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　　6月21日下午舉行的“電池前沿技術研討會”分論壇，交流了鋰離子動力電池正負極材料研究與應用最新進展;高比能量動力電池與新材料體系電池技術研究的前瞻性科研成果;動力電池技術路線;動力電池生產工藝、系統集成技術與能力提高方面的研究;動力電池的梯次利用及回收利用技術。

　　中國科學院理化技術研究所研究員吳大勇博士發表了題為“鋰電隔膜的挑戰與機遇”的主題演講。隔膜對動力電池性能和安全性至關重要，吳大勇博士分別就隔膜對電池的影響，不同種類的隔膜材料以及隔膜需求及產業發展動態，以及國家政策、隔膜技術的發展趨勢等五個方面做了深入探討。演講實錄如下：

　　各位同事、各位朋友，非常榮幸能來到青海，今天跟大家一起分享的是我做隔膜研究十年的一點感受，題目叫做鋰電隔膜的挑戰與機遇。報告包括五方面內容，分別是隔膜對電池的影響，不同種類的隔膜材料以及隔膜需求及產業發展動態，還有國家政策，隔膜技術的發展趨勢等五方面。

　　首先是隔膜與電池性能的關系，影響電池性能的材料很多，比如說正極材料、負極材料、極電技術、SEI膜的控制，封裝、電芯還有其它技術，電池的一些性能包括容量發揮、能量密度、充電電壓、循環性、高倍率功率特性，吸放熱這些特性，與隔膜相關的性能是非常多的，應該說我們做研發電池的時候，主要的工作是聚焦在正極材料和負極材料上的，因為主要關注的是電池性能。

　　雖然隔膜在電池項目中的作用經常被看輕，但是產業對它的興趣非常高，因為生產隔膜的利潤率是比較高。我們看一下隔膜的關鍵技術參數，比如說均勻性，包括厚度和孔徑的分布、透氣性和孔隙率、離子電導率、受熱收縮性以及抗氧化特性。可以輸隔膜的關鍵參數還是非常多的。

　　應該說隔膜是電池性能的保障，為電池提供更高的安全保障，保證電池性能的發揮，提供很好的電化學窗口。

　　隔膜的種類有哪些?簡單地分類，比如說用材料分類，可以分為聚烯烴、無紡布膜等等，無紡布的膜主要是無紡布和無機物的復合，涂覆膜主要是對聚乙烯、聚丙烯膜的涂覆。如果按電池分，可以分為前一代的鋰離子電池，新一代高能量的鋰離子電池，鋰硫電池，鋰空電池，還有全固態的電池。我們知道通常鋰離子電池隔膜是聚乙烯、聚丙烯的，還有三層復合膜也可以用。高能量密度的電池，因為能量密度高，所以對安全性提出的要求很高。鋰硫電池，可能對一些朋友特別是媒體朋友比較陌生。實際上它用的隔膜材料和鋰離子電池基本上是一樣的，但是由于鋰硫電池的特性，為提高電池的性能，需要對電池的隔膜做一些涂層的修飾。固態電池我們就不太細說了，因為大部分工作還處于基礎研發階段。

　　隔膜的需求及產業發展的態勢。我們國家“十三五”規劃是要到2020年新能源汽車的年產量達到200萬輛，要求動力電池的比能量達到300瓦時每公斤以上。這說明什么?第一，說明隔膜的需求量會非常大，會達到每年十幾億到幾十億平米的水平;另外，很高的能量密度就要求隔膜要給電池提供更高的安全的保證，一般的聚乙烯的和聚丙烯隔膜基本不能滿足動力電池的需要。

　　2020年保有量500萬輛，如果在五年前我們看這個指標可能還是覺得有點難以實現，但是從這兩年的發展態勢來看，我們還是很有理由去樂觀地看待這個事情。

　　最近從2012年到現在，中國的隔膜產業發生了一個非常深刻的變化，包括很多有實力的企業在成長，比如說湖南中鋰、上海恩杰、蘇州的捷力等企業在崛起，他們的生產線達到5條、8條、10條甚至20條的數量。所以說，我國的隔膜產能沒有問題，主要的問題在于它的品質。特別是CATL有一個非常宏大的計劃，上午我們也知道了，在溧陽建了產業園，就把上汽、寶馬、北汽、吉利汽車都引到了溧陽，有這樣一個產業的聚集計劃。有報導說要建一個10GWH的電池產業，也有人說是70GWH，不管具體是多少，反正這個數量很大。說明未來的需求是沒有問題的。

　　這樣大的需求，這樣好的外部環境，給我們的隔膜發展帶來怎樣的機遇和挑戰?應該說整個的機遇是國家政策和新能源汽車的發展，龍頭企業比如說CATL還有比亞迪，他們這樣的快速發展的成長，經過多年的積累，他們已經達到了這樣的國際先進水平，帶動了我們整個新能源汽車的發展，所以整個的大環境是非常好的。

　　我們國內的資金是非常充足的，需求是巨大的，通過這幾年的發展，我們國內的隔膜企業的裝備水平已經有了很大的提高。

　　挑戰是什么呢?應該說工藝成熟度相對來說還比較低，工藝研究的能力基本上還沒有，吸收創新做強是我們要做的一個事情，另外國內還面臨著一個很強的同質化競爭的壓力。

　　從國家政策方面講，工信部2014年底的時候就說，要限制產能不低于2千萬平米，只有高于這個產能的企業才能繼續支持去批。但是我們覺得應該不能僅僅從產能上來看，我們覺得更應該從質量上來看。另外從環保上看，我查了很多的資料，還沒有一個單獨給鋰離子電池隔膜生產的環境標準。只有一個大氣污染物綜合標準，在里面翻了半天才看到與隔膜生產相關的二氯甲烷控制量，120mg/m3, 而日本的標準是50毫克每立方米。如果我們國家執行這樣的更高的環境標準的話，是不是所有的企業都能達到呢?我們是存疑的。

　　基于我們國家隔膜產業的現狀，提一些政策方面的建議，第一個是建議能夠加強地域范圍內的規劃和布局，避免中低端的重復競爭，重視品質的基礎上強調品質的規模。還有是淘汰低端產能，重點支持換代產品的研發。另外要重視技術團隊的培養，加大發展國產裝備的力度。也就是說我們國家目前有的企業產業線發展得很快，但是大多數是買的我們的鄰國日本的設備，國內的設備發展相對來說還是滯后的。

　　最后，隔膜技術發展的趨勢，應該說它的發展路線圖應該是從干法到濕法到涂層隔膜到新一代耐高電壓的隔膜，到以后的固體電解質的膜材料。

　　應該說和這幾方面的相關技術細節非常多，時間原因不展開講了，我們看一下到2030年的發展規劃，應該說到2020年我們國家高品質的PE隔膜和PP隔膜規模化生產，實現高品質的涂層隔膜的規模化生產，以及相關裝備的國產化，新型隔膜的示范生產可以實現。到了2025年高安全涂覆型的隔膜生產，具有離子涂層的隔膜生產，以及生產耐高電壓電解質隔膜。到2030年可能就是新一代的高安全性和高電壓的隔膜已經能夠規模化生產了，固體電解質的規模產業化可能也就逐步實現了，估計是這樣的一個路線圖。

　　應該說隔膜并不好做，雖然我們說得比較簡單。我們看一下國內的企業做的隔膜材料(ppt)，應該說從孔徑和孔徑分布上還不是很均勻，我們看到有一些樹干狀的東西存在，孔徑分布還不是很均勻。因為不同的工藝、不同的廠家的工藝不同，造成這樣的孔徑分布和孔隙率是不同的。

　　和對外的對標產品相比，我們國家的隔膜材料還存在孔隙率偏低的特點，等效的孔隙比較小，還有進一步的發展空間。

　　高安全性的隔膜，180-200℃主要是陶瓷涂覆PP的，PET復合膜應該可以耐、200度到250度，新一代的隔膜會達到300度到350度。

　　另外一類是耐高電壓的隔膜，能夠讓電池在0到5伏之間實現順利的充放電，普通的PE隔膜或者是有機聚合物涂附的隔膜，在高電壓的情況下無法完成充電。

　　從涂層隔膜上來看，它有利的一面是提高了電池的高安全性，電化學窗口也有可能提高，提高了電解液的親潤性，防穿刺，以及可以做一些有針對性的涂層設計。不利的影響是孔隙率是必然降低的，每做一層涂層孔隙率會降低10%，離子電腦也要下降，每涂一層增加4克重量，每做一層涂覆成本提高1.5元到2元。電池內阻會上升。影響電池的高低溫性能，這個不是很確定，根據不同的電池體系。

　　鋰硫電池很有可能在未來也是作為一個發展的主要方向，實際上它用到的隔膜主要是涂層隔膜，分為不同物質的涂覆，比如說碳涂覆、聚合物涂覆、無機化合物涂覆以及復合材料涂覆，情況比較復雜，一時半會講不完，如果大家有興趣的話，可以看我們最近寫的一篇綜述。簡單來說是關鍵材料是什么，如果我們做改進涂附，關鍵材料是三個，一個是碳材料，另外一個是結構材料，還有一個是提高離子選擇性的材料，這三方面材料的組合來做一個鋰硫電池的性能的提升。