隔膜產業(yè)發(fā)展新熱潮

　　盡管近年來動力電池產業(yè)發(fā)展如火如荼，然而產業(yè)中很多關鍵問題仍然未能得到解決。筆者認為，要想迎來動力電池產業(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)及生產能力、開展城市配套基礎設施的建設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個關鍵問題：一是能量密度，二是安全性。

　　當然，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，這些應用領域對能量密度提升的要求并不像動力汽車那樣迫切，現(xiàn)有的動力電池材料體系能夠在一定程度上滿足這些應用的需要，針對這些應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容，其中包括電池的一致性、正負極材料的高溫性能、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注，如何通過高品質的隔膜提升電池的性能，提高電池的安全性，成為技術開發(fā)及產業(yè)發(fā)展的重點。

　　作為隔離正負極片的薄膜材料，厚度僅在幾微米到幾十微米之間，如此之“薄”，確是國產動力電池性能突破的關鍵之一。如果電池質量不好，原因不一定出自隔膜，但如果隔膜質量不行，一定影響電池的性能。經過多年的發(fā)展，國產隔膜的材料體系、拉伸設備、溫場控制、張力控制、裁切設備、卷繞設備、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，為我國動力電池產業(yè)發(fā)展奠定了一定的基礎。

　　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，制膜方法及設備也十分關鍵，是相關材料能否得到成功應用的另一決定性因素。

　　從隔膜專利情況看隔膜產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

　　在中國專利數據庫(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)，該階段相關專利申請的數量幾乎為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年相關專利申請猛增到32件，2010年申請量首次超過50件。預計未來鋰離子電池隔膜領域專利申請將繼續(xù)保持快速增長。國內隔膜專利的申請，中國申請人數量最多，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%)。國內按申請數量排序前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據庫(dwpi)，筆者研究了鋰電隔膜專利技術在國外的申請情況(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經過近40年的發(fā)展，拉伸技術、設備制造、隔膜涂層技術及產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的隔膜加工方法，新型隔膜的結構設計應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業(yè)領域做出特色。

　　如何把握隔膜產業(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產業(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和國內最有名的高等院校，研發(fā)實力非常強大。幾乎每一種鋰離子電池及其相關材料，電池管理系統(tǒng)，新能源汽車研發(fā)、設計，電池及材料的測試都能在北京找到國內頂尖的研發(fā)單位。

　　國內最早的鋰離子電池隔膜研發(fā)就源自中國科學院化學研究所，隨后清華大學、中國科學院理化技術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業(yè)化工作并沒有落地北京，而是轉移到國內其它省市開花結果。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，從研發(fā)之初就受到來自各方的關注與支持，在北京市政府及北京市科學技術委員會領導的關心和支持下，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院理化技術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)及產業(yè)化項目”試驗線的建設，2012年開展了相關制膜及工藝試驗。目前，試制的幾個品種與規(guī)格的產品結果都好于預期。在原有工作的基礎上，該新型鋰離子電池隔膜項目的示范工廠即將開建。據悉，示范工廠預計在一年內建成，單條生產線的產能設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，將通過示范生產來積累產業(yè)化生產和管理的經驗，定型產業(yè)化工藝和設備，解決產品一致性等關鍵問題，找到盈虧平衡點，根據需求制定合理的產品大綱。后續(xù)產業(yè)化基地建設將直接復制成功的生產線模式。根據目前的規(guī)劃，在2014-2015年間，該項目將進行產業(yè)化基地的一期建設，形成年產新型隔膜3000萬平方米的能力;2016年底，計劃進行產業(yè)化基地二期的建設，形成年產新型隔膜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、新的材料和結構體系，面向下一代的隔膜產品，技術具有領先性且著眼于高端產業(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，下游目標產品是儲能電池、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合材料為主，采用多層復合結構設計，面向高品質的動力電池和未來高溫鋰離子電池體系的需求。

　　在下游應用市場的帶動下，動力電池產業(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)，配套的新型隔膜產品也不斷向前發(fā)展。

圖片來源：找項目網