在当今新能源领域,锂电池扮演着至关重要的角色。而锂电池隔膜作为四大主材之一,虽仅占锂电池整体材料成本的 4% 左右,却对电池的安全性、能量密度、循环寿命等关键指标有着直接且重大的影响。
一、隔膜的重要性
隔膜的主要功能是将电池正负极隔离开来,防止内部短路,同时允许锂离子在充放电过程中自由迁移。为满足电池的安全性、效率和长寿命要求,隔膜需具备以下核心技术要求:
1. 孔隙率与孔径分布:直接影响离子导电性和电池能量密度。
2. 机械强度与弹性:要有足够的拉伸强度和柔韧性,应对电池内部热膨胀和机械应力。
3. 电解液渗透性:有效控制电解液渗透,防止过多液体侵入影响电池稳定性和循环寿命。
4. 热稳定性:高温环境下,材料应具有良好热稳定性,防止热膨胀导致隔膜破裂或短路。
5. 安全性:能有效阻止锂枝晶穿透,避免电池热失控现象。
二、干法与湿法隔膜工艺对比
干法隔膜
1. 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,最后定型制得微孔结构隔膜。
2. 优点:生产过程不使用溶剂或液体,操作相对简便、环保。
3. 缺点:在孔隙率、孔径均匀性等方面相对湿法隔膜稍显不足。
湿法隔膜
1. 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,降温形成相分离,再通过拉伸、溶剂萃取等步骤形成具有均匀孔径分布和较高孔隙率的微孔膜。
2. 优点:涂层厚度、孔隙率和孔径的均匀性可通过工艺参数精确控制,具有更高的定制化能力。能提供更高的孔隙率、更均匀的孔径分布以及更强的力学性能。
3. 缺点:生产过程相对复杂,可能涉及到溶剂处理等环保问题。
三、国内隔膜市场现状及发展趋势
近年来,在新能源汽车和储能行业的带动下,国内锂电池隔膜出货量持续增长。2023 年全球锂电池隔膜出货量突破 210 亿平方米,其中中国隔膜企业出货量占据全球出货量的 83% 以上,牢牢占据全球锂电池隔膜市场主导地位。
具体分析不同类型隔膜出货量,湿法隔膜以其优势占据较大市场份额。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%。
随着固态电池等新型电池技术的涌现和快速发展,对隔膜材料提出了更为严苛的要求。固态电池在界面稳定性、热稳定性和机械强度方面要求更高,而湿法隔膜凭借其独特优势,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。
四、未来展望
在固态电池崛起的时代,干法和湿法隔膜都面临着新的机遇和挑战。干法隔膜可以继续发挥其环保、操作简便的优势,在一些对成本敏感或对特定性能要求不那么高的应用场景中发挥作用。而湿法隔膜则应不断提升技术水平,满足固态电池等高要求应用场景的需求。
无论是干法还是湿法隔膜,都将在新能源电池领域继续发挥重要作用,它们的发展也将推动整个新能源产业的进步。未来,我们期待着这两种工艺不断创新,为实现更加高效、安全、可持续的能源存储和利用做出更大的贡献。