锂电池隔膜作为锂电池四大主材之一,约占锂电池整体材料成本的4%左右,其在电池中发挥重要作用,直接影响到电池的安全性、能量密度、循环寿命等关键指标。随着新能源汽车、储能系统等市场的迅速发展,锂电池隔膜的技术要求也在不断提高。
从生产工艺层面来看,锂电池隔膜制造主要分为湿法和干法两大流派,这两大工艺各具优势和挑战,在不同应用领域发挥着不同的作用。本文将对这两种主流工艺,分析其优缺点,并探讨未来的发展趋势。
何为隔膜?隔膜的主要功能是将电池的正负极隔离开来,防止内部短路,同时允许锂离子在充放电过程中自由迁移。为了确保电池的安全性、效率和长寿命,隔膜必须满足以下几项核心技术要求:
孔隙率与孔径分布:隔膜的孔隙率与孔径大小直接影响离子导电性和电池的能量密度。机械强度与弹性:隔膜应具有足够的拉伸强度和柔韧性,以应对电池内部的热膨胀和机械应力。电解液渗透性:隔膜必须能有效控制电解液的渗透,防止过多液体侵入,影响电池的稳定性和循环寿命。热稳定性:在高温环境下,隔膜材料应具有良好的热稳定性,防止因热膨胀导致隔膜破裂或短路。安全性:隔膜应能有效阻止锂枝晶的穿透,避免电池发生热失控现象。干法VS湿法隔膜隔膜生产工艺包括原材料配方和快速配方调整、微孔制备技术、成套设备自主设计等工艺。其中,微孔制备技术是锂离子电池隔膜制备工艺的核心,按照其工艺类型可以分为干法和湿法两类。
所谓的干法隔膜,生产流程包括原料混合、熔融挤出、拉伸成型和热定型等步骤。首先将聚合物原料和添加剂混合,形成均匀的熔体,在拉伸应力下挤出,形成片晶结构。通过后续拉伸形成狭缝状微孔,经过定型后制得具有微孔结构的隔膜。其在生产过程中,不使用溶剂或液体,因此操作相对简便、环保。
所谓的湿法隔膜,是指在生产过程中,聚合物与致孔剂(如小分子高沸点溶剂)混合后加热、熔融,经过降温后形成相分离,再通过拉伸、溶剂萃取等步骤,最终形成具有均匀孔径分布和较高孔隙率的微孔膜。湿法工艺下,涂层的厚度、孔隙率和孔径的均匀性可通过工艺参数精确控制,因而具有更高的定制化能力。
国内隔膜市场现状及发展近年来,受新能源汽车和储能行业的带动,国内锂电池隔膜的出货量持续增长。据EVTank统计,2023年全球锂电池隔膜出货量已经突破210亿平方米,其中中国隔膜企业出货量占据了全球出货量的83%以上,牢牢占据全球锂电池隔膜市场中的主导地位。
深入分析不同类型隔膜出货量,不难发现湿法隔膜以其优势占据了较大的市场份额。具体来看,2023年,中国锂电池隔膜出货量达到176.9亿平米,其中湿法隔膜占比高达73%。
与此同时,随着固态电池等新型电池技术的涌现和快速发展,无疑也对隔膜材料提出了更为严苛的要求。相较传统液态电池,固态电池在界面稳定性、热稳定性和机械强度方面对隔膜材料的要求会更高。
在此背景下,湿法隔膜凭借其能够提供更高的孔隙率、更均匀的孔径分布以及更强的力学性能等独特优势,极有可能成为固态电池商业化进程中不可或缺的关键技术之一。