中國(guó)粉體網(wǎng)訊  2018年9月27-28日，中國(guó)粉體網(wǎng)聯(lián)合中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)能源顆粒材料專(zhuān)委會(huì)將于南京舉辦“第二屆能源顆粒材料制備及應(yīng)用技術(shù)高峰論壇”，并邀請(qǐng)南京大學(xué)周豪慎教授為業(yè)內(nèi)人士帶來(lái)精彩報(bào)告：《開(kāi)發(fā)用于高比能鋰二次電池的新型隔膜》。

隔膜之“薄”承受鋰電安全之“重”

可充電鋰離子二次電池具有高比能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)的特性，又具有安全、可靠且能快速充放電等優(yōu)點(diǎn)，因而成為近年來(lái)新型電源技術(shù)研究的熱點(diǎn)。其中隔膜是鋰離子電池四大材料之一，也是技術(shù)壁壘最高的部分，其成本占比僅次于正極材料，約為10%~14%，在一些高端電池中隔膜成本占比甚至達(dá)到20%。

作為隔離正負(fù)極片的薄膜材料，厚度僅在幾微米到幾十微米之間，如此之“薄”，確是國(guó)產(chǎn)動(dòng)力電池性能突破的關(guān)鍵之一。隔膜在電池中主要有兩方面作用，一是隔開(kāi)電池正負(fù)極，避免正負(fù)極材料直接接觸，防止內(nèi)部短路；二是作為鋰離子的遷移通道，保證鋰離子能在正負(fù)極之間自由移動(dòng)。鋰離子電池隔膜的結(jié)構(gòu)和性能影響著電池的容量和壽命，并在很大程度上決定著電池的安全性能。

鋰電池隔膜需求快速增長(zhǎng)

因隔膜的生產(chǎn)工藝具有較高的技術(shù)壁壘，其成本約占鋰離子電池成本的 10%-20%，毛利率可達(dá)50%-60%，是四大主要材料中毛利率最高的產(chǎn)品，因此，鋰電池隔膜也被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中最具投資價(jià)值的行業(yè)之一。

根據(jù)公開(kāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2017年我國(guó)鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模約為80ＧＷｈ，隔膜需求量約為12億平方米，而當(dāng)年的新能源汽車(chē)銷(xiāo)量約為78萬(wàn)輛。根據(jù)我國(guó)新能源汽車(chē)的發(fā)展規(guī)劃，2020年國(guó)內(nèi)新能汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量要達(dá)到200萬(wàn)輛，屆時(shí)鋰離子電池的市場(chǎng)規(guī)模約為180ＧＷｈ，按照1ＧＷｈ需要2000萬(wàn)平方米的隔膜計(jì)算，對(duì)應(yīng)隔膜需求量將達(dá)到約36億平方米。

毛利率高、增長(zhǎng)速度快，鋰電池隔膜的市場(chǎng)前景一片光明。

目前主流隔膜不容忽視的缺點(diǎn)

目前鋰基電池隔膜市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品是聚烯烴材質(zhì)的微孔薄膜。其根據(jù)基體材料的不同，聚烯烴隔膜可以分為PP膜和PE膜，具有高強(qiáng)度、低成本、孔結(jié)構(gòu)合適、制備工藝成熟的優(yōu)勢(shì)。然而，聚烯烴隔膜也存在不容忽視的缺點(diǎn)。

（1）電解液浸潤(rùn)性差

由于分子鏈中缺乏極性基團(tuán)，聚烯烴材料與使用碳酸酯類(lèi)化合物為溶劑的有機(jī)電解液之間的相容性較差，電解液對(duì)隔膜的浸潤(rùn)能力較弱，影響了隔膜對(duì)電解液的吸附以及離子在隔膜內(nèi)部孔道的傳輸，從而限制了電池性能的發(fā)揮。

（2）熱穩(wěn)定性差

由于分子鏈中缺乏剛性基團(tuán)，聚烯烴隔膜的熱性能較差，高溫條件下容易引發(fā)嚴(yán)重的熱收縮。隔膜發(fā)生熱收縮會(huì)導(dǎo)致電池正負(fù)極直接接觸、引發(fā)內(nèi)部短路，進(jìn)而容易引發(fā)電池的熱失控造成安全事故。在諸如動(dòng)力電池等大容量電池體系的設(shè)計(jì)中，隔膜的熱收縮問(wèn)題尤為嚴(yán)峻，是不可忽視的安全隱患。

（3）不能抑制多硫化物穿梭效應(yīng)

由于聚烯烴隔膜分子結(jié)構(gòu)只有Ｃ-Ｃ鍵和Ｃ-Ｈ鍵，不能與多硫化物陰離子發(fā)生相互作用，無(wú)法抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)，所以聚烯烴隔膜在鋰硫電池中的應(yīng)用效果并不理想，需對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻娓男曰蛘唛_(kāi)發(fā)替代產(chǎn)品。

綜上，開(kāi)發(fā)無(wú)紡布隔膜、涂覆隔膜、固體電解質(zhì)隔膜等新型隔膜勢(shì)在必行。由中國(guó)粉體網(wǎng)聯(lián)合中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)能源顆粒材料專(zhuān)委會(huì)于南京舉辦的“第二屆能源顆粒材料制備及應(yīng)用技術(shù)高峰論壇”上，南京大學(xué)周豪慎教授將深度剖析用于高比能鋰二次電池的新型隔膜。

周豪慎教授簡(jiǎn)介

南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院****教授、博士生導(dǎo)師，教育部長(zhǎng)江講座教授，國(guó)家****特聘專(zhuān)家。1985年本科畢業(yè)于南京大學(xué)物理系，1994年研究生畢業(yè)于日本東京大學(xué)工學(xué)院，獲工學(xué)博士學(xué)位。歷任日本國(guó)立產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所研究員，主任研究員，教授級(jí)主任研究員、研究組組長(zhǎng)，首席研究員。日本國(guó)立東京大學(xué)特任教授（兼）。長(zhǎng)期從事能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換方面的研究，特別在鋰離子電池、鋰空氣電池，新型電池的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面做了大量長(zhǎng)期的工作。