鋰離子電池已成為目前市場上儲能設備的主流,作為“第三電極”的隔膜是鋰離子電池中重要的組成部分。
圖1 鋰電池對隔膜的要求
目前,隨著鋰電池充電電池容量的不斷提高,內部蓄積能量引發電池溫度提高,導致隔膜融化而造成短路。由于高純氧化鋁具有絕緣、隔熱和耐高溫等特性,因此可以將其用于鋰電池隔膜的涂覆。經過氧化鋁涂覆的陶瓷隔膜具有耐高溫性、高安全性、高倍率性、良好浸潤性、自關斷特性、低自放電率和循環壽命長的優點。
圖2 涂覆氧化鋁隔膜優點
在氧化鋁涂覆隔膜生產工藝上,目前主流方向是在基膜的表面,涂覆一層陶瓷材料。陶瓷涂覆工藝使用的漿料由陶瓷顆粒、粘結劑、溶劑和表面活性劑按一定配方配成。按涂覆設備不同,涂覆方式可分為窄縫式涂覆、浸涂法涂覆和凹版輥涂覆。其中,滄州明珠主要采用的是凹版輥涂覆工藝。
圖3 滄州明珠生產的涂覆隔膜主要采用凹版輥涂覆工藝
(圖片來源:滄州明珠)
陶瓷涂覆隔膜的工藝相對簡單,但是對氧化鋁粉體提出了高要求。純度應該保證在3N以上,一些報告和論文則以4N粉體為研究主體;粒徑分布以D50和D90為主要參數,D50的要求在0.5-0.8微米之間不等,D90在1-2微米之間不等;顆粒形貌則以球形和類球形為主,便于分散;此外還有對水分含量等方面也有嚴格的控制要求。(該部分數據來自粉體圈)
圖4 陶瓷隔膜對氧化鋁的性能要求
目前,在鋰電池四大核心材料中,正、負極材料和電解液都已實現國產化,但高端鋰電池隔膜仍是技術短板,高端隔膜依然有近50%需要進口。高端隔膜市場的豐厚利潤吸引了不少上市公司,國產替代進口正在變成現實。國內陶瓷涂覆隔膜的龍頭企業包括滄州明珠、星源材質、恩捷股份等。
滄州明珠通過在隔膜表面涂覆陶瓷(Al2O3)涂層或聚合物(PVDF)涂層,提高了隔膜產品的高溫熱穩定性和吸液保液性能,改善了隔膜與電池極片的粘結性能,使得鋰離子電池具有更高的安全性能和更好的循環性能。
圖5 滄州明珠生產的陶瓷涂覆隔膜在高溫180℃時仍能保持良好形態
(圖片來源:滄州明珠)
圖5 滄州明珠生產的陶瓷涂覆隔膜具有良好的浸潤性
(圖片來源:滄州明珠)
不過,過去的2018年,滄州明珠業績乏善可陳。公司實現營業總收入33.25億元,同比下降5.65%;凈利潤2.98億元,同比下降45.42%。公司效益的下降來自于不斷走低的隔膜價格帶來的毛利率下降。此外,強力的競爭對手帶來了行業大洗牌。
伴隨著不斷走高的股價,恩捷股份在過去的一年多時間里不斷吸睛。2018年,公司實現營收24億元,同比增長96.7%,歸母公司凈利潤5.35億元,同比增長243.65%。目前,公司濕法隔膜產能13億平,國內市場占有率超過40%,其銷售仍處于供不應求狀態。
春節期間,公司表示其隔膜生產仍連續24小時開機,今年1月,公司隔膜發貨量5300萬平方米,與去年同期1600平方米相比大幅上升。
3月14日,恩捷股份再次宣布打算擴大鋰電池隔膜產能,擬在珠海高欄港經濟區投資建設第二期鋰電池隔膜項目,總投資11億元。
可以說,規模效應+高技術能力成就了恩捷的龍頭地位。據公司介紹,原材料采購規模大使得公司獲得7%-8%的優惠;高產量則顯著攤低了人工成本,對比干法隔膜龍頭星源材質,其人工費占比18%,而恩捷僅為8%;此外,高的良品率則保證了公司的競爭力,國內平均良率僅45%,而恩捷綜合良品率高達78%,比肩日韓頂級水準,技術領先帶來成本優勢凸顯,毛利率持續改善。
氧化鋁涂覆的鋰電池隔膜在過去的幾年受到眾多行業領軍企業的青睞,其優越的熱穩定性以及高比表面積粉體材料對電解液良好的潤濕性、保液性使得陶瓷涂覆隔膜擁有很好的前景。不過,在隔膜價格不斷走低的2018年,眾多隔膜企業的日子并不好過。隔膜行業的競爭已經進入紅海,同質化嚴重、價格戰激烈、產能結構性過剩等行業通病開始逐漸爆發,而濕法+涂覆隔膜,已經成為國內企業邁向高端隔膜的主流方向之一。
鋰離子電池用氧化鋁陶瓷隔膜的制備及其性能研究,北京化工大學,黃思達。
By:火宣
作者:粉體圈
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