我国新兴锂离子电池产业在走向实用化的过程中遭遇瓶颈——作为锂离子电池四大组件之一的国产化隔膜,迫切需要解决安全、成本、性能一致性三大问题。日前在上海举办的先进电池材料技术及应用研讨会上,天津电源研究所教授级高工汪继强等专家不无担忧地指出:“在高效、低成本的锂电池隔膜生产路线开发成功之前,企业不可急功近利,盲目投资再建工厂,造成无谓的经济损失。当前隔膜生产的关键是加快开发稳定、可靠的微孔造孔工艺。”
目前国内锂电池隔膜市场80%的份额为国外品牌所占据,国内企业生产的产品大部分是中低档产品,高端产品只能依靠进口。其原因是缺乏稳定可靠的规模化生产工艺。国内最大锂电池企业之一的天津力神迈尔斯动力电池系统公司研发经理张娜告诉记者:“我们使用国产隔膜遇到的最大问题是材料批次一致性不好,质量控制好的时候和进口产品差不多,控制不好的时候质量就很差,我们不敢放心采购。”
目前国内投资锂电池隔膜生产线的企业已近40家,他们有的尝试突破国外技术壁垒,自主开发锂电池隔膜,但始终无法形成规模化生产;有的企业在对锂电池隔膜生产工艺了解不深的情况下,投资购买了隔膜生产线,由于技术不过关,所生产产品质量低下。
锂电池隔膜是锂电池中主要的内层组件,以PP、PE、PET为基材,电池的容量、循环性能和充放电流密度等关键性能与隔膜有着直接的关系。为了保证电池的高品质,国内锂电池生产用膜长期从日本、美国和韩国进口。
中科院化学所从上世纪90年代开始研发干法双向拉伸工艺,通过在聚丙烯中加入具有成核作用的贝塔晶型改进剂,在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔,成功开发出单层PP膜。在国家“863”计划支持下,我国采用该技术于2007年11月建成了年产600万平方米的聚丙烯微孔膜生产线。之后通过引进、消化、吸收,国产锂电池隔膜得到长足进步。深圳市星源材料科技公司等少数龙头企业的产品可与进口膜媲美,性能指标相差无几,而价格只有同类进口隔膜的1/3~1/2。
对于眼下亟待解决的国产隔膜规模化和性能一致性问题,专家提出,隔膜企业未来几年应重在研发,而不是产业化,隔膜企业需要通过产学研联合,首先在隔膜产业化技术上取得突破,有了技术之后才能谈到产业化。隔膜技术的壁垒主要在于它的造孔工艺难度大,这是一个复杂而精密的加工过程,集中体现在工程技术和基本材料上。
据介绍,造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺和先进的生产设备,隔膜的生产工艺对设备要求苛刻,设备加工精细度及运行控制的细微偏差往往会对产业化生产形成瓶颈;基本材料则包括聚烯烃材料和添加剂配方。专家认为,要解决这两方面的问题,实现隔膜生产工艺的稳定、优化和提升,仅靠企业去摸索是不够的,还需要科研机构的协助攻关。
近日,上海市区一辆纯电动公交车发生自燃,引发了社会对电池质量和性能的关注。电池材料的国产化、规模化和稳定化,成为推动我国动力电池技术进步和新能源汽车产业健康发展的关键。对此汪继强提出,动力车电池当前的研发重点是新能源汽车动力电池隔膜。必须提高隔膜的耐热性,开发生产在充放电过程中发生大面积正、负极短路后仍能保持隔膜完整性的耐高温复合膜,同时研发聚合物电解质隔膜、纤维隔膜等新型低成本的隔膜产品。
力神公司张娜则认为,解决国产化隔膜产品的性能一致性问题,很大程度上取决于原材料。国外知名隔膜厂家都有自己的专用料,即自己生产原料,或与原料厂家联合开发生产隔膜专用料,国内隔膜企业可以学习这一方式。