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中投略:锂离子电池隔膜行业竞争格局日趋严峻

2013-03-25 20:17:16 来源:中国投资研究网 【字体: 【收藏本页】【打印】【关闭】

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核心提示:对于隔膜市场的未来发展,与外资雄厚的技术、资金实力相比,国内企业还很弱。在目前动力锂离子电池用隔膜主要依赖进口的情况下,若是这个行业得不到国家政策的有力扶持,5年内市场格局将不会改变。


关键词: 锂电池 隔膜

  对于隔膜市场的未来发展,与外资雄厚的技术、资金实力相比,国内企业还很弱。在目前动力锂离子电池用隔膜主要依赖进口的情况下,若是这个行业得不到国家政策的有力扶持,5年内市场格局将不会改变。

  隔膜材料产业近两三年的变化非常大,一些新型隔膜材料产品(聚酯膜、纤维素膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、氨纶或芳纶膜等)粉墨登场的同时,产业和市场格局也开始随之发生变化。这些变化将会持续几年,或将显著影响现有隔膜材料产业和市场格局。

  隔膜生产工艺

  目前市场化的锂离子电池隔膜主要是以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜,包括单层PE,单层PP,三层PP/PE/PP复合膜。现有的聚烯烃隔膜生产工艺可按照干法和湿法分为两大类,同时干法又可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。

  干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法,制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,在高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成银纹等微缺陷,然后高温下使缺陷拉开,形成微孔。这种方法最早见于美国Celanse公司1970年专利USPatent3426754,用于生产单层的聚丙烯多孔膜。该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟,现在美国Celgard公司、日本UBE公司采用此种工艺生产单层PP、PE以及三层PP/PE/PP复合膜。用这种方法生产的隔膜具有扁长的微孔结构,由于只进行单向拉伸,隔膜的横向强度比较差,但正是由于没有进行横向拉伸,横向几乎没有热收缩。

  由于受国外专利保护及知识产权方面的制约,国内采用单向拉伸方法制备隔膜的工业化进展很慢。国内2004年已经开始有这方面工艺的专利,和国外专利的不同之处在于,在聚丙烯中加入具有结晶促进作用的成核剂以及油类添加剂剂,加速了退火过程中的结晶速率。该技术现用于杭州一条生产线,采用单向拉伸的方法进行 PP单层隔膜的生产,已经有此种类型的国产隔膜在市场上销售。

  湿法又称相分离法或热致相分离法,将高沸点小分子作为致孔剂添加到聚烯烃中,加热熔融成均匀体系,然后降温发生相分离,拉伸后用有机溶剂萃取出小分子,可制备出相互贯通的微孔膜材料,适用的材料广。采用该法的具有代表性的公司有日本旭化成、东燃及美国Entek等,目前主要用于单层的PE隔膜。用湿法双向拉伸方法生产的隔膜由于经过了双向拉伸具有较高的纵向和横向强度。国内佛山塑料集团在2004年建立了一条采用湿法工艺生产PE隔膜的双向拉伸生产线,2005年底开始有产品在市场上销售。  有实力的“外行”介入隔膜制造领域的情况有日渐增多的趋势。杜邦(Dupont,世界500强之一,预计2012年营收超过400亿美元)开发出用于锂离子电池的新型聚酰亚胺基分离隔膜,据悉可使电动汽车提高电池动力并延长寿命。杜邦已于2011年初在美国威明顿和韩国首尔开始量产这种隔膜,向锂离子电池推销,挑战现有隔膜材料市场格局的意图非常明显。东丽(Toray,2011财年实现营收200亿美元)与东燃化学(Tonen)合资组建有隔膜材料企业,自己也已经开发出了耐热性和尺寸稳定性俱佳的,以芳纶树脂为基材的多孔质薄膜“微多孔芳纶薄膜”材料产品,正在向锂离子电池企业提供相关样品以供测试。

  中国方面也有一些大型“外行”企业介入到了隔膜制造领域。首钢总公司(世界500强之一)与中科院理化所合资组建了首科喷薄(SKPB),利用理化所吴大勇技术团队开发出的纳米纤维隔膜技术实施产业化,目前已向市场推出了相关产品。中兴新(ZTE,年营收规模100多亿美元)于2012年08月在深圳成立了专注隔膜材料研发制造业务的深圳中兴创新材料技术有限公司(中兴新材)。

  现有的其他锂电材料领域的企业也在积极介入隔膜材料市场。在电解液和负极材料市场拥有较大市场份额的三菱化学,一直在努力开拓隔膜市场,旗下三菱树脂早在2009年中就建成了隔膜量产体制并向市场推出隔膜材料产品。由于从现有三强(旭化成、Celgard、东燃化学)手中抢夺市场份额存在较大困难,三菱化学开始把目光转向正在兴起中的汽车动力锂离子电池市场。住友化学、杉杉科技等企业也和三菱化学的想法相当,希望成为锂电四大关键材料(正极材料、负极材料、电解液和隔膜)的综合型供应商,在这种发展战略指导下,两家公司都已介入隔膜材料制造领域。

  从2004年新乡格瑞恩公司第一条生产线调试成功并生产出合格产品开始算起,中国锂离子电池隔膜材料产业的发展时间还不到10年。在这很短的时间内,有的“老企业”已经退出,有的步履蹒跚,同时又不断有新资本介入,新企业层出不穷。中国隔膜材料产业发展就像整个中国经济这10年发展的缩影:“过剩”的中国资本在四处寻找“活路”,追逐着希望和梦想。

  曾几何时,有人期盼中国经济发展能够走上“量变引起质变”的良性发展道路,现在,实际发展结果我们也已经看到了,“量变”不但没有引发“质变”,反而产生了一堆之前没有想到的问题,并在阻碍着政府对经济发展方式的主动求变。锂离子电池隔膜材料领域,会不会“量变引起质变”,墨柯不清楚,但事实是国内隔膜材料市场的价格战这两年已经开始打了起来,且有愈演愈烈之势,3元/m2的白菜价已经开始出现。考虑到货币超发引起的通货膨胀等因素,两头受挤之下,行业的利润率在直线下降。这样,那些做了再说、期待从市场获取收入来提高技术水平和产品质量的想法,就显得是那么不切实际。

  “老企业”中,曾经引起业内人士普遍关注的桂林新时科技现在已经悄无声息地从人们的视野中消失了。辽源市鸿图纸业2007年07月与韩国MASTER 公司签订的年产4,400万m2锂离子电池隔膜项目,但该公司至今还没有向市场推出隔膜产品。此外,山东正华、中科来方、杭州华容科技等“老企业”,发展得都非常缓慢,市场一直没能做起来。杭州华容科技这几年来一直悄无声息,不过,山东正华看来找到了新的资金,正在积极地扩充产能。中科来方目前主要是依靠兄弟企业瑞声新能源的订单,二者同为江苏远宇集团旗下企业。

  与此同时,新进企业层出不穷。锂离子电池市场的大发展,直接带动了材料市场的大发展。由于隔膜材料是中国唯一尚未实现完全自给的锂离子电池关键材料,因此吸引了很多企业的兴趣。近两三年,除了传统的隔膜三强格瑞恩、金辉高科和星源材质之外,有一大批新进企业参与了进来。上期月度报告真锂研究简单介绍了江西先材、首科喷薄、沧州明珠、天津东皋膜、南通天丰、东航光电和云天化纽米科技等7家企业,本期月度报告再简单介绍了几家企业,如南洋科技、义腾新能源、苏州捷力、大东南、九九久、铜陵晶能电子、江苏立鼎、三门峡兴邦等。

  在隔膜技术的发展方面,目前存在两大路线:一是传统的聚烯烃(Polyolefin)隔膜(PP、PE单层隔膜及多层复合膜)技术路线,二是无纺布隔膜技术路线。出于配套产业较为发达、可利用现有生产设施等方面因素的综合考虑,目前全球主要隔膜企业的技术开发重心还是放在传统聚烯烃类隔膜上,而致力于开发无纺布隔膜技术的则多为一些新进企业。

  一般而言,PE隔膜主要采用湿法工艺制造,但也有企业在尝试开发干法制造PE隔膜的工艺技术。山东正华公司就声称成功研发出了“干法PE单向拉伸制备锂离子电池隔膜技术”。而应用于动力锂离子电池的PE隔膜材料,最重要的是提高安全性能。鉴于PE的闭孔温度不高,普遍办法是在隔膜表面再涂覆一层材料以提高隔膜的耐热性能。一般是涂覆无机陶瓷材料,很多企业都在这么做,但是技术发展至今,也有企业开始尝试有机涂覆,如义腾新能源就开发出了有机聚合物涂层的PE隔膜材料产品。

  东燃化学(Tonen)动力锂离子电池隔膜技术特点是提高基体材料的性能,同时革新薄膜制造工艺。旭化成(Asahi)推出的 “IBS(Inorganic-blended separator)”动力锂离子电池隔膜,是在隔膜中混合无机物,其最大特点是可直接利用现有的锂电池隔膜量产线,因此制造成本可维持现有水平。不少中国企业也声称掌握了PE隔膜陶瓷涂覆的技术,并正在尝试推出相关动力锂离子电池隔膜产品。

  PP隔膜产品技术的主要推动力量是美国Polypore集团旗下的Celgard公司,这方面该公司做了大量工作,并引导着相关应用技术的开发潮流。国内PP隔膜的代表性企业现阶段是新乡格瑞恩和深圳星源材质,以后是否会有其他企业取而代之,目前未知。

  目前车用动力锂离子电池制造主要采用的PP/PE/PP三层复合隔膜,就是Celgard公司率先开发出来并实现规模化应用的。另外,在单层PP隔膜上进行陶瓷涂覆也是一个办法。三菱化学就在采用这个办法。三菱化学旗下的三菱树脂于2011年12月16日对外宣布,开发出了可耐热200℃以上的锂离子电池用隔膜并建立起了相关量产体制。

  总的来看,在聚烯烃类隔膜上涂覆无机陶瓷物以提高隔膜材料的耐高温性能,这一类的技术发展已比较成熟,且大致存在着一个先PE后PP的过程,这是PE 熔点相对较低的原因所致。真锂研究认为,这可能是日本矢野经济研究所认为动力锂离子电池隔膜出现了采用湿式而非干式的动向的主要原因。

  一些新进企业为了取得成功,则希望避开隔膜领域现有主要企业的优势,开发新型隔膜材料产品以切入这个市场。在这种思路下,近几年,在杜邦、三菱制纸、王子制纸等企业的带动下,无纺布隔膜技术的开发成为了热点。

  上期月度报告介绍的江西先材和杜邦开发的聚酰亚胺(PI)隔膜,就是属于无纺布隔膜。另外,聚酯(主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET),习惯上也包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT))膜、纤维素膜、聚酰胺(PA)膜、芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺,Aramid fiber)膜、氨纶(聚氨基甲酸酯纤维,PU)膜等等,都是属于无纺布隔膜这一大类。

  在纤维素隔膜技术开发方面,德国赢创德固赛开发的Separion?隔膜可能是最早的无纺布隔膜产品,其制备方法是在纤维素无纺布上复合Al2O3或其他无机物。日本特种东海制纸(总部位于东京)也已经开发出了纤维素隔膜材料技术并计划2014年秋实现量产。中国科学院青岛生物能源与过程研究所仿生能源与储能系统团队2012年在动力锂离子电池隔膜领域取得突破性进展,成功开发出具有自主知识产权的高安全性阻燃生物质复合材料的动力锂电池隔膜,并达到中试生产规模。

  在聚酯类隔膜技术开发方面的代表性企业是日本王子制纸和三菱制纸。王子制纸通过造纸方法成形湿法无纺布基材,在基材上涂覆PU、PET或PTFE(聚四氟乙烯,又称Teflon)树脂,树脂层通过助剂形成具有比基材更小孔径的多孔结构,可以制备孔径在200nm左右的隔膜材料。三菱制纸和东京理工大学开发出了直接使用高耐热性纤维素和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的无纺布隔膜技术,隔膜试制品的最大特点是具有高耐热性以及因空隙率高而具有的优异的电解液浸透性。

  中国也有一些企业在积极开发聚酯类隔膜材料技术,如浙江宁波长阳科技有限公司、大东南等。


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