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(shí)，隔膜的成本約占整個(gè)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(kāi)來(lái)，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(guò)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(wú)機(jī)材料等。根據(jù)原材料特點(diǎn)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(chǎng)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(diǎn)的烴類液體或低分子量的物質(zhì)與聚烯烴樹(shù)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啄げ牧希m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(guò)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(kāi)，形成微孔。該工藝經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展在美國(guó)、日本已經(jīng)非常成熟。

干法雙向拉伸工藝是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所在20世紀(jì)90年代初開(kāi)發(fā)出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝(CN1062357)。通過(guò)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(guò)程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變形成微孔，用于生產(chǎn)單層PP膜。國(guó)內(nèi)格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新時(shí)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(shí)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(duì)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(duì)提高鋰離子蓄電池特別是動(dòng)力鋰離子蓄電池的性能很有幫助。最近，中國(guó)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(kāi)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(kāi)發(fā)具有高性能陶瓷層的鋰離子充電蓄電池用隔膜，通過(guò)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(guò)引起的內(nèi)部短路。

2009年，韓國(guó)原子能研究院(KAERI)發(fā)布消息稱，其研究人員已經(jīng)開(kāi)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(kāi)發(fā)出的新型隔膜由聚乙烯、納米化礬土和氟化樹(shù)脂混合而成，并經(jīng)過(guò)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(guó)內(nèi)外隔膜材料產(chǎn)業(yè)情況

目前國(guó)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，埃克森美孚控股)、三菱化學(xué)與三菱樹(shù)脂、三井化學(xué)等，美國(guó)Celgard、Entek，韓國(guó)SK能源、W-Scope、WIDE、Finepol等公司，此外，德國(guó)贏創(chuàng)德固賽集團(tuán)、英國(guó)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(chǎng)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(chǎng)份額；東燃化學(xué)和美國(guó)Celgard公司僅次于旭化成，市場(chǎng)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(kāi)發(fā)出面向高輸出功率用途的混合動(dòng)力車及電動(dòng)汽車等電動(dòng)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(guò)在隔膜中混合無(wú)機(jī)物，確保了電動(dòng)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(shí)，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(guó)?？松梨诨ぜ瘓F(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(jì)年產(chǎn)能為6800萬(wàn)m2。2006年10月東燃化學(xué)推出了首款專為混合動(dòng)力車用鋰離子蓄電池設(shè)計(jì)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(shí)，保持良好的滲透性和拉伸強(qiáng)度，可顯著提高混合動(dòng)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(dòng)力汽車以及電動(dòng)汽車用的動(dòng)力鋰離子蓄電池隔膜，其最大特點(diǎn)是耐熱性高，在190℃時(shí)也不會(huì)發(fā)生熔化。2007年年底，?？松梨诨ぴ诿绹?guó)推出了2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(duì)混合動(dòng)力車和純電動(dòng)車開(kāi)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(zhǎng)的需求，東燃化學(xué)在韓國(guó)龜尾(Gumi)建設(shè)了第2個(gè)隔膜廠，此外，東燃化學(xué)還計(jì)劃建設(shè)一個(gè)蓄電池測(cè)試中心，對(duì)先進(jìn)蓄電池系統(tǒng)應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車和其它用途進(jìn)行評(píng)估。2009年11月，埃克森美孚日本集團(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(guó)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(guó)都有生產(chǎn)基地，中國(guó)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(guó)北卡羅來(lái)納州夏洛特工廠的產(chǎn)能，并將在美國(guó)北卡羅來(lái)納州Concord新建一個(gè)生產(chǎn)廠，以滿足電動(dòng)汽車市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的需求。2010年3月，Celgard公司宣布，計(jì)劃投資約3000萬(wàn)美元，擴(kuò)大其位于韓國(guó)梧倉(cāng)(Ochang)的鋰離子蓄電池隔膜的產(chǎn)能，擴(kuò)建項(xiàng)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(zhǎng)。對(duì)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(duì)Celgard公司實(shí)行的產(chǎn)能擴(kuò)充計(jì)劃，美國(guó)政府給予了大力支持。

4.德國(guó)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(kāi)發(fā)了SEPARION 電池隔膜產(chǎn)品，即以PET無(wú)紡布為支撐體，在其表面復(fù)合了一層無(wú)機(jī)陶瓷氧化物涂層，制備出了有機(jī)底膜/無(wú)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(rùn)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(dòng)及混合動(dòng)力車預(yù)計(jì)將于2012年正式向市場(chǎng)推出，陶瓷隔膜SEPARION 將是該創(chuàng)新成果的核心。

5.國(guó)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(duì)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(zhǎng)動(dòng)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(guó)內(nèi)深圳星源材質(zhì)、佛山金輝高科等廠商也在開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)小型鋰離子蓄電池用隔膜。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(cè)項(xiàng)目齊全的鋰離子蓄電池隔膜國(guó)家級(jí)檢測(cè)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(chǎng)。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(shí)了金輝高科的增資方案，合資擴(kuò)建鋰離子蓄電池隔膜項(xiàng)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(xiàng)目建成后鋰離子蓄電池隔膜材料年產(chǎn)能將達(dá)到4500萬(wàn)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。可以生產(chǎn)12、16、20μm超薄隔膜。

4.桂林新時(shí)科技公司：2005年開(kāi)始，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所與新時(shí)科技公司合作重新開(kāi)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(yàn)，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(wàn)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(guó)內(nèi)其他：三門(mén)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(dòng)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(dòng)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(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池隔膜材料?？偼顿Y額約為8000萬(wàn)人民幣，奇瑞與明基各持股50%。雙方計(jì)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(shí)驗(yàn)線，然后再逐步加大投資力度，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，最早的量產(chǎn)時(shí)間可能到2012年。

隔膜掣肘我國(guó)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(dòng)力汽車(HEV)用的高功率蓄電池和純電動(dòng)汽車(EV)用的高能量型蓄電池，高功率蓄電池對(duì)隔膜的離子透過(guò)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(gè)蓄電池模塊通常需要幾十個(gè)單體電池進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，同時(shí)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(dòng)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(xiǎn)，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(duì)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(duì)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(xiàng)目周期也較長(zhǎng)，投資風(fēng)險(xiǎn)較大。在國(guó)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(guó)，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(guó)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(duì)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(guó)產(chǎn)隔膜。

工信部副部長(zhǎng)苗圩在最近舉辦的北大光華新年論壇的公開(kāi)發(fā)言中談到，動(dòng)力蓄電池最大的問(wèn)題是占30%左右成本的隔膜，這種隔膜我國(guó)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(duì)中國(guó)限制出口的清單，所以現(xiàn)在中國(guó)想買相關(guān)設(shè)備、技術(shù)、工藝時(shí)，還沒(méi)有人賣。如果到2015年我國(guó)將形成100萬(wàn)輛電動(dòng)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(guó)新能源汽車發(fā)展的問(wèn)題之一。