鋰離子電池隔膜行業(yè)報告

1、-PAGE . z.鋰離子電池隔膜行業(yè)季度報告*2014年*月*日一鋰離子電池隔膜開展和行業(yè)演進1從隔膜作用看其性能要求隔膜性能的優(yōu)異對鋰離子電池性能有重要作用。在鋰離子電池的構造中，隔膜是關鍵的內層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面構造、內阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及平安性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜的作用阻隔正負極，同時具備微孔構造允許鋰離子通過。隔膜的主要作用是使電池的正、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。隔膜材質是不導電的，其物理化學性質對電池的性能有很大的影響。電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰離子

2、電池，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。圖1. 鋰電池隔膜在電池中的位置和作用鈷酸鋰電池為例從作用出發(fā)看性能要求，鋰離子電池隔膜一般需滿足如下幾個方面的要求：1隔斷性要求：具有電子絕緣性，保證正、負極的有效隔離；2孔隙率要求：有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導率，對鋰離子有很好的透過性；3化學和電穩(wěn)定性要求：由于電解質的溶劑為強極性的有機化合物，隔膜必須耐電解液腐蝕，有足夠的化學和電化學穩(wěn)定性；4浸潤性要求：對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力；5力學強度要求：具有足夠的力學性能，包括穿刺強度、拉伸強度等，但厚度盡

3、可能??；6平整性要求：空間穩(wěn)定性和平整性好；7平安性要求：熱穩(wěn)定性和自動關斷保護性能好。2鋰離子電池隔膜行業(yè)進入壁壘隔膜是技術壁壘最高和國產(chǎn)化率最低的鋰電池材料，其技術難點在于造孔的工程技術、基體材料以及制造設備。2013年，受消費類電子產(chǎn)品和小型動力電池市場的驅動，鋰離子電池行業(yè)繼續(xù)保持良好的增長，這就促進了隔膜的進一步開展。但至2013年，國內僅有的三家能生產(chǎn)中高端鋰電隔膜的企業(yè)：*明珠002108、*星源材質、金輝高科。中國市場的高端隔膜產(chǎn)品仍需要大量進口，而國際隔膜行業(yè)則形成了以旭化成、Celgard、東麗等為領先企業(yè)，SK、宇部、Entek和國內企業(yè)如星源材質、格瑞恩等作為追隨者的市

4、場格局。近幾年來，國內還有數(shù)十家投資者方案或正在參與投資隔膜工程，如樂凱集團、九九久、南洋科技。國內隔膜行業(yè)在面臨巨大的市場機遇的同時，也面臨著技術制約和投資過熱的風險。行業(yè)內新型隔膜技術和產(chǎn)品也不斷出現(xiàn)，成功與否正在被時間和事實所檢驗。3鋰離子電池隔膜國家扶持政策鋰離子電池隔膜屬于國家鼓勵開展的電池配套材料，符合國家當前優(yōu)先開展的高技術產(chǎn)業(yè)化重點領域指南，同時屬于國家中長期科學和技術開展規(guī)劃綱要2006-2020年中所列的前沿技術第11項：高效能源材料技術中的高效二次電池材料及關鍵技術專題。十一五期間，中央政府將在鋰離子電池研制方面投資6000萬元，同時要求承當工程的公司按照10倍比例投入配

5、套資金，這樣總的投資將到達6億元。2008年度國家863方案將低本錢鋰離子電池隔膜關鍵技術研究列為重點產(chǎn)業(yè)化導向工程。近期，國家工信部接連出臺的新材料產(chǎn)業(yè)十二五規(guī)劃和電子信息產(chǎn)業(yè)十二五規(guī)劃均將鋰電池隔膜作為重點支持開展的新興產(chǎn)業(yè)給予支持。媒體透露，通用鋰離子電池聚烯烴隔膜國家標準正在進展數(shù)據(jù)驗證與標準修訂工作，并有望于2014年發(fā)布。今年3月31日，中共中央政治局常委、國務院副總理*高麗一行調研了*明珠新能源工業(yè)園區(qū)。這次的調研行動，充分說明了我國政府對于新能源建立的高度重視。有業(yè)內分析指出，未來幾年，中國新能源汽車行業(yè)及其上下游產(chǎn)業(yè)鏈將會持續(xù)從政策的支持中受益。二隔膜生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及開展趨勢1

6、.隔膜生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀目前市場上主流的鋰電池隔膜生產(chǎn)工藝包括兩種，即干法熔融拉伸工藝和濕法熱致相別離工藝，干法工藝又可細分為干法單向拉伸工藝和干法雙向拉伸工藝。兩種方法都包括至少一個取向步驟使薄膜產(chǎn)生空隙并提高拉升強度。干法制備工藝原理干法的制備原理是先將高聚物原料熔融，之后高聚物熔體擠出時在拉伸應力下結晶，形成垂直于擠出方向而又平行排列的片晶構造，并經(jīng)過熱處理得到硬彈性材料。具有硬彈性的聚合物膜經(jīng)過拉伸環(huán)節(jié)之后發(fā)生片晶之間的別離而形成狹縫狀微孔，再經(jīng)過熱定型制得微孔膜。該工藝對過程精細控制要求高，尤其是拉伸溫度高于聚合物的玻璃化溫度而低于聚合物的結晶溫度，孔隙率也控制較難把握。目前主要包括干法單

7、向拉伸和雙向拉伸工藝。干法單向拉伸工藝源自美國Celgard 公司從技術源頭來看，干法單向拉伸工藝源自美國Celgard公司，該方法主要是在在熔融擠出成膜后經(jīng)退火結晶處理形成半結晶PP/PE/PP，單向拉伸出微裂紋，孔隙率在3040%。該工藝經(jīng)過幾十年的開展在美國、日本已經(jīng)非常成熟，美國Celgard公司擁有干法單向拉伸工藝的一系列專利，日本UBE公司則通過購置Celgard的相關專利使用權進展生產(chǎn)。采用干法單向拉伸方法生產(chǎn)的隔膜具有扁長的微孔構造。從性能上看，沒有橫向拉伸步驟有利有弊：由于只進展單向拉伸，隔膜的橫向強度比擬差，但正是由于沒有進展橫向拉伸，橫向幾乎沒有熱收縮。干法雙向拉伸工藝源

8、自中科院化學所，美國Celgard 集大成干法雙向拉伸技術源自中科院化學所，后又得到國家863方案的支持。該技術通過在聚丙烯中參加具有成核作用的晶型改良劑，利用聚丙烯不同相態(tài)間密度的差異，在拉伸過程中發(fā)生晶型轉變形成微孔，用于生產(chǎn)單層PP膜。盡管中科院化學所擁有專利技術，但是其集大成者卻是美國的Celgard公司。2001年，化學所將其在美國、英國和日本申請的干法雙向拉伸專利權轉讓給美國Celgard公司。國內的*格瑞恩公司以及新時科技的技術就來自于中科院化學所，采用的是干法雙向拉伸技術生產(chǎn)單層PP膜。從理論上分析，干法雙向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜經(jīng)過雙向拉伸，在縱向拉伸強度相差不大的情況下，橫向拉

9、伸強度要明顯高于干法的單向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜。濕法工藝目前在日韓廠商中占據(jù)主流和干法相比，濕法需要有機溶劑，其根本過程是指在高溫下將聚合物溶于高沸點、低揮發(fā)性的溶劑中形成均相液，然后降溫冷卻，導致溶液產(chǎn)生液固相別離或液液相別離，再選用揮發(fā)性試劑將高沸點溶劑萃取出來，經(jīng)過枯燥獲得一定構造形狀的高分子微孔膜。在隔膜用微孔膜制造過程中，可以在溶劑萃取前進展單向或雙向拉伸，萃取后進展定型處理并收卷成膜，也可以在萃取后進展拉伸。和干法相比，濕法的制膜過程相對容易調控，可以較好地控制孔徑、孔徑分布和孔隙率，且機械性能良好，可以滿足動力電池的大電流充放的要求。但制備過程中需要大量的溶劑，容易造成環(huán)境污染，而

10、且工藝相對復雜，采用的聚乙烯基材熔點也比擬低只有140，所以熱穩(wěn)定性較差。目前日韓廠商采用濕法工藝的公司較多，主要有日本旭化成、東麗、三菱化學、韓國SK化學和美國Entek等。2. 隔膜開展趨勢隔膜厚度開展趨勢消費類鋰離子電池追求更薄，動力電池傾向于厚膜。對于手機、筆記本電腦、電子相框等消耗型鋰離子電池，25m的隔膜逐漸成為標準。然而，由于人們對便攜式產(chǎn)品的使用的日益增長，更薄的隔膜，例如20m、18m、16m、甚至更薄的隔膜開場大*圍的應用。對于動力電池來說，由于裝配過程的機械要求，往往需要更厚的隔膜，同時厚一些的隔膜往往同時意味著更好的平安性。總體來講隔膜的厚度直接影響電池的平安性、容量和

11、內阻等指標，目前常用的隔膜厚度一般為1640um。凝膠聚合物鋰離子電池的復合隔膜可能成為未來隔膜的開展趨勢。為了消除液態(tài)鋰離子電池潛在的爆炸隱患，近年使電解液與具有離子傳輸性能的聚電解質充分浸潤形成凝膠的全固態(tài)凝膠聚合物鋰離子電池開場出現(xiàn)。全固態(tài)鋰聚合物電池采用凝膠聚電解質，要求隔膜具有良好的吸液性能，出現(xiàn)了以偏氟乙烯與六氟丙烯共聚物PVDF-HFP為主要材料，通過溶劑涂膜、靜電紡絲或拉伸方法制備凝膠聚合物隔膜的研究和報道。同時以聚烯烴隔膜材料為基體，涂覆PVDF、PEO等材料，適應于凝膠聚合物鋰離子電池復合隔膜的研究也有大量報道。全固態(tài)凝膠聚合物鋰離子電池指明了未來鋰離子電池的開展方向，對于

12、國內隔膜生產(chǎn)企業(yè)來說，開發(fā)能夠滿足全固態(tài)鋰離子聚合物電池使用的隔膜將是大勢所趨。三鋰離子電池隔膜行業(yè)狀況1.全球鋰離子電池隔膜行業(yè)狀況全球隔膜產(chǎn)業(yè)呈穩(wěn)步高速增長全球*圍內來看，隨著鋰離子電池應用*圍的逐步擴*，下游鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模保持了快速的增長趨勢，從而帶動整個隔膜產(chǎn)業(yè)的高速增長。2008年到2011年間，全球鋰離子電池隔膜的產(chǎn)量均保持了10%以上的增長速度，特別是2009年受益于全球經(jīng)濟的復蘇，下游需求的增長帶動全球隔膜產(chǎn)量增幅高達20.15%，到達3.28億平方米。2010年，由于基數(shù)較大的原因，隔膜產(chǎn)量的增幅保持平穩(wěn)，產(chǎn)量到達3.93億平方米。2011、2012年，受到下游需求帶動的

13、影響，隔膜產(chǎn)量到達4.87和6.54億平方米，同比增長23.9%和34.29%。圖2. 全球隔膜產(chǎn)量趨勢據(jù)研究統(tǒng)計，2013年全球鋰電隔膜出貨量為7.76億平方米，同比增長22.78%。產(chǎn)品主要有傳統(tǒng)的聚烯烴類隔膜和新型無紡布隔膜兩大類，其出貨量分別為7.68億平方米和800萬平方米。業(yè)內人士分析，新型材料隔膜雖然在性能上表現(xiàn)相對好一些，但是由于價格偏高而造成市場需求增長非常緩慢。隔膜市場仍為國外制造商占主體2013年全球隔膜龍頭依然是日本旭化成、東麗以及美國Celgard，前三名總市場份額高達48.33%，使得隔膜國際市場依舊是寡頭壟斷形態(tài)。值得注意的是，日本的這兩家企業(yè)的主要增長得益于涂覆

14、了陶瓷材料的PE隔膜產(chǎn)品，其以更薄的隔膜和更高的耐熱性能取代了局部美國Celgard生產(chǎn)的PP/PE/PP三層復合隔膜的動力鋰離子電池業(yè)務。第四名的韓國SK創(chuàng)新公司除了本國固有的三星SDI客戶外，其在中國的市場業(yè)務也拓展良好。 中國的隔膜龍頭企業(yè)*格瑞恩、*星源材質、*金輝高科分別以7000萬平方米、3200萬平方米以及2600萬平方米位列第五、七、八位。格瑞恩的主打產(chǎn)品是PP隔膜，不過已經(jīng)有試產(chǎn)的PE生產(chǎn)線；星源材質和金輝高科的產(chǎn)品分別以PP隔膜和PE隔膜為主。圖3. 2013年全球主要隔膜企業(yè)市場份額電動汽車爆發(fā)式增長使隔膜需求量倍增2013年全球電動汽車銷量同比增長78.3%，2014年

15、預計同比增長80%，全球電動汽車保有量將超過70萬輛。根據(jù)國際能源署估計，2015年全球電動汽車銷量將到達110萬輛，2020年將到達690萬輛，市場空間巨大。這種全球電動汽車爆發(fā)式增長將拉動鋰電池材料需求增長。以特斯拉為例，2014年特斯拉ModelS電動轎車銷量將達3.5萬輛，年產(chǎn)量將達5萬輛，每輛特斯拉電動車平均使用7500個18650電芯，每個18650電芯隔膜使用量為0.09m2，則每輛特斯拉電動車消耗隔膜675平方米，2014年特斯拉電動車的隔膜用量則為3375萬平方米。據(jù)了解，特斯拉的目標是爭取在10年內將產(chǎn)量擴大至50萬輛，如果使用的電池組保持現(xiàn)狀，到2024年，特斯拉電動車的

16、全球隔膜將到達3.4億平方米。2. 國內鋰離子電池隔膜行業(yè)狀況國內隔膜需求增加，但國產(chǎn)隔膜市場占有率低作為世界上最大的鋰電池生產(chǎn)制造基地和第二大鋰離子電池生產(chǎn)國和出口國，中國對隔膜的需求日益增加。2013年，中國國內隔膜市場容量為5.38億平方米，同比增長40.40%，市場規(guī)模到達50.32%億元，同比增長20.52%。但是由于隔膜具備較高的技術壁壘，國產(chǎn)隔膜與進口隔膜在性能上存在較大差距，導致國內隔膜市場大局部需要進口，尤其是高端隔膜根本依靠進口。因此，僅從國產(chǎn)隔膜的產(chǎn)量來看，2013年，國產(chǎn)隔膜的產(chǎn)量僅為2.96億平方米，產(chǎn)量約為國內隔膜市場容量的50%左右，同比增速保持了54.31%。圖

17、4. 2009年-2013年我國隔膜產(chǎn)量及國內隔膜需求量中高端為國際巨頭壟斷，僅三家國內企業(yè)具中高端產(chǎn)能目前國內鋰電池隔膜市場主要呈現(xiàn)國外、外鄉(xiāng)廠商共存且兩極分化的市場格局：低端市場集中度較低，無序競爭狀態(tài)明顯，主要由外鄉(xiāng)廠商占據(jù)；技術門檻高、產(chǎn)品質量要求高的中高端市場則為日韓廠商及外鄉(xiāng)少數(shù)領先企業(yè)所占據(jù)。國內僅有的三家能生產(chǎn)中高端鋰電隔膜的企業(yè)包括*明珠、*星源材質、佛塑科技與比亞迪合資公司金輝高科。*星源已切入LG供給鏈；*明珠也成功打入比亞迪、*星恒、中航鋰電供給體系；佛塑科技聯(lián)營公司*金輝高科的客戶包括比亞迪、比克等國內知名電池廠商，公司產(chǎn)品主要用于數(shù)碼類產(chǎn)品的鋰電池上。國內的鋰電池隔

18、膜企業(yè)未來有望憑借性價比，進一步打入國際供給體系。中國隔膜行業(yè)產(chǎn)能嚴重過剩，導致價格迅速下滑在4 大關鍵材料中，隔膜是唯一沒有完全實現(xiàn)國產(chǎn)化的，行業(yè)初期毛利率高達40%。眾多企業(yè)看到投資時機，本著先有量再有質的一貫方式，上馬隔膜工程，致使現(xiàn)在中國企業(yè)隔膜規(guī)劃產(chǎn)能已經(jīng)到達了一個令人不可置信的數(shù)字36億平方米，是我國國內需求量的6倍多。參與企業(yè)的迅速增多引發(fā)了劇烈競爭，導致隔膜價格快速下滑。從圖5可以看到，國產(chǎn)PP隔膜的均價由2010 年的8 元/m2下降到了2013 年的4.4 元/m2，而國產(chǎn)PE 隔膜的均價則由2010 年的9.3 元/m2下降到了2013 年的5.6 元/m2，降幅分別到達了45%和40%。圖5. 2010年-2013年國產(chǎn)隔膜價格走勢國內隔膜企業(yè)和國際龍頭的主要差距目前國內的隔膜企業(yè)和國際龍頭的主要差距在于企業(yè)實力、生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝的研發(fā)、生產(chǎn)設備、以及長期積累的品牌信任度。首先，國外隔膜廠商根本都有生產(chǎn)電池的背景或者是從電池企業(yè)轉型而來，因此他們了解下游電池企業(yè)的生產(chǎn)需要，也有足夠的財力支持從原材料開場進展研發(fā)，例如旭化成、東麗、Celgard等都有獨立的高分子實驗室，可以實現(xiàn)專料供給。而國內的隔膜企業(yè)主要是做塑料拉伸膜的塑料加工企業(yè)、風投組成