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氧化铝粉体在锂电池隔膜上的应用
2019年03月20日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:470
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锂离子电池已成为目前市场上储能设备的主流,作为“第三电极”的隔膜是锂离子电池中重要的组成部分。

1 锂电池对隔膜的要求

目前,随着锂电池充电电池容量的不断提高,内部蓄积能量引发电池温度提高,导致隔膜融化而造成短路。由于高纯氧化铝具有绝缘、隔热和耐高温等特性,因此可以将其用于锂电池隔膜的涂覆。经过氧化铝涂覆的陶瓷隔膜具有耐高温性、高安全性、高倍率性、良好浸润性、自关断特性、低自放电率和循环寿命长的优点。

2 涂覆氧化铝隔膜优点

在氧化铝涂覆隔膜生产工艺上,目前主流方向是在基膜的表面,涂覆一层陶瓷材料。陶瓷涂覆工艺使用的浆料由陶瓷颗粒、粘结剂、溶剂和表面活性剂按一定配方配成。按涂覆设备不同,涂覆方式可分为窄缝式涂覆、浸涂法涂覆和凹版辊涂覆。其中,沧州明珠主要采用的是凹版辊涂覆工艺。

3 沧州明珠生产的涂覆隔膜主要采用凹版辊涂覆工艺

(图片来源:沧州明珠)

陶瓷涂覆隔膜的工艺相对简单,但是对氧化铝粉体提出了高要求。纯度应该保证在3N以上,一些报告和论文则以4N粉体为研究主体;粒径分布以D50和D90为主要参数,D50的要求在0.5-0.8微米之间不等,D90在1-2微米之间不等;颗粒形貌则以球形和类球形为主,便于分散;此外还有对水分含量等方面也有严格的控制要求。(该部分数据来自粉体圈

4 陶瓷隔膜对氧化铝的性能要求

目前,在锂电池四大核心材料中,正、负极材料和电解液都已实现国产化,但高端锂电池隔膜仍是技术短板,高端隔膜依然有近50%需要进口。高端隔膜市场的丰厚利润吸引了不少上市公司,国产替代进口正在变成现实。国内陶瓷涂覆隔膜的龙头企业包括沧州明珠、星源材质、恩捷股份等。

沧州明珠通过在隔膜表面涂覆陶瓷(Al2O3)涂层或聚合物(PVDF)涂层,提高了隔膜产品的高温热稳定性和吸液保液性能,改善了隔膜与电池极片的粘结性能,使得锂离子电池具有更高的安全性能和更好的循环性能。

5 沧州明珠生产的陶瓷涂覆隔膜在高温180℃时仍能保持良好形态

(图片来源:沧州明珠)

5 沧州明珠生产的陶瓷涂覆隔膜具有良好的浸润性

(图片来源:沧州明珠)

不过,过去的2018年,沧州明珠业绩乏善可陈。公司实现营业总收入33.25亿元,同比下降5.65%;净利润2.98亿元,同比下降45.42%。公司效益的下降来自于不断走低的隔膜价格带来的毛利率下降。此外,强力的竞争对手带来了行业大洗牌。

伴随着不断走高的股价,恩捷股份在过去的一年多时间里不断吸睛。2018年,公司实现营收24亿元,同比增长96.7%,归母公司净利润5.35亿元,同比增长243.65%。目前,公司湿法隔膜产能13亿平,国内市场占有率超过40%,其销售仍处于供不应求状态。

春节期间,公司表示其隔膜生产仍连续24小时开机,今年1月,公司隔膜发货量5300万平方米,与去年同期1600平方米相比大幅上升。

3月14日,恩捷股份再次宣布打算扩大锂电池隔膜产能,拟在珠海高栏港经济区投资建设第二期锂电池隔膜项目,总投资11亿元。

可以说,规模效应+高技术能力成就了恩捷的龙头地位。据公司介绍,原材料采购规模大使得公司获得7%-8%的优惠;高产量则显著摊低了人工成本,对比干法隔膜龙头星源材质,其人工费占比18%,而恩捷仅为8%;此外,高的良品率则保证了公司的竞争力,国内平均良率仅45%,而恩捷综合良品率高达78%,比肩日韩顶级水准,技术领先带来成本优势凸显,毛利率持续改善。

小结

氧化铝涂覆的锂电池隔膜在过去的几年受到众多行业领军企业的青睐,其优越的热稳定性以及高比表面积粉体材料对电解液良好的润湿性、保液性使得陶瓷涂覆隔膜拥有很好的前景。不过,在隔膜价格不断走低的2018年,众多隔膜企业的日子并不好过。隔膜行业的竞争已经进入红海,同质化严重、价格战激烈、产能结构性过剩等行业通病开始逐渐爆发,而湿法+涂覆隔膜,已经成为国内企业迈向高端隔膜的主流方向之一。

参考文献

锂离子电池用氧化铝陶瓷隔膜的制备及其性能研究,北京化工大学,黄思达。

By:火宣

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