正極、負(fù)極、電解液和隔膜構(gòu)成了鋰離子電池四大基本電極材料。不像前三者，隔膜由于本身不參與電池中的電化學(xué)反應(yīng)，因此長(zhǎng)期沒(méi)有受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。隔膜最基本的功能是導(dǎo)通鋰離子，并且將電池的正、負(fù)極機(jī)械分隔開(kāi)來(lái)防止兩極接觸而造成短路。目前鋰離子電池隔膜的主要材質(zhì)為多孔聚烯烴膜，包括聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)等，一般根據(jù)應(yīng)用采用不同規(guī)格的隔膜，如單層、雙層及三層的濕法或者干法隔膜。

目前市場(chǎng)上主流的隔膜生產(chǎn)工藝包括兩大技術(shù)流派，即干法(熔融拉升工藝)、濕法(熱致相分離工藝)，其中干法工藝又可細(xì)分為干法單向拉伸工藝和干法雙向拉伸工藝。常見(jiàn)PE隔膜閉孔溫度在130℃左右，破膜溫度在150℃左右；PP隔膜的閉孔溫度在145℃左右，破膜溫度在170℃左右。PP/PE復(fù)合隔膜則結(jié)合了PP/PE膜的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械強(qiáng)度好，安全性更高，但透氣性差。目前動(dòng)力電池主要采用的是PP/PE復(fù)合隔膜。此外，陶瓷涂覆隔膜(主要是Al2O3陶瓷涂覆)也可以有效改善隔膜的熱穩(wěn)定性。

筆者認(rèn)為，鋰離子動(dòng)力電池目前面臨最大的挑戰(zhàn)就是安全性問(wèn)題。2014年最熱門(mén)的特斯拉電動(dòng)汽車(chē)總共賣(mài)出幾萬(wàn)輛就有7輛起火燃燒。此外，使用了日本湯淺公司鋰離子電池的波音787型夢(mèng)幻客機(jī)也發(fā)生了數(shù)次鋰電池起火燃燒的事故，而一度導(dǎo)致該型飛機(jī)停飛檢測(cè)。盡管事故發(fā)生的具體原因并不相同，但無(wú)一例外都是鋰電池?zé)崾Э貙?dǎo)致隔膜融化，從而造成了正負(fù)極短接并短時(shí)間釋放出巨大熱量。

當(dāng)電芯溫度上升到130℃以后，負(fù)極表面的SEI膜分解，導(dǎo)致高活性鋰碳負(fù)極暴露于電解液中發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量使電池進(jìn)入高危狀態(tài)。當(dāng)電池內(nèi)部溫度升高到200℃以上時(shí)，正極表面鈍化膜分解正極發(fā)生析氧，并繼續(xù)同電解液發(fā)生劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量形成高內(nèi)壓。當(dāng)電池溫度達(dá)到240℃以上時(shí)，還伴隨鋰碳負(fù)極同粘結(jié)劑的劇烈放熱反應(yīng)。而有機(jī)電解液在氧氣和熱量的環(huán)境下變成了助燃的兇手。

國(guó)家對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池能量密度要求漸漸明確，磷酸鐵鋰和錳酸鋰已經(jīng)不可能滿足未來(lái)純電動(dòng)汽車(chē)的使用要求。鋰硫和鋰空氣電池的產(chǎn)業(yè)化還遙遙無(wú)期，高容量三元材料動(dòng)力電池就成了不二選擇。但是，筆者通過(guò)和國(guó)內(nèi)諸多動(dòng)力電池企業(yè)研發(fā)人員交流了解到，即便采用了陶瓷涂覆的聚烯烴隔膜，使用三元材料的高容量動(dòng)力電池還是很難通過(guò)安全測(cè)試。安全性問(wèn)題似乎成了聚烯烴類隔膜難以逾越的阿喀琉斯之踵。

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

點(diǎn)擊詳情

無(wú)紡布隔膜廣泛用于鉛酸、堿性電池、鎳氫和超級(jí)電容器等領(lǐng)域，其具有耐高溫，孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，近幾年越來(lái)越受到鋰電池業(yè)的關(guān)注。常見(jiàn)的無(wú)紡布隔膜材質(zhì)包括聚酰亞胺(PI)、聚酯(主要指聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)，習(xí)慣上也包括聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT))膜、纖維素膜、聚酰胺(PA)膜、芳綸(聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺，Aramidfiber)膜、氨綸(聚氨基甲酸酯纖維，PU)膜等。

美國(guó)杜邦最早開(kāi)發(fā)出用靜電紡絲技術(shù)制備的聚酰亞胺納米纖維隔膜，并已于2011年初在美國(guó)威明頓和韓國(guó)首爾開(kāi)始量產(chǎn)這種隔膜。2010年，首鋼總公司與中科院理化所合資組建了首科噴薄(SKPB)，利用理化所吳大勇技術(shù)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出的聚酰亞胺納米纖維隔膜技術(shù)實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。

另一個(gè)備受關(guān)注的是由江西先材(深圳惠程投資)生產(chǎn)的聚酰亞胺納米纖維隔膜。聚酰亞胺熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度極佳，被廣泛用于特種航天領(lǐng)域。但由于生產(chǎn)工藝(靜電紡絲工藝)相對(duì)比較復(fù)雜，導(dǎo)致聚酰亞胺膈膜價(jià)格昂貴，聚酰亞胺納米纖維隔膜能否下降到低于10元/m2的市場(chǎng)接受價(jià)格目前尚存疑問(wèn)。

此外，日本廣瀨制紙開(kāi)發(fā)出了以聚烯烴無(wú)紡布為基材、由PVA(聚乙烯醇)納米纖維靜電紡絲制成的鋰離子電池隔膜。該產(chǎn)品與主流的聚烯烴多孔質(zhì)薄膜式隔膜相比，提高了熔化溫度的上限因而更加耐熱(熔化溫度上限高達(dá)200℃以上)。另外，據(jù)該公司介紹，在納米纖維中添加硅(SiO2)等無(wú)機(jī)物后，還可進(jìn)一步提高熔化溫度的上限。

在纖維素?zé)o紡布和PET無(wú)紡布隔膜方面，德國(guó)Evonik(Degussa)最早推出了Separion?隔膜。其制備方法是在PET無(wú)紡布上復(fù)合Al2O3或者SiO2以及其它無(wú)機(jī)氧化物。Evonic與Daimler-Benz合資成立的Li-Tec公司(后來(lái)奔馳單獨(dú)控股)使用Separion?復(fù)合陶瓷膈膜用于其三元?jiǎng)恿﹄姵?/a>的生產(chǎn)，由于該復(fù)合陶瓷膈膜的機(jī)械強(qiáng)度較低，Li-Tec的三元電池采用的是疊片工藝而非繞卷工藝。

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

點(diǎn)擊詳情

德國(guó)Freudenberg(科德寶)也推出了類似產(chǎn)品，在2014年CIBF會(huì)議上，科德寶展示了采用該隔膜的5Ah三元軟包電池通過(guò)過(guò)充、針刺和熱箱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用傳統(tǒng)聚烯烴的軟包電池均發(fā)生了起火爆炸，而采用陶瓷涂覆PET無(wú)紡布隔膜的電池?zé)o起火和冒煙。日本特種東海制紙宣稱開(kāi)發(fā)出了纖維素隔膜材料技術(shù)，并計(jì)劃2014年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。美國(guó)Dreamweaver公司開(kāi)發(fā)出了基于納米和微米纖維素混合的無(wú)紡布隔膜，已經(jīng)送樣給多家鋰電池和超級(jí)電容廠商進(jìn)行測(cè)試。位于美國(guó)科羅拉多州的PorousPowerTechnology開(kāi)發(fā)出了PVDF和Al2O3填充的PET隔膜。日本王子制紙通過(guò)造紙方法成形濕法無(wú)紡布基材，在基材上涂覆PU、PET或PTFE樹(shù)脂，樹(shù)脂層通過(guò)助劑形成具有比基材更小孔徑的多孔結(jié)構(gòu)，可以制備孔徑在200nm左右的隔膜。三菱制紙聯(lián)合東京理工大學(xué)開(kāi)發(fā)出了直接使用高耐熱性纖維素和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)的無(wú)紡布隔膜技術(shù)。

在國(guó)內(nèi)方面，目前僅有寧波艾特米克鋰電科技有限公司推出了具有閉孔特性的納米纖維隔膜。據(jù)報(bào)道，該公司生產(chǎn)的隔膜孔隙率在60%以上，孔徑大小在300納米左右，在200℃無(wú)形變，在560℃針刺測(cè)試下孔徑不擴(kuò)大。此外，其吸液性和對(duì)電解液潤(rùn)濕性均比現(xiàn)有隔膜有所提升。據(jù)報(bào)道，該公司年產(chǎn)400萬(wàn)平方米的納米纖維隔膜中試線預(yù)計(jì)在2015年中旬完工投產(chǎn)。

除了聚酰亞胺和納米纖維素材料，芳綸隔膜也越來(lái)越受到關(guān)注。東麗(Toray)與東燃化學(xué)(TonenGeneralSekiyuKK)合資組建的隔膜材料企業(yè)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了耐熱性和尺寸穩(wěn)定性俱佳的以芳綸樹(shù)脂為基材的多孔質(zhì)薄膜“微多孔芳綸薄膜”材料產(chǎn)品。日本帝人(Teijin)也于2012年2月宣布開(kāi)發(fā)出了用于聚合物層疊型鋰離子電池的芳綸纖維隔膜材料產(chǎn)品，使聚合物鋰離子電池的輸出功率提高了20%。

在制造技術(shù)方面，日本帝人宣稱，憑借其“世界首創(chuàng)”的兩面同時(shí)涂裝以及相當(dāng)于原來(lái)5倍以上速度的高速涂裝工藝，可以實(shí)現(xiàn)高效率生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)也有數(shù)家芳綸企業(yè)傳出正在開(kāi)發(fā)用于鋰電池的芳綸隔膜產(chǎn)品，比如深圳龍邦等。同聚酰亞胺一樣，芳綸耐高溫具有極佳的機(jī)械性能而被用于防彈衣和飛機(jī)復(fù)合材料等領(lǐng)域。但是，芳綸生產(chǎn)成本較為昂貴，其價(jià)格能否最終為鋰電池企業(yè)接受還有待觀察。到目前為止，還沒(méi)有無(wú)紡布隔膜被動(dòng)力電池企業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的報(bào)道。

相較于毛利率不到10%的正負(fù)極材料，鋰電池隔膜利潤(rùn)率一度曾經(jīng)高達(dá)70%。因此，眾多的國(guó)內(nèi)隔膜企業(yè)如雨后春筍般地蜂擁而入。但是相對(duì)于正負(fù)極和電解液而言，隔膜是一個(gè)高技術(shù)門(mén)檻的行業(yè)。做出隔膜不難，但是做出品質(zhì)好的高端隔膜則非常難。由于缺乏技術(shù)沉淀和持續(xù)的研發(fā)投入，國(guó)內(nèi)隔膜質(zhì)量和批次穩(wěn)定性仍然不及國(guó)外進(jìn)口隔膜。在產(chǎn)品沒(méi)有核心競(jìng)爭(zhēng)力的情況下，同質(zhì)化嚴(yán)重而導(dǎo)致價(jià)格戰(zhàn)愈演愈烈。

目前干法雙拉隔膜均價(jià)已下降至4元以下，單拉隔膜5元左右；濕法隔膜價(jià)格在4-6元之間，降幅超過(guò)30%。就目前的現(xiàn)狀而言，無(wú)紡布隔膜價(jià)格肯定比國(guó)產(chǎn)聚烯烴隔膜貴不少。聚酰亞胺和芳綸隔膜甚至高于10元/m2。PET和纖維素隔膜具有價(jià)格上的潛在優(yōu)勢(shì)，最終產(chǎn)業(yè)化后應(yīng)該可以做到低于10元/m2以下。

目前，對(duì)于無(wú)紡布隔膜最大的優(yōu)勢(shì)就是高容量鋰離子動(dòng)力電池，尤其是大型三元?jiǎng)恿﹄姵氐陌踩詥?wèn)題。如果無(wú)紡布隔膜企業(yè)能夠以此為切入口，結(jié)合無(wú)紡布隔膜對(duì)于鋰離子電池的倍率性和使用壽命的提高從而生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，那么不排除無(wú)紡布隔膜后來(lái)居上的可能性。國(guó)內(nèi)隔膜廠也應(yīng)該加強(qiáng)技術(shù)積累，隨時(shí)密切關(guān)注國(guó)外相關(guān)無(wú)紡布隔膜技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，及早應(yīng)對(duì)。