锂电池隔膜行业分析报告.docx

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锂电池隔膜行业分析报告

2015年锂电池隔膜行业分析报告

2015年8月

行业在蜕变：

在3C锂电时代，国内隔膜市场是个十几亿的小市场，动力电池的爆发将国内隔膜市场引向百亿级别的大市场（以100万辆电动汽车销量估算，电池需求在500亿以上（考虑到降价），其中隔膜需求超过50亿，而国内整车一年销量超2000万辆），短期来看未来两年国内动力电池需求量将超过3C成为国内锂电市场的主角，市场将迎来一个量价齐升的大幅扩容阶段（动力锂电的隔膜单价和单位消耗量高于3C）。

格局在重构：

隔膜作为锂电四大核心组件中技术壁垒最高的部分，是四大核心组件里面国产化率最低的部分，近几年国内隔膜厂商技术愈发成熟，并且部分厂商开始切入一线动力电池供应链，迫于电池成本压力和政府国产化要求，中国隔膜厂商快速崛起将重构全球隔膜市场格局。

寻找最后的胜利者：

隔膜的高毛利短期吸引低端产能无序扩张，未来中低端市场竞争将加剧，但国外的经验表明在成熟供应链竞争体系下，隔膜是个高度集中的市场，因此高端化和供应链壁垒优势将在今后的竞争格局中扮演最重要的角色，看好进入一线动力电池供应链体系、坚决走高端路线的国内隔膜厂商。

一、技术壁垒最高的锂电池材料，涂覆隔膜是发展趋势

1、隔膜技术壁垒高，是锂电池核心组件

隔膜是决定锂离子电池性能、安全性和成本的重要部分。

锂离子电池的放电原理是正极材料中的锂离子Li+脱嵌，通过电解液移动到负极中，电子则通过外电路从正极移动到负极中形成电流。

正负极材料一旦发生接触就会导致电池发生短路，甚至发生燃烧和爆炸。

隔膜是一种绝缘材料，其主要作用在于防止正负极材料接触导致短路，是保障电池安全的最重要部分之一。

隔膜能够浸润在电解液中，而且表面上有大量允许锂离子通过的微孔。

材料、厚度和微孔数量等等特性都会影响锂离子穿过隔膜的速度，进而影响到电池的放电倍率、循环寿命等性能。

在四大锂离子电池材料中，隔膜的成本占比仅次于正极材料，约为10%-14%，在一些高端电池中，隔膜成本占比甚至达到20%，主要原因在于：

四大锂离子电池材料中，隔膜技术壁垒最高，毛利率最高。

隔膜的性能决定于基体材料的选取和制作工艺，主要包括稳定性、一致性和安全性，对于电池的放电倍率、内阻、循环寿命、安全性等特性有决定性影响，具体包括以下几点：

稳定性—基体材料影响较大，实现难度较低。

不同的材料选择对于隔膜的稳定性有较大影响，主要包括电子绝缘性、化学稳定性、拉伸强度和收缩率。

电子绝缘性是隔膜的最基本特性，隔离正负极材料，防止电池发生短路。

化学和电化学稳定性指的是隔膜需要在具有腐蚀性的电解液以及电压下保持稳定性，保证有较长的使用寿命。

较强的拉伸强度和较小的收缩率能够保证隔膜在挤压、高温等环境中不变形，进而防止正负极材料发生接触而短路。

由于只需要选择了基体材料，也就确定了隔膜的稳定性，因此在工艺上实现难度较低。

一致性-工艺影响较大，实现难度较高。

隔膜的一致性决定于生产工艺，主要包括孔径、孔隙率、浸润性和厚度，通过影响锂离子的通透性而对于电池的内阻有决定性影响。

孔径指的是隔膜上微孔的大小，孔径越大锂离子的通透性越好，但容易造成隔膜穿孔导致电池微短路，通常湿法隔膜的孔径在0.01~0.1um，干法隔膜的孔径在0.1~0.3um。

孔隙率指的是微孔体积占隔膜总体积的比例，孔隙率越大，锂离子的通透性越好，但也容易降低隔膜的强度和闭孔性能，造成安全隐患，通常孔隙率为40%-60%。

浸润性指的是电解液对隔膜的浸润程度，相同厚度的隔膜，能够吸收的电解液越多，说明浸润性越好，锂离子的通透性也就越好。

隔膜厚度越厚，抵抗穿刺的能力越大，电池的安全性也就越高，但会降低锂离子的通透性，而且厚度越高的隔膜能卷绕的层数越少，也会降低电池的容量。

安全性-基体材料和工艺共同影响，实现难度较高。

隔膜的安全性受基体材料和制作工艺的共同影响，主要包括穿刺强度、融化温度和闭孔温度，实现难度较高。

隔膜需要有足够的抗穿刺强度保障在生产和使用过程中的安全，生产过程中，电极表面和边缘容易产生毛刺；使用过程中，锂容易形成枝状的晶体，毛刺和锂晶体都容易刺穿隔膜，造成电池短路。

熔化温度指的是隔膜材料发生熔化的温度，电池使用过程中容易发生电池温度上升的情况，隔膜熔化会导致电池发生短路，因此熔化温度越高，安全性越高。

闭孔温度指的是达到一定温度后，隔膜的微孔会关闭，通过阻止锂离子的通过而自动断电，达到防止电池过热的目的。

隔膜需要在轻薄化和安全化之间寻找平衡，便携类电池更注重轻薄化，动力电池更注重安全化。

以现有的技术讲，隔膜轻薄化和安全化存在一定冲突，厚度越厚，隔膜防止刺穿的能力和稳定性越好，因此安全性越高，但也由于能卷绕的次数减少而降低电池容量。

便携类电池和动力电池需要在能量密度和安全性之间寻找一个平衡，便携类电池更注重电池能量密度，而提高安全性是动力电池更迫切的需求。

因此，目前便携类锂离子电池通常使用9-20um的单层隔膜，动力电池通常使用25-40um的双层隔膜，而对于一些对安全性有特殊要求的电池，会使用40um厚度以上的隔膜。

轻薄化和安全化之间寻找平衡主要是受制于当前的技术条件，便携式和动力电池都需要提高能量密度和安全性。

因此，在保障安全性的基础上，轻薄化是便携式和动力电池的共同发展趋势。

2、干法、湿法的工艺比较

隔膜的制作工艺主要分为干法和湿法两大派系。

目前市场上绝大多数隔膜都是聚烯烃类隔膜，其制作工艺主要分为干法拉伸和湿法拉伸两大派系，其中干法拉伸又分为单向拉伸和双向拉伸两种工艺。

一般聚乙烯（PE）隔膜主要采用湿法拉伸工艺，聚丙烯（PP）隔膜采用干法拉伸的工艺。

干法单向拉伸隔膜几乎没有热收缩，但横向强度较差，代表企业为美国Celgard、日本宇部、星源材质。

干法单向拉伸工艺采用的是晶片分离原理,先将聚烯烃树脂处于熔融状态，然后挤出得到低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，再通过高温退火得到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。

干法单向拉伸形成的微孔结构较为扁长，导致横向强度较差，但横向的结构使得隔膜几乎没有热收缩现象，在这方面又提升了隔膜的安全性。

该工艺美国和日本企业技术最为领先，代表企业为美国的Celgard和日本的宇部，国内干法单向拉伸工艺发展较晚，我国企业在2004年才开始有技术专利，目前星源材质和沧州明珠主要采用该种工艺。

干法双向拉伸隔膜微孔尺寸和分布更均匀，但只能生产单层聚丙烯（PP）隔膜，代表企业为美国Celgard和中科科技（格瑞恩）。

干法双向拉伸工艺与干法单向拉伸工艺非常相似，都需要将先将聚烯烃树脂处于熔融状态，然后挤出得到低结晶度的高取向薄膜。

不同在于，干法双向拉伸采用的是晶型转换原理，在聚丙烯中加入具有成核作用的晶型改进剂，利用聚丙烯不同相态间密度的差异，在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔，因此产品范围较窄，只能生产单层聚丙烯（PP）隔膜，干法单向拉伸除了单层PP隔膜以外，还能够生产单层聚乙烯（PE）隔膜以及多层复合隔膜。

干法双向拉伸工艺最初是由中国科学院化学研究所在90年代自主研发出的技术，并在2001年将在国外申请的技术专利转让给美国Celgard公司，Celgard进而同时拥有干法单向和双向拉伸工艺。

国内的采用该工艺的主要是产值份额曾一度稳居行业第一的中科科技（格瑞恩），技术也主要源自于中国科学院。

此外，国内一些使用干法双向拉伸工艺的中小企业并无技术专利，未来可能面临法律风险。

湿法隔膜适合生产较薄的单层PE隔膜，但投资成本较高，代表企业有日本旭化成、东燃化学、韩国SKI和中国的金辉高科、纽米科技。

湿法工艺也需要进行拉伸，与干法工艺的区别在于需要使用有机溶剂进行萃取。

湿法工艺采用的是热值相分离原理，先将PE、成孔剂等原料按照配方进行预处理，经熔融塑化后从模头挤出后形成含成孔剂的流延厚片，然后将流延厚片进行拉伸得到含成孔剂的基膜，该基膜经溶剂萃取后便得到不含成孔剂的隔膜。

与干法工艺相比，湿法工艺的投资成本较高，生产的隔膜有更高的孔隙率和透气性，而且厚度的控制性更强，能够生产更轻薄的隔膜。

国际主流隔膜企业中，采用湿法工艺的企业较多，代表企业主要为日本旭化成、东燃化学、韩国SKI。

在国内，金辉高科的产值份额过去稳居第一，但随着越来越多的竞争对手出现，金辉高科的产值份额开始逐步下滑，重庆纽米发展迅速，有望在湿法隔膜上成为其最大的竞争对手。

此外，九九久和大东南等企业也在开始投产湿法隔膜。

国内动力和储能电池主要采用干法隔膜，便携式电池主要采用湿法隔膜。

在能量密度和安全性的平衡之间，动力电池更注重安全性，国内主要采用干法隔膜；便携式电池更注重能量密度，主要采用湿法隔膜。

动力和储能电池的放电倍率高，功率大，需要使用厚膜，湿法工艺制作的隔膜较薄，容易击穿导致电池短路，而干法工艺制作的隔膜厚度通常在20-40um，且熔点高，具有较强的安全性。

此外，干法隔膜制作成本要比湿法工艺低，动力和储能领域使用的电池需要使用大量隔膜，对于成本更敏感，因此干法隔膜最适合动力和储能电池使用。

便携式电池对于成本相对不敏感，更注重能量密度，干法隔膜厚度太高会导致电池能量密度低，而湿法隔膜厚度可以低至9um。

从成本和技术两个维度考量，干法短期将主导国内动力隔膜市场，但从长远来看，湿法工艺是今后技术的演变方向。

3、新材料是发展趋势，湿法涂覆隔膜极具发展前景

聚烯烃类隔膜是当前主流隔膜，技术最成熟，但存在熔融温度较低和强度较低的缺陷。

聚烯烃类隔膜发展最早，制作工艺已经非常成熟，具有无毒、耐腐蚀以及电池温度过高时能够自动关闭微孔以阻止电池短路的优点，在目前占据绝对的主体地位。

不过，聚烯烃类隔膜的熔点较低，聚乙烯和聚丙烯的熔点分别为130℃和150℃，超过该温度隔膜就会融化导致电池发生短路，实际应用中，电池有可能迅速升温至200℃时，一些锂离子电池燃烧爆炸事件正是因为隔膜在高温下融化导致的。

此外，动力电池需要经受碰撞试验，传统的聚烯烃类隔膜在电池碰撞中容易发生被刺穿的情况，隔膜破裂导致电池短路。

为提高电池安全性，在聚烯烃隔膜上涂覆陶瓷等纳米材料或采用新基体材料成为未来技术发展趋势。

湿法涂覆隔膜与普通聚烯烃隔膜相比，具备热稳定性高、热收缩低、与电解液浸润性高的优点，能够提高电池的安全性和功率。

陶瓷涂覆隔膜是利用粘结剂在聚烯烃基膜上涂布PVDF等胶黏剂或陶瓷氧化铝，该技术主要应用在湿法工艺上。

由于涂覆材料的热传导率很低，能够防止隔膜整体热失控，耐受高温可达到240℃，约超过普通的聚烯烃类隔膜100℃。

在130℃的温度下，不加涂覆的隔膜缩率在10%以上，隔膜的热收缩也会致使正负极材料出现接触而导致电池发生短路，而添加了涂覆之后的隔膜收缩率为2%，而且涂覆材料还大大提高了隔膜的抗刺穿能力，进一步提高了电池的安全性。

此外，无机颗粒的表面亲水性高，使得隔膜能够与电解液保持更高的浸润性，进而降低电池的内阻，并提高电池的放电功率。

湿法涂覆隔膜已在高端消费电子领域推广，并有望在动力电池领域挑战干法隔膜的垄断地位。

湿法涂覆隔膜最初在2012年在高端消费电子领域开始推广，目前在苹果等高端数码产品电池已经得到广泛应用。

我国绝大多数动力电池都采用的是干法单向拉伸隔膜，但是在电池的碰撞试验中，起火率超过80%，安全性依旧是大问题，经过涂覆的湿法隔膜具备热稳定性高、热收缩低、与电解液浸润性高的优点，提高了电池的安全性和功率，在动力电池领域的应用有非常大的潜力。

三星、LG和松下等日韩锂电巨头已经开始尝试在动力电池中推广湿法涂覆隔膜，星源材质是我国干法单向拉伸隔膜领域的龙头企业，也是国内唯一进入LG化学供应链的隔膜制造商。

2014年，星源材质增加了湿法隔膜生产线和隔膜涂覆生产线，并在2015年3月得到了LG化学授权的一项陶瓷涂覆隔膜的核心技术专利。

在动力电池领域，除了技术尚不完全成熟以外，成本也有待继续降低，据高工锂电数据，2015年干法双向拉伸隔膜均价不足4