隔膜產(chǎn)業(yè)發(fā)展新熱潮

　　盡管近年來動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，然而產(chǎn)業(yè)中很多關(guān)鍵問題仍然未能得到解決。筆者認(rèn)為，要想迎來動力電池產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展，還需要打通以下環(huán)節(jié)：大幅提高電池性能、提高整車及電池企業(yè)研發(fā)及生產(chǎn)能力、開展城市配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)以及示范運行的充分驗證。其中，電池性能是制約電動汽車發(fā)展的瓶頸，要想突破這個瓶頸，還需要解決2個關(guān)鍵問題：一是能量密度，二是安全性。

　　當(dāng)然，電動汽車的發(fā)展離不開動力電池，但動力電池面對的市場卻不僅僅局限于電動汽車。儲能、國防裝備、探月深潛、礦山井下安全裝備等，都是動力電池的重要市場，這些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ芰棵芏忍嵘囊蟛⒉幌駝恿ζ嚹菢悠惹校F(xiàn)有的動力電池材料體系能夠在一定程度上滿足這些應(yīng)用的需要，針對這些應(yīng)用配套的電池體系研究也十分活躍。

　　隔膜之“薄”承受鋰電安全之“重”

　　一直以來，安全性是動力電池，特別是鋰離子電池的重要性能指標(biāo)之一，未來市場對鋰離子電池安全性要求更高。電池的安全性涉及很多方面的內(nèi)容，其中包括電池的一致性、正負(fù)極材料的高溫性能、電解液、隔膜性能、基片的毛刺、短路、電池管理系統(tǒng)等。近年來，隔膜對電池安全性的影響越來越受到關(guān)注，如何通過高品質(zhì)的隔膜提升電池的性能，提高電池的安全性，成為技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。

　　作為隔離正負(fù)極片的薄膜材料，厚度僅在幾微米到幾十微米之間，如此之“薄”，確是國產(chǎn)動力電池性能突破的關(guān)鍵之一。如果電池質(zhì)量不好，原因不一定出自隔膜，但如果隔膜質(zhì)量不行，一定影響電池的性能。經(jīng)過多年的發(fā)展，國產(chǎn)隔膜的材料體系、拉伸設(shè)備、溫場控制、張力控制、裁切設(shè)備、卷繞設(shè)備、厚度均勻性、孔隙均勻性、缺陷處理等環(huán)節(jié)不斷突破發(fā)展，為我國動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。

　　為了進一步研究并解決隔膜的安全性問題，研究人員不斷開發(fā)新的隔膜材料體系。目前，有希望制成隔膜的高溫穩(wěn)定材料體系包括：陶瓷層涂覆處理的聚乙烯(陶瓷+PE)和聚丙烯(陶瓷+PP)微孔膜、涂層處理的聚酯(PET)膜、聚酰亞胺(PI)膜、聚酰胺(PA)膜，氨綸或芳綸膜、纖維素膜等。實際上，除了合理的材料體系之外，制膜方法及設(shè)備也十分關(guān)鍵，是相關(guān)材料能否得到成功應(yīng)用的另一決定性因素。

　　從隔膜專利情況看隔膜產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

　　在中國專利數(shù)據(jù)庫(CNPAT)采用IPC分類號H01M2/14，H01M 2/16，H01M2/18和H01M10/00檢索，2012年8月8日之前公開的文件，有近800篇涉及電池隔膜的專利申請，通過人工篩選排除了其他電池部件的專利申請，最終得到311篇鋰離子電池隔膜的專利申請。

　　經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池隔膜專利申請在我國的發(fā)展趨勢大致可以分為幾個階段：第1階段(1985-1999年)，該階段相關(guān)專利申請的數(shù)量幾乎為0，年申請量不超過3件;第2階段(2000-2003年)，該階段申請數(shù)量以較低速度平穩(wěn)增加，年申請量達到5～10件;第3階段(2004-2007年)，該階段申請量增加較多，年申請量達到10～20件;第4階段(2008-2012年8月)，該階段申請量飛速增長，其中2008年相關(guān)專利申請猛增到32件，2010年申請量首次超過50件。預(yù)計未來鋰離子電池隔膜領(lǐng)域?qū)＠暾垖⒗^續(xù)保持快速增長。國內(nèi)隔膜專利的申請，中國申請人數(shù)量最多，占74%;國外申請人主要集中在日本(占10%)、韓國(占6%)、美國和德國(各占5%)。國內(nèi)按申請數(shù)量排序前3名依此為比亞迪股份有限公司、盈創(chuàng)德固賽公司和上海乾呈玩具科技有限公司。

　　通過檢索德溫特專利數(shù)據(jù)庫(dwpi)，筆者研究了鋰電隔膜專利技術(shù)在國外的申請情況(2012年8月之前的文件)，共有4600多篇涉及鋰離子電池隔膜的專利申請，通過人工標(biāo)引排除了涉及其他電池材料的專利申請，最終得到近1700篇國外鋰離子電池隔膜的專利申請。從2008年至今，國外隔膜專利申請量飛快增長，預(yù)計未來鋰離子電池隔膜專利的申請量將繼續(xù)呈波動性增長。

　　專利情況的分析表明:鋰離子電池隔膜技術(shù)經(jīng)過近40年的發(fā)展，拉伸技術(shù)、設(shè)備制造、隔膜涂層技術(shù)及產(chǎn)品在國際上早已成熟，新型隔膜的研發(fā)進程也在加快。其中，高溫材料體系及相應(yīng)的隔膜加工方法，新型隔膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)是未來重點突破的方向。如何適時抓住機遇，參與新型隔膜研發(fā)與國際專利布局十分關(guān)鍵。我國需要把握發(fā)展的機遇，加強自主創(chuàng)新，通過不懈的努力在隔膜產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域做出特色。

　　如何把握隔膜產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇

　　與江浙及廣東等沿海地區(qū)相比，北京并不具有發(fā)展新能源汽車及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的明顯優(yōu)勢。但是，作為首都，北京擁有眾多國家級的研究機構(gòu)和國內(nèi)最有名的高等院校，研發(fā)實力非常強大。幾乎每一種鋰離子電池及其相關(guān)材料，電池管理系統(tǒng)，新能源汽車研發(fā)、設(shè)計，電池及材料的測試都能在北京找到國內(nèi)頂尖的研發(fā)單位。

　　國內(nèi)最早的鋰離子電池隔膜研發(fā)就源自中國科學(xué)院化學(xué)研究所，隨后清華大學(xué)、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所等單位相繼開展了各具特色的研究工作。不過，第一代聚烯烴拉伸隔膜的產(chǎn)業(yè)化工作并沒有落地北京，而是轉(zhuǎn)移到國內(nèi)其它省市開花結(jié)果。目前，新一代以納米纖維隔膜為代表的新型隔膜，著眼于高端技術(shù)，從研發(fā)之初就受到來自各方的關(guān)注與支持，在北京市政府及北京市科學(xué)技術(shù)委員會領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持下，最終落地北京并不斷發(fā)展壯大。

　　2011年，由首鋼集團與中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所共同啟動并完成了“新型納米纖維動力鋰離子電池隔膜研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目”試驗線的建設(shè)，2012年開展了相關(guān)制膜及工藝試驗。目前，試制的幾個品種與規(guī)格的產(chǎn)品結(jié)果都好于預(yù)期。在原有工作的基礎(chǔ)上，該新型鋰離子電池隔膜項目的示范工廠即將開建。據(jù)悉，示范工廠預(yù)計在一年內(nèi)建成，單條生產(chǎn)線的產(chǎn)能設(shè)計將綜合考慮投資與效益的因素，比試驗線擴大10倍。示范工廠建成后，將通過示范生產(chǎn)來積累產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和管理的經(jīng)驗，定型產(chǎn)業(yè)化工藝和設(shè)備，解決產(chǎn)品一致性等關(guān)鍵問題，找到盈虧平衡點，根據(jù)需求制定合理的產(chǎn)品大綱。后續(xù)產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)將直接復(fù)制成功的生產(chǎn)線模式。根據(jù)目前的規(guī)劃，在2014-2015年間，該項目將進行產(chǎn)業(yè)化基地的一期建設(shè)，形成年產(chǎn)新型隔膜3000萬平方米的能力;2016年底，計劃進行產(chǎn)業(yè)化基地二期的建設(shè)，形成年產(chǎn)新型隔膜6000萬平方米的能力。盡管北京市的新型鋰離子電隔膜項目起步相對較晚，但是有一個很好的切入點：即新的工藝方法、新的材料和結(jié)構(gòu)體系，面向下一代的隔膜產(chǎn)品，技術(shù)具有領(lǐng)先性且著眼于高端產(chǎn)業(yè)布局。高溫穩(wěn)定的高性能隔膜材料，是北京市新型隔膜項目的基本定位，下游目標(biāo)產(chǎn)品是儲能電池、車用動力電池和特殊用途的動力電池。其材料體系以高溫纖維與納米陶瓷復(fù)合材料為主，采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，面向高品質(zhì)的動力電池和未來高溫鋰離子電池體系的需求。

　　在下游應(yīng)用市場的帶動下，動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展即將進入一個嶄新的時期。為了進一步完善現(xiàn)有的動力電池體系，推動下一代動力電池體系開發(fā)，配套的新型隔膜產(chǎn)品也不斷向前發(fā)展。

圖片來源：找項目網(wǎng)