celgard在美、韓和中國都有生產(chǎn)基地，中國的生產(chǎn)基地位于上海，在戴瑞米克(上海)電池隔膜有限公司內(nèi)。2010年1月，Celgard公司宣布，要擴(kuò)大其位于美國北卡羅來納州夏洛特工廠的產(chǎn)能，并將在美國北卡羅來納州Concord新建一個生產(chǎn)廠，以滿足電動汽車市場不斷增長的需求。2010年3月，Celgard公司宣布，計劃投資約3000萬美元，擴(kuò)大其位于韓國梧倉(Ochang)的鋰離子蓄電池隔膜的產(chǎn)能，擴(kuò)建項目有望在2011年投產(chǎn)，并將滿足消費(fèi)電子應(yīng)用方面的客戶增長。對此，Celgard表示用于鋰離子蓄電池的三層膜的生產(chǎn)能力將增加3倍。對Celgard公司實行的產(chǎn)能擴(kuò)充計劃，美國政府給予了大力支持。

4.德國贏創(chuàng)德固賽股份有限公司：即贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)化工業(yè)務(wù)。開發(fā)了SEPARION 電池隔膜產(chǎn)品，即以PET無紡布為支撐體，在其表面復(fù)合了一層無機(jī)陶瓷氧化物涂層，制備出了有機(jī)底膜/無機(jī)涂層復(fù)合的陶瓷多孔鋰離子蓄電池隔膜，該隔膜具有良好的熱穩(wěn)定性和良好的電解液濕潤性，與聚烯烴的隔膜相比，安全性能有很大改進(jìn)，但是隔膜的穿刺強(qiáng)度還有待于提高。贏創(chuàng)目前正與戴姆勒集團(tuán)合作，將家用及商用車輛所需的高性能蓄電池進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。采用贏創(chuàng)領(lǐng)先科技生產(chǎn)的電動及混合動力車預(yù)計將于2012年正式向市場推出，陶瓷隔膜SEPARION 將是該創(chuàng)新成果的核心。

5.國外其它：2010年杜邦公司發(fā)布了其首款基于納米纖維聚合物的Energain鋰離子蓄電池隔膜材料。據(jù)介紹，該隔膜對提升蓄電池性能非常有幫助，綜合性能提升值可達(dá)15%~30%。此外，隔膜還能顯著延長動力蓄電池的壽命，并改善蓄電池在高溫工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性。

目前國內(nèi)新鄉(xiāng)中科科技（格瑞恩）、深圳星源材質(zhì)、佛山金輝高科等廠商也在開發(fā)和生產(chǎn)小型鋰離子蓄電池用隔膜和動力電池隔膜。如：

1.深圳市星源材質(zhì)科技股份有限公司：成立于2003年。核心業(yè)務(wù)是鋰離子蓄電池微孔隔膜的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。目前星源材質(zhì)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)格的鋰離子蓄電池隔膜。公司現(xiàn)正在籌建檢測項目齊全的鋰離子蓄電池隔膜國家級檢測中心。

2.佛山金輝高科光電材料有限公司：佛塑股份于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2005年末投放市場。2006年2月，佛塑股份與比亞迪共同出資組建金輝高科，專業(yè)從事鋰離子蓄電池隔膜材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。2009年10月，佛塑股份與比亞迪落實了金輝高科的增資方案，合資擴(kuò)建鋰離子蓄電池隔膜項目，涉及的總投資額約1.05億元人民幣。金輝高科的產(chǎn)能擴(kuò)充項目建成后鋰離子蓄電池隔膜材料年產(chǎn)能將達(dá)到4500萬m2(約542t)。

3.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蓄電池材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的全資子公司。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?？梢陨a(chǎn)12、16、20μm超薄隔膜。

4.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)中試工作取得的經(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)。

5.國內(nèi)其他：三門峽興邦特種膜科技發(fā)展有限公司也在從事納米纖維膜和納米纖維離子交換膜研發(fā)和生產(chǎn)。其納米纖維膜系列產(chǎn)品可廣泛用于動力鋰離子蓄電池隔膜、燃料電池、海水淡化、工業(yè)制藥、污水處理、貴金屬回收等領(lǐng)域。2009年12月，興邦公司與河南海奧通新能源科技有限公司締結(jié)為動力鋰離子蓄電池隔膜材料應(yīng)用戰(zhàn)略合作伙伴。

2010年8月，明基材料與奇瑞集團(tuán)聯(lián)合發(fā)布聲明，雙方將成立合資公司，合作開發(fā)電動汽車用鋰離子蓄電池隔膜材料。總投資額約為8000萬人民幣，奇瑞與明基各持股50%。雙方計劃在安徽蕪湖設(shè)立工廠，從基礎(chǔ)研發(fā)逐步入手，先建立實驗線，然后再逐步加大投資力度，推動相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，最早的量產(chǎn)時間可能到2012年。

隔膜掣肘我國新能源汽車的發(fā)展

根據(jù)用途不同，車用鋰離子蓄電池分為混合動力汽車(HEV)用的高功率蓄電池和純電動汽車(EV)用的高能量型蓄電池，高功率蓄電池對隔膜的離子透過性要求更高，而高能量型蓄電池更側(cè)重于隔膜的安全性能。

據(jù)了解，車用鋰離子蓄電池一個蓄電池模塊通常需要幾十個單體電池進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，同時單體電池容量和體積都很大，容量為幾十到上百Ah，以日產(chǎn)LEAF純電動汽車為例，鋰離子蓄電池的能量為24kWh，是標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)電池的12000倍；加上鋰離子蓄電池具有潛在的爆炸危險，這就要求隔膜具有更高的強(qiáng)度、保液能力及熔化溫度?，F(xiàn)在車用鋰離子蓄電池隔膜主要采用厚度為32μm、40μm甚至更厚的單層PP隔膜。

由于車用鋰離子蓄電池對隔膜的一致性要求極高。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。另外，隔膜材料生產(chǎn)技術(shù)難度高，產(chǎn)業(yè)化需要的投資額大，項目周期也較長，投資風(fēng)險較大。在國際上，車用鋰離子蓄電池隔膜的發(fā)展也比較緩慢。而在中國，隔膜生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量很少，主要集中在中、低端小型鋰離子蓄電池領(lǐng)域。且就國內(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，不適用于對一致性和均一性要求極高的車用鋰離子蓄電池隔膜，正規(guī)新能源汽車生產(chǎn)廠家基本不使用國產(chǎn)隔膜。

工信部副部長苗圩在最近舉辦的北大光華新年論壇的公開發(fā)言中談到，動力電池最大的問題是占30%左右成本的隔膜，這種隔膜我國一家企業(yè)都做不了，而且生產(chǎn)這種隔膜的技術(shù)和裝備，都列入了西方對中國限制出口的清單，所以現(xiàn)在中國想買相關(guān)設(shè)備、技術(shù)、工藝時，還沒有人賣。如果到2015年我國將形成100萬輛電動汽車的規(guī)模，則鋰離子蓄電池隔膜需求為15億m2。綜上所述，隔膜的短板將成為掣肘我國新能源汽車發(fā)展的問題之一。