一层膜两重天:国产锂电池命运卡在一张薄膜上面

2018年06月24日 18:50:24 来源:中国新闻

  原标题:一层膜隔出两重天:国产锂电池的命运,卡在了这一张薄膜上面!

  来源:科技日报(ID:kjrbwx)

  “也不知道这辆车的电池能坚持多久?”

  6月15日上午,望着窗外驶过的又一辆新能源汽车,南开大学新能源材料化学研究所所长、博士生导师周震习惯性地自语道。

  从事新能源材料研究20多年,看着日渐增多的新能源汽车,周震欣喜之余,仍存忧虑,“锂电池的基础材料研究,我们与世界一流水平还有差距,尤其高端电池隔膜材料仍然依赖进口”。

  在周震等业内专家看来,作为新能源车的“心脏”,国产锂离子电池(以下简称锂电池)目前“跳”得还不够稳。

  

  去年全球动力电池销量前10的企业中,中国企业就占了7席,在市场份额上超越日本,占据了世界第一位;预计到2020年,我国在全球电池市场所占的份额将达七成以上;目前我国电池生产企业已超过了200家,是全球拥有锂电池生产企业最多的国家……然而这一串的数字,并没有让业内人士觉得骄傲,不少人接受采访时指出,虽然我国已经形成了比较完善的动力电池产业链,电池产业规模够大,但是还远称不上强。

  在锂电池领域存在着一个跨越太平洋的“四国游戏”。“从行业角度来看,美国有比较强的研发设计能力,目前仍然引领锂电池原始创新、核心材料研发;日本作为电池材料制造大国,生产规范严格,能够最先制造出新的成品电池;我国和韩国作为第二梯队,后续跟进……”周震解释说,“相较日、韩,我国的低端锂电池产品更有优势,主要是由于人工和原始材料相对便宜,但是在部分高端产品,尤其是事关电池安全性的核心材料和制造工艺,仍有较大的差距。”

  据了解,电池四大核心材料中,正、负极材料、电解液都已实现了国产化,唯独隔膜仍是短板。国产隔膜主要供应低端3C类电池市场,高端隔膜目前依然大量依赖进口。核心专利缺乏,隔膜等关键材料不给力,不仅成了国产锂电池难以承受之痛,也拖了国产锂电池企业“走出去”的后腿。

  天津力神电池一位负责人在接受科技日报记者采访时表示,锂电池最前沿的三元材料,核心专利掌握在美国3M公司和阿贡国家实验室的手中,3M公司持有常规化学计量比的NMC材料的专利,阿贡国家实验室拥有层状富锂材料专利。目前,松下、三星、LG等主流厂商都要花钱购买相关专利授权。“国内锂电池企业众多,未来进入国际市场,面对国际巨头竞争,缺乏核心专利和材料技术是中国电池企业未来最大的隐忧和短板。”该负责人表示。

  采访中,有电池材料专家告诉记者,隔膜是锂电池的关键组件之一,隔膜主要材质为多孔质的高分子膜,包括聚乙烯及聚丙烯。锂电池用的隔膜对安全性、渗透性、孔隙度及厚度都有严苛的要求。

  “在锂电池内部,带有电荷的离子,在正负极间流动穿梭,才能形成电流,而隔膜位于电池内部正负极之间,既要防止正、负极直接接触,又要确保电解质离子顺利通行。”周震形象地解释说,电池电解液犹如河流,锂离子好比河上行驶的小船,隔膜是拦腰而建的大坝,一个个隔膜孔就像是大坝上的闸门,正常情况下,离子自由穿梭到达正负极,完成充放电的循环。

  “高端的隔膜一般附带有陶瓷材料,如果电解液温度过高,材料膨胀,孔隙会像闸门一样关闭,切断离子交流,从而避免电池因温度过高而起火爆炸。”周震介绍说,隔膜是锂电材料中技术壁垒最高的一种材料,其技术难点在于造孔的工程技术、基体材料,以及制造设备。“技术要求高,价格自然也就贵,差不多占到了电池总成本一成以上。”

  目前,世界上最好的锂电池隔膜材料出自旭化成和东燃化学两家日本公司,而国内锂电池铝塑膜市场九成份额也被昭和电工等日本厂商垄断。天津力神公司的工程师告诉记者,与日本相比,我国的高端隔膜差距明显。国产隔膜产品一致性不高,存在孔隙率不达标,厚度、孔隙分布以及孔径分布不均等问题。

  隔膜的品质直接影响电池容量、充放电循环寿命、阻燃止爆安全性能等指标。业内人士感慨:“一层隔膜两重天,迈过去就是晴天!”

  目前锂电池隔膜制造工艺主要分湿法和干法。记者采访中了解到,我国在干法工艺上已迈入了世界第一方阵,但在湿法隔膜领域,国内企业虽掌握方法,但整体仍难以与外国巨头抗衡,此外,核心生产设备也主要依赖进口。

  “锂电池发展要想不受制于人,隔膜等高端材料无法回避!”天津巴莫股份有限公司总经理吴孟涛认为,如此巨大的市场需求,完全依赖外国厂商,不仅不现实,也将是国产动力锂电池最大隐忧。

  高端隔膜技术具有相当高的门槛,不仅要投入巨额的资金,还需要有强大的研发和生产团队、纯熟的工艺技术和高水平的生产线。“对于湿法制造工艺来说,树脂材料与添加剂的挤出混合过程以及拉伸过程是两大核心难点。”周震认为,国内隔膜企业要想有更大的作为,必须要在基础材料表面处理工艺、胶粘剂配方工艺、产品冲压拉伸等涉及材料、设备和工艺控制等三大领域“补课”,此外,在隔膜产业链上游,包括国产涂布机等在内核心生产装备也需要迎头赶上,尽快实现国产化更大突破。

  “好比登山,离山顶越近成功登顶的希望就越大,而这时需要付出的努力也多!”周震说道。

霍宇昂

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