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電動汽車發展勢不可當，鋰離子電池相隨“一日千里”，帶動電池隔膜日新月異。未來數年，電池隔膜需求量非常巨大，隨著制備工藝不斷優化，安全性、穩定性不斷提升，我國將成為全球主要電池隔膜生產國。然而，隨著新能源市場主角變換，固態電池將粉墨登場，逐漸替代液體電解質電池，預計到2040年電池隔膜完成使命退出歷史舞臺。

我國各企業電池隔膜市場份額

□李 超 隋謹伊 呂曉東

城頭變幻大王旗，各種新技術、新材料在波濤洶涌的時代大潮下涌現，又黯然退去。隨著新能源汽車的崛起，鋰離子電池隔膜進入黃金發展期，然而技術大潮勢不可當，固態電池憑借不可比擬的優勢或將在2040年取代鋰離子電池，屆時，鋰離子電池重要組成部件隔膜也將淡出歷史舞臺。

現狀火熱，中期前景廣闊

近年來，我國電動汽車發展突飛猛進，帶動鋰離子電池迅猛發展。2022年全球電動汽車和儲能電池用鋰離子電池總量957.7GWh（吉瓦時），比上年增長70.3%。其中車用動力電池684.2GWh，比上年增長84.4%；儲能電池159.3GWh，比上年增長140.3%；小型電池114.2GWh，比上年下降8.8%。2022年我國鋰離子電池產量660.8GWh，比上年增長97.7%，占全球總量69%。未來十年，鋰離子電池仍然是新能源汽車和儲能領域的主要技術路線，其中2025和2030年，全球鋰離子電池的出貨量將達到2211.8GWh和6080GWh。

電池一日千里的發展帶動其重要部件電池隔膜的日新月異。電池隔膜主要材料包括PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、電子級PVDF（聚偏二氟乙烯）以及對位芳綸。其中隔膜專用料PE消費規模將從2022年的9.1萬噸增加到2030年的21.3萬噸，年均增速11%；隔膜專用料PP將從2022年的3萬噸增至2030年的7.5萬噸，年均增速12%；電子級PVDF將從2022年的0.2萬噸增至2030年的0.6萬噸，年均增速15%；對位芳綸將從2022年的16噸增至2030年的2000噸，年均增速83%。

電池隔膜歷經曲折，產業鏈從日韓逐步轉向國內。從全球角度看，我國目前占全球市場份額絕對領先，為43%，其次是韓、日、美各占28%、21%和6%，其他國家和地區占比2%，而且我國產能還在持續擴大。經過數年發展，我國從2012年前的跟跑，逐漸發展到2017年后的領跑。從國內市場看，恩捷股份在濕法和干法隔膜領域占比都是全國第一。目前以濕法工藝為主，市場占有率超過80%，未來占比還會繼續提高。隔膜以PE/PP復合膜為主，PE偏多。其中干法生產工藝中，采用均聚PP為原料的占比達到96%，而采用抗沖共聚PP為原料的干法隔膜占比為4%，可見大多數企業采用均聚PP為原料生產干法隔膜材料。而濕法隔膜材料中，其中98％原料為超高分子量聚乙烯，另外2%采用HDPE（高密度聚乙烯）。

技術含量高、投資金額大

電池隔膜具備技術含量高、投資金額大的特點。

隔膜作為電池四大組成部件（正極、負極、電解液和隔膜）之一，是電池中技術含量最高的部件，因為隔膜可以決定電池的壽命、電阻、電容量及安全性。電池隔膜位于正極與負極之間，阻止電子通過防短路，但可以允許鋰離子通過。優良的電池隔膜應保障兩大功能，一是優異的穩定性，包括化學穩定性，不易被電解液腐蝕；熱穩定性，高溫不易變形；力學穩定性，不易因被刺穿導致短路。二是優異的離子通過性，容易被電解液浸潤，保持一定尺寸孔隙率及孔徑。目前各大公司及研究機構都在增強電池隔膜這兩大功能，近年來相關優化改性較多，一是隨著鋰離子電池能量密度的逐年提升，非活性物質的量越來越少，隔膜越來越薄，最優者可達4毫米。二是開發多層膜、改良膜、新穎隔膜來提高熱穩定性。如涂覆勃母石逐漸成為許多企業的選擇。

鋰電池隔膜是典型的重資產行業，固定資產占比位居電池四大組成部件之首，具有投資金額大的特點。很多頭部隔膜企業其固定資產占比超過總資產四成，遠超電池其他三大部件固定資產占比。

向高效、安全、低成本方向發展

未來電池隔膜發展方向是高效、安全、低成本。

目前微孔聚烯烴是主力隔膜產品，成本低、穩定性好。但是聚烯烴膜對電解質的浸潤性較差，需要對聚烯烴進行改性，如接枝親水性單體，此舉可提高隔膜浸潤性；進行涂覆改性來增強浸潤性，增加電池循環次數；提高隔膜耐高溫性能及抗穿刺能力；提高隔膜避孔功能。

在聚烯烴上可以涂覆無機物，也可以涂覆有機物，涂覆改性是增加電池能量密度的安全墊，重要性日益凸顯。涂覆改性可以有效降低其熱收縮率，同時提高抗穿刺強度，安全性得到顯著提升。此外，涂覆材料可以增強隔膜與電解液之間的浸潤性，提高離子電導率。

近兩年濕法隔膜的涂覆占比達到80%以上。在涂覆材料應用上，勃姆石由于性價比高，逐漸替代氧化鋁作為主要材料，2022年勃姆石出貨量超3萬噸，占市場份額超50%。勃姆石硬度低可減少設備磨損、可控涂覆面積大且均勻，深受各企業歡迎。

由于涂覆材料可能蓋住聚烯烴孔道，本身耐熱性較差等問題限制了聚烯烴提高性能的空間。因此，采用新型膜也是一種選擇。目前實驗較多的新材料主要包含聚偏氟乙烯、間位芳綸、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺和聚對苯撐苯并二噁唑、無紡布等。但上述隔膜若想在工業上大規模應用，還要面臨降低成本、提升綜合性能等諸多挑戰。

競爭白熱化

2015年海外隔膜產品市場占有率高達90%以上，但海外隔膜廠商卻對產能擴張十分謹慎。隨著我國大力發展新能源產業，以鋰電池為首的產業得到快速發展，推動隔膜需求快速增長，國內廠商抓住機遇，大舉擴大隔膜產能，使國內隔膜廠商在供應鏈上搶占先機，從此國內隔膜企業成為行業領跑者。

目前，隔膜行業處于白熱化競爭狀態。一是新投入的生產線車速快、幅寬大。車速、幅寬是影響隔膜生產效率的核心指標，速度越快，幅寬越大，綜合成本越低，同時對設備和膜料要求越高。目前，國內隔膜第一梯隊幅寬已達6.2米，車速達110米/分鐘，效益提升21%~49%。二是頭部企業馬太效益顯著：越是頭部企業，訂單越多，其開工率越高，綜合成本越低。經測算，100%開工率比50%開工率的生產線，效益提升37%。三是頭部企業良品率極高：隔膜行業由于工藝復雜，良品率較低，頭部企業技術工藝優勢明顯，能大幅降低不良率。頭部企業良品率超九成，而二、三流企業良品率僅為五~八成，競爭力大幅下降。提高良品率可極大提升企業效益，如果良品率從六成提升至九成，營業成本能節省20%左右。

進入門檻較高

隔膜行業進入門檻較高。

鋰電池隔膜是典型的重資產行業，動輒需要幾十億元上百億元投資，而且設備供應商稀缺，全球主要隔膜設備廠商目前僅有4家,分別是日本制鋼所、日本東芝、德國布魯克納、法國伊索普。我國隔膜設備以進口為主，國內各隔膜生產企業與國外設備制造企業已經進行了深度綁定，鎖定了未來數年的產線產能，新進入者即使資金雄厚，也很難購買到生產設備，即使想盡辦法購買到了相關生產線，但設備建設和調試時間長，尤其首條線調試時間可能長達一年以上，導致潛在競爭者難以涉足隔膜行業。

此外，隔膜用國外原料占比高：國產聚烯烴性價比不高，基膜透氣性波動較大，基膜膜面經常有較大顆粒，因此主要隔膜用聚烯烴還是以進口為主，原料成本較高。

隔膜生產工藝技術壁壘高。隔膜工序復雜、良品率低，而且不同廠商工藝不同、技術水平不同，導致良品率差異較大。隔膜改性中非常重要的涂覆改性，專利多被國外巨頭掌控，如LG化學、帝人、東麗等，國內企業需要獲得授權方可使用。此外，電池隔膜是電池安全的重要保障，如果電池隔膜破損造成電池短路，輕則電池企業破產，重則出現重大事故造成難以挽回的損失，電池廠商對隔膜供應商的選擇慎之又慎，會執行嚴格的評估與準入制度，要求隔膜品質有保障且企業能穩定供應。因此，進入電池廠商的供應鏈需要很長的認證過程，國內廠商認證周期約為1年，國外廠商認證周期約為2年。

2040年或將退出歷史舞臺

未來固態電池將取代液體電解質電池。

固態電池優點一是安全性好，不易爆炸。沒有電解液因此沒有泄漏風險，沒有隔膜因此不怕鋰枝晶刺穿隔膜，也不會在高溫下發生副反應等。

二是能量密度高。液體電解質電池能量密度超過360Wh/kg（瓦時/千克）困難極大。但固態電池不用石墨烯做負極，可以直接用金屬鋰做負極，可以大大減少負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。固態電池可提供的能量密度輕松可達400Wh/kg。

三是壽命更長。固態電解質解決了液態電解質在充放電過程中形成的界面膜問題和鋰枝晶現象，大大延長了鋰電池的使用壽命，可達數萬次充放電。

四是充電更快，不怕低溫。因為不存在電解液，因此充電更快，低溫下也不會有“虧電”的問題。當前固態電池行業，國際公認技術領先的豐田集團正大力投入技術研發，已經成功研發成本、體積、重量均比傳統鋰離子電池下降一半的固態電池，其宣稱2027年將大規模裝車應用。除了豐田，還有很多電池生產企業也在加大研發固態電池力度，極有可能實現快速突破，預計2030年會大幅裝車，然后進入固態電池和液體電解質電池共存期，到2040年固態電池完全取代鋰離子電池，電池隔膜或將退出歷史舞臺。

（作者來自中國石化經研院市場所）

鋰電池隔膜

指在電池正極和負極之間一層隔膜材料，是電池中非常關鍵的部分，其主要作用是：隔離正、負極并使電池內的電子不能自由穿過，讓電解液中的離子在正負極之間自由通過。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環，以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

隔膜的性能對鋰電池的性能和安全性有重要影響。優質的隔膜應具有較高的離子導電性、較低的電阻和較好的機械強度。此外，隔膜還應具有較好的耐熱性、耐化學腐蝕性和較低的自燃性，以確保電池在各種工作條件下的安全性和可靠性。

隨著鋰電池技術的不斷發展，科學家和工程師一直在研究、開發新型隔膜材料和結構，以提高鋰電池的性能、安全性和可持續性。一些新型的隔膜材料包括聚合物復合材料、陶瓷材料和納米材料等。這些新材料具有更高的離子導電性、更好的耐熱性和機械強度，能夠增加鋰電池的能量密度、延長循環壽命和提高安全性。

此外，隔膜的結構也在不斷創新。一些新型的隔膜結構，如多孔隔膜、層狀隔膜和納米孔隔膜等，能夠進一步提高鋰電池的性能。這些新結構可以增加隔膜的表面積和孔隙度，提高離子傳輸速率和電解液的浸潤性，從而增加電池的功率密度、延長循環壽命。

隔膜的制備方法也在不斷改進。傳統的隔膜制備包括濕法涂覆、干法涂覆和拉伸法等。近年來，還出現了一些新的制備方法，如電紡法、溶膠凝膠法和模板法等。這些新方法可以制備出具有更好性能的隔膜，提高鋰電池的性能和可靠性。

總之，鋰電池隔膜是一種關鍵的組件，對鋰電池的性能和安全性起到重要作用。隨著鋰電池技術的不斷發展，隔膜材料、結構和制備方法也在不斷創新，以提高鋰電池的性能、安全性和可持續性。這些創新將推動鋰電池在電動汽車、便攜式電子設備、儲能系統等領域的廣泛應用，為清潔能源和可持續發展作出更大的貢獻。

鋰電池隔膜的主要功能：

·隔離正負極：隔膜能夠有效地將正負極隔離開來，防止直接接觸和短路。

·傳遞鋰離子：隔膜具有微孔結構，可以允許鋰離子在充放電過程中通過，從而實現電池的充放電。

·阻止電解液中其他離子的流動：隔膜能夠阻止電解液中的其他離子和電子的流動，以保持正負極之間的離子遷移。

·提供機械支撐：隔膜還可以提供機械支撐，保持正負極的間距和穩定性。