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干法隔膜在应用领域的不可替代性

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-05-20  来源:明基材料
    干法多层隔膜产量少,但在动力电池的应用领域将无可取代。

    预计2025年全球隔膜需求约86亿平

    据多家市场研究机构预测,2025年全球锂离子电池装机量将达到500-600GWh,隔膜的年总需求量约为86亿平方米,其中干法多层隔离膜的总需求量约10亿平米。一般而言,车载用电池材料从电池设计到装机及下线的周期大约为3-4年,也意味着,隔膜的用量将在2021年显现。

    众所皆知,全球领先的电池供货商,包含BYD、EVE、EnvisionAESC、SamsungSDI、LGChem、PrimePlanetEnergy&SolutionsInc等公司,在其材料设计上,都同时采用了干法工艺隔离膜。显而易见,干法制程的隔离膜产品有其自身的特点和优势。
 
  
干法多层隔膜在应用领域优势


    1、生产工艺方面

    以高安全性为基础的设定下,从设备控制能力及精度而言,干、湿法隔膜的生产技术,都有别于一般塑料的生产要求。两种工艺的隔离膜不管在连续自动化生产、良率、产能上都投入了许多的研究,也都能满足动力电池上的需求。特别是干法隔膜,为了达到稳定性的严格要求,在新一代生产设备的设计上,将多个工艺流程合并或提高可用层数及生产速率等方案,用以提高产能。

    举例来说,一次进行24层的多层同时延伸逐渐成为标准。在高端动力电池的应用中,大部分的隔离膜生产设备采用了较稳定的欧洲及日本设备供应链。例如,在国内干法工艺的押出设备采用上,大量的使用了奥地利的押出设备供货商SML的薄膜押出设备。

    2、生产成本方面

    在干法隔膜的生产中,因为采用了聚丙烯及聚乙烯作为主材料,同时生产工序少,被认定在材料成本上优于采用超高分子量聚乙烯为主材的湿法工艺。但其实随着市场需求量、原材料供货商的竞争及生产效率的提升,超高分子量聚乙烯的价格也以每年8-10%的幅度下降,也就是说湿法隔膜的材料成本已经有所下降。众所周知,为了满足动力电池在高温稳定性的基本需求,采用湿法工艺制造的隔离膜,必需进行陶瓷涂覆,所以制造成本也就大幅的提高了。总的来说,干法工艺隔膜仍然掌握着成本的优势。

    3、产品性能方面

    (1)在充放电性能的表现上,其中干法制程因结构的曲折度低,在放电性能的表现上相当优异,即使因为高安全性的需求,采用了厚度较厚的隔离膜,也可以轻易的进行高功率放电,有着显著的优势。

    (2)在能量密度的要求下,因为工艺设计上的差异,湿法工艺所生产的隔离膜基材厚度为7-12um,但应用在动力电池上,包含涂覆层后的厚度一般在12-20um,若是以隔离膜厚度换算能量密度的提升,计算提升量约为0.5%/um。故若以12um的湿法涂覆隔离膜取代16um的干法隔离膜,可以提高的能量密度仅约为2%。

    (3)对于能量密度的提升而言,除了隔离膜厚度减薄的解决方案外,隔离膜的压缩特性也相当重要。一般而言,干法多层隔离膜在固定体积下的可压缩率较高,因此也可以藉此特性来提高能量密度。

    4、安全性方面

    (1)许多高容量的圆柱电池设计,因为安全性议题,关注的方向不再是隔离膜厚度的减薄,部分的电池供货商反而开始把隔离膜的厚度提高。如何兼顾厚度及放电能力的优异性是各家电池供货商急需考虑和解决的项目。此情况下干法隔膜的安全性优势凸显出来,尤其在电动工具的表现上,相当优异。

    (2)混和动力汽车使用的方形电池,在高电压体系下的短路行为,近年来引发广泛议论。一般而言,常见的物理短路可以藉由隔离膜的材料进行调整。但化学短路就直接跟隔离膜的厚度有关。太薄的隔离膜在耐化学短路的承受度上就越低,因此采用薄型化隔离膜,需要注意因为化学短路而产生的安全性问题。

    (3)在电池热冲击的安全性测试中,干法隔离膜因其生产中采用了单轴拉伸的技术,所以在横向的热收缩小,有利于防止加热时的短路。

    (4)在电池异物内短路的测试中,干法多层隔离膜,在相同厚度的比较下,因特殊的结构性其在外力下抵抗金属穿刺的能力较高,可以提高安全性。

    (5)在电池过充电的测试中,隔离膜的自动断路能力也是评价的重点。在测试结果中,因为干法隔膜所采用的聚乙烯,有别于湿法隔膜中的超高分子量聚乙烯。在温度到达熔点后,采用干法工艺的多层隔离膜可以将薄膜内阻提高1,000-10,000倍的水平,从而提高防过充能力。

    最后,社会企业责任(英文:CorporateSocialResponsibility,简称CSR),依循联合国于2015年的永续发展高峰会上通过全新「永续发展目标(SDGs)」包括17项永续发展纲领展开。采用干法工艺的隔离膜产品,不但不使用有机溶剂,同时材料都可以回收再利用,凸显其环保优势。

    作者联系方式:weiting.yeh@benqmaterials.com

   
 
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