超高分子量聚乙烯(UHMWPE)鋰電池隔膜是目前最具競爭力的隔膜材料之一。近年來，隨著新能源汽車電池續(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，迎來擴產(chǎn)潮。同時其較高的毛利潤也使隔膜廠商對生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)熱情有增無減，都在嘗試突破國外技術(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，處于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的上游部分。一般來說，根據(jù)隔膜的主要功能，隔膜在安全性和通過性上對性能要求較高。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，抗外力穿刺能力強等優(yōu)點。
揚子石化研究院塑料加工中心左勝武博士介紹，目前國內(nèi)隔膜的生產(chǎn)工藝主要有干法和濕法兩大類，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。
隨著新能源汽車電池續(xù)航能力要求的提升，對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，更受市場青睞。“預(yù)計今后幾年，這種濕法隔膜將迎來擴產(chǎn)潮，市場需求大幅增加。”左勝武說。
技術(shù)突破 面臨難題
在新能源汽車的發(fā)展浪潮下，資本大量涌入，國內(nèi)許多隔膜公司獲得資本助力，開始持續(xù)擴大生產(chǎn)規(guī)模、新建產(chǎn)能，目前國內(nèi)已有近50家鋰電池隔膜生產(chǎn)企業(yè)，還有許多企業(yè)有新建或擴建裝置的打算。但由于國內(nèi)鋰電隔膜產(chǎn)業(yè)興起相對較晚，多數(shù)企業(yè)對隔膜的生產(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，其主要原因在于國內(nèi)尚沒有完全掌握其生產(chǎn)技術(shù)。
目前國內(nèi)隔膜廠商都在嘗試突破國外技術(shù)壁壘，開發(fā)UHMWPE鋰電池隔膜生產(chǎn)技術(shù)，但難度較大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
一是傳統(tǒng)隔膜制造工藝的知識產(chǎn)權(quán)基本被美國、韓國、德國和日本等少數(shù)國家壟斷，我國研發(fā)和生產(chǎn)起步較晚，自主知識產(chǎn)權(quán)匱乏；二是國內(nèi)企業(yè)對生產(chǎn)隔膜用到的上游原材料的研究不夠深入，至今仍沒有實現(xiàn)隔膜用原料的完全國產(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)化難以實現(xiàn)；三是隔膜的制造工藝對設(shè)備要求苛刻，設(shè)備運行和控制精度比較差，直接影響到產(chǎn)品的性能， 國產(chǎn)設(shè)備一般難以滿足需求，但進口設(shè)備價格相對較高，因此隔膜的產(chǎn)業(yè)化受到一定的設(shè)備限制。
原料國產(chǎn)化 曙光初現(xiàn)
左勝武介紹，我國鋰電池隔膜行業(yè)正處于高速發(fā)展的階段，據(jù)估計，國內(nèi)僅鋰離子電池隔膜用UHMWPE的進口量就達到1萬噸/年，并且呈現(xiàn)迅猛增長的趨勢。但受技術(shù)水平限制，目前國內(nèi)隔膜企業(yè)所用UHMWPE原料還只能依靠進口。
揚子石化早在2010年前就跟蹤前沿技術(shù)，與國際石化巨頭同步開展了新型鋰電池隔膜專用聚烯烴原料的開發(fā)工作。2013年，揚子石化研究院完成了聚乙烯隔膜專用料的小試和中試研發(fā)，開始了鋰離子電池隔膜用UHMWPE專用料的工業(yè)化研發(fā)。
經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，揚子石化解決了專用催化劑的性能優(yōu)化、顆粒及形態(tài)控制、產(chǎn)品指標一致性等難題，2017年5月，揚子石化首次實現(xiàn)了UHMWPE隔膜專用料YEV-4500的工業(yè)化試生產(chǎn)，填補了國內(nèi)空白，成為國內(nèi)首家成功開發(fā)鋰電池隔膜料的生產(chǎn)企業(yè)，打破了該產(chǎn)品完全依靠進口的局面，首次試生產(chǎn)專用料100噸。
2018年4月，揚子石化又實現(xiàn)了UHMWPE隔膜專用料YEV-5201T的工業(yè)化試生產(chǎn)，試生產(chǎn)150噸。目前，揚子石化研究院已與國內(nèi)某隔膜廠家洽談并達成了合作開發(fā)意向，相關(guān)科研評價工作正在順利展開。
記者也了解到，鋰離子電池隔膜專用樹脂研究已列入中石化重大項目之一——動力電池材料技術(shù)開發(fā)計劃。
隔膜研發(fā) 任重道遠
左勝武博士坦言，盡管UHMWPE隔膜專用料已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化，但鋰電池隔膜的研發(fā)依然任重道遠。
隔膜原料的導(dǎo)入周期比較長，合格的隔膜需要經(jīng)過鋰電池廠家的試用，一次評價要3~6個月時間，至少要通過3次評價，才能得到正式認可。同時，隔膜要求的不斷提高對原料的雜質(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，開發(fā)的難度大，門檻高。
因此，進一步提高UHMWPE隔膜的各項質(zhì)量指標，仍需隔膜原料開發(fā)、隔膜生產(chǎn)和電池生產(chǎn)等上下游通力合作，這也是我國電池業(yè)目前急需解決的問題。
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