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锂电池湿法隔膜和干法隔膜的区别对比

2019-08-22   点击量:2830

锂电池湿法隔膜和干法隔膜的区别对比。隔膜是锂电池制备的核心,锂电池隔膜一般按照工艺,分为干法工艺和湿法工艺,由此,隔膜产品也分为干法隔膜和湿法隔膜两类。锂离子电池隔膜需要具备的诸多特性,对其生产工艺提出了特殊的要求,而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。


锂电池隔膜成本占电池成本的1/3左右。锂离子电池隔膜材料可以分为:织造膜,非织造膜(无纺布),微孔膜,复合膜,隔膜纸,碾压膜等几类。聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点,因此聚乙烯,聚丙烯等聚烯烃微孔膜在锂离子电池研究开发初期便被用作锂离子电池隔膜。


锂电池湿法隔膜和干法隔膜的区别对比


a、干法由于工序简单,固定资产投入比湿法小;但是加工工艺干法的温度等指标控制难,湿法的工艺更简单;


b、干法可以做三层膜,湿法只能做单层膜;(三层膜的优势在于热关闭温度是135度,但是热稳定温度为160度,可以防止热惯性,有25度的空间,更安全)


c、干法和湿法除了加工工艺不同,使用的原料也不同。干法使用的原料是流动性好、分子量低的,所以高温只能达到135度,遇热会收缩,安全性不适合做大功率、高容量电池;湿法使用不流动、分子量高的原料,热关闭温度可以达到180度,能保证大功率锂电池的安全性;


d、在生产一般的锂电池方面,干法具有优势,成本低、污染小、孔更均匀;大功率电池方面湿法有优势,主要是安全性和热收缩性小。


锂电池干法隔膜可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法,制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,在高温退火过程中,获得高结晶度的薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷,然后高温下使缺陷拉开,形成微孔。目前中国三分之一以上产能使用干法双拉工艺,产品在中低端市场占据较大比例。


湿法生产工艺,又称相分离法或热致相分离法,湿法工艺将液态烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合,加热熔融后,形成均匀的混合物,然后降温进行相分离,压制得膜片,再将膜片加热至接近熔点温度,进行双向拉伸使分子链取向,最后保温一定时间,用易挥发物质洗脱残留的溶剂,可制备出相互贯通的微孔膜材料。


湿法生产工艺,不仅可制备出相互贯通的微孔膜材料,而且生产出来的锂电池隔膜具有较高的纵向和横向强度。目前,湿法生产工艺主要用于生产单层的锂电池隔膜。


在物理性能和机械性能方面,干法单向拉伸工艺生产的隔膜更具有优势。然而,采用湿法生产工艺生产出来的锂电池隔膜具有较高的孔隙率和良好的透气性,可以满足动力电池的大电流充放的要求。相反,由于湿法生产工艺采用聚乙烯基材,聚乙烯基材的熔点只有140℃,所以,与采用干法生产工艺生产的锂电池隔膜相比,采用湿法生产工艺生产的锂电池隔膜的热稳定性较差。


锂电池湿法隔膜及干法隔膜的优点


锂电池湿法隔膜轻薄、不易撕裂,但PE熔点为135℃,安全性低于干法隔膜,加之原材料及生产流程不同,综合成本高于干法隔膜;干法隔膜产品熔点高,耐热性、耐高压性及抗氧化性更好,但相对于湿法隔膜较厚,且容易纵向撕裂,对电池企业工艺要求较高。


隔膜是锂电池材料中技术壁垒最高的环节,其性能的优劣对锂电池的轻量化和安全性至关重要。湿法隔膜比干法隔膜在力学性能、透气性能和理化性能方面均具有一定优势,涂覆后可以大幅提升湿法隔膜的热稳定性,总体来说湿法涂覆隔膜具有明显的性能优势。高端消费电池大多使用湿法隔膜,随着动力电池对能量密度要求的提升,尤其是三元电池的广泛应用,湿法隔膜在动力电池的渗透率也将逐步提升。


锂电池隔膜行业特点


从工艺技术进展来看,目前,我国锂电池隔膜在干法工艺上已经取得重大突破,具备国际一流的制造水平,湿法隔膜工艺技术也不断提升,近年来产能产量均稳步增长。而随着湿法工艺技术的不断发展,我国锂电池隔膜行业竞争格局也发生了一些变化。


特点一:湿法隔膜产量占比逐年提升


就工艺本身来看,干法隔膜和湿法隔膜各有优缺点,干法隔膜在生产工艺、成本、环保经济等方面具有较大优势,湿法隔膜则具有短路率低、孔隙率和透气性可控范围大等优点。从目前市场的应用来看,从全球锂电池企业的选择来看,干法隔膜和湿法隔膜并存。不过,近年来随着三元锂电池占比的提高,湿法隔膜产量的占比也稳步提升。最新数据显示,2017年,国内湿法隔膜产量达到8.06亿平方米,占比56%,份额超过干法隔膜。鉴于干法隔膜和湿法隔膜各自的特点,湿法隔膜未来需求将会逐步扩大,但短时间内并不会完全替代干法隔膜。


特点二:出货量企业集中度较高


按照出货量来看,总体上2017年我国干法隔膜和湿法隔膜的企业集中度均较高,尤其是湿法隔膜,前三企业出货量占比达到71%,前五占比达到87%;干法隔膜前三企业占比为42%,前五占比为55%。


特点三:产能区域性明显


从目前我国锂电池隔膜材料企业区域分布来看,总体上集中度较高,主要集中在华东和华中地区,产能比重分别达到48%、27%;华南地区产能占比也有10%,其他地区则都在10%以下。


特点四:企业产能扩张加速,未来竞争加剧


根据资料整理,截止到2017年底,国内已经确认投产的锂电池隔膜产能约为29亿平方米。按照目前的产能来看,产能较大的企业主要有湖南中锂、上海恩捷、星源材质、中兴新材、天津东皋、苏州捷力、河南义腾等,产能均在2亿平方米以上,合计产能为19.28亿平方米,占比超过67%。


锂电池中的隔膜对于性能的优劣起到了至关重要的作用,但电池隔膜的生产工艺有多种且非常复杂,干法和湿法制造,锂电池隔膜技术目前已经成熟,无论是干法还是湿法制造的电池隔膜,都能很好地满足不同领域产品的需求。


钜大特种电池工程研究院

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