锂电池隔膜是
锂离子电池的关键内层组件,采用
聚丙烯、
聚乙烯等
聚烯烃材料经干法或湿法工艺制成,主要功能为分隔正负极防止短路并通过微孔结构实现锂离子传输,其厚度均匀性、力学强度、透气性及热稳定性直接影响电池性能。
动力电池通常采用具备热稳定性和自动关断保护性能的
复合膜,涂覆隔膜通过复合陶瓷或有机材料提升抗穿刺性和耐热性,2024年我国涂覆隔膜出货量达136.4亿平方米,其中无机涂覆材料
勃姆石因性能优势成为主流,需求量达5.9万吨。
发展
全球范围内,锂电池隔膜产业最发达的国家是
日本和
美国。根据真锂研究的不完全统计,2011 年全球共销售锂电池隔膜约3.58 亿m2,日本隔膜材料的产销量最大,2011 年共销售约2.41 亿m2,所占市场份额超过全球一半以上,高达52.62%。2023年全球锂离子电池隔膜出货量突破210亿平方米,中国出货量达176.9亿平方米,占全球总量83%。长阳科技于2025年推出具有超高孔隙率、超大孔径的隔膜产品,可应用于聚合物固态电解质电池及其他技术路线。
2011 年,韩国企业共销售锂离子电池隔膜约3,600 万m2,占全球7.86%。恩捷股份、星源材质等企业布局半固态电解质隔膜及硫化物电解质产线,其中恩捷股份超薄基膜技术取得重大突破。2025年12月26日,上海恩捷凭借全链条自主知识产权体系与国际化创新布局,成功三度蝉联“2025上海硬核科技企业TOP100”及“知识产权榜TOP50”双重荣誉,该奖项由
上海市产业技术创新促进会、
上海市科学技术协会、徐汇区人民政府等机构联合发布。2025年12月12日恩捷股份披露重组预案,拟通过发行股份方式收购青岛中科华联100%股权,并向特定对象募集配套资金。
由于隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池使用的安全性能,故
锂电池制造对隔膜材料产品的一致性要求极高。中材锂膜采用湿法双向同步拉伸工艺实现5微米超薄隔膜量产,其山东滕州基地建设项目首条生产线于2017年投产,打破国外技术垄断。
据真锂研究的统计,2011 年中国企业共实现
隔膜销售约6,700 万m2,全球市场占比14.63%。截至2024年我国涂覆隔膜出货量达136.4亿平方米,市场规模241.3亿元。无机涂覆材料中
勃姆石因硬度低、粒径分布窄等优势逐渐成为主流,2024年中国锂电池用勃姆石需求量达5.9万吨。2025年恩捷股份相继推出高强度基膜、高浸润基膜以及阻燃隔膜等创新产品,硫化物固态电解质十吨级中试产线已全线贯通。作为国家制造业单项冠军企业、
国家企业技术中心,上海恩捷在创始人兼董事长
李晓明“三高一长”(高技术、高质量、高效率、坚持长期主义)发展理念引领下,坚持自主研发,攻克了湿法基膜、水系及油性PVDF涂布、纳米复合涂层等关键技术瓶颈,构建了覆盖材料配方、制备工艺到智能装备的全链条自主知识产权体系。未来,公司计划继续加大高价值专利培育力度,深化全球知识产权战略布局,以硬核材料创新筑牢产业链安全屏障。
主要条件
锂电池隔膜的要求
二、有一定的孔径和
孔隙率,保证低的电阻和高的离子
电导率,对
锂离子有很好的
透过性。
三、由于
电解质的溶剂为强极性的
有机化合物,隔膜必须耐电解液腐蚀,有足够的化学和
电化学稳定性。
四、对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力。
五、具有足够的
力学性能,包括穿刺强度、
拉伸强度等,但厚度尽可能小。
六、空间稳定性和平整性好。
七、
热稳定性和自动关断保护性能好。动力电池对隔膜的要求更高,通常采用
复合膜。
特性
锂离子电池隔膜的主要性能要求有:厚度
均匀性、
力学性能(包括
拉伸强度和抗穿刺强度)、透气性能、理化性能(包括
润湿性、
化学稳定性、
热稳定性、安全性)等四大
性能指标。
性能
隔膜位于正极和负极之间,主要作用是将正负极
活性物质分隔开,防止两极因接触而短路;此外在
电化学反应时,能保持必要的
电解液,形成离子移动的通道。隔膜材质是不导电的,电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂离子电池,由于电解液为
有机溶剂体系,其隔膜要求具有以下性能。
① 在电池体系内,其
化学稳定性要好,所用材料能耐有机溶剂。
③ 有机电解液的离子
电导率比水溶液体系低,为了减少电阻,
电极面积必须尽可能大,因此隔膜必须很薄。
④ 当电池体系发生异常时,温度升高,为防止产生危险,在快速
产热温度(120~140℃)开始时,
热塑性隔膜发生熔融,微孔关闭,变为
绝缘体,防止
电解质通过,从而达到
遮断电流的目的。
⑤ 从锂电池的角度而言,要能被有机电解液充分浸渍,而且在反复充放电过程中能保持高度浸渍。
电池中常用的隔膜材料一般是用
纤维素或编织物、
合成树脂制得的多微孔膜。
锂离子电池一般采用高强度、薄膜化的
聚烯烃系多孔膜,常用的隔膜有
聚丙烯(PP)和
聚乙烯(PE)微孔隔膜,以及丙烯与乙烯的
共聚物、聚乙烯均聚物等。新型隔膜通过孔隙率与孔径结构优化设计,可适配不同电解质体系:在复合电解质中有效缓解电极膨胀压力,在聚合物体系中形成更优离子传输通道。
锂离子电池的广泛应用
近年来,将
聚合物电解质用于
锂离子电池已实现了商品化,聚合物电解质在锂离子电池中既是
离子迁移的通道,又起到正负极材料间的隔膜作用。聚合物电解质可分为
固体聚合物电解质及凝胶聚合物电解质,作为实用的聚合物电解质隔膜必须满足以下几个
必要条件:①具有高的离子电导率,以降低
电池内阻;②锂离子的
传递系数基本不变,以消除
浓度极化;③可以忽略的电子
导电性,以保证电极间有效的隔离;④电极材料有高的化学和
电化学稳定性;⑤低廉的价格,合适的化学组成,保证对环境友好。
由于
固体聚合物电解质室温电导率较低,难于商品化。凝胶聚合物电解质通过固定在聚合物网络中的液体电解质分子实现离子传导,既有固体聚合物的稳定性,又有液态电解质的高离子传导率,显示出良好的应用前景。具有超高孔隙率隔膜可使聚合物固态电池离子电导率提升一个数量级,显著改善商业化可行性。
将聚合物电解质与聚乙烯、聚丙烯膜一起组成
聚合物锂离子电池隔膜,胶体聚合物覆盖或填充在微孔膜中,与无隔膜的聚合物电解质锂离子电池相比,具有更优越的性能,如:①内部短路时能提供更好的保护;②可以减少电解质层的厚度;③过度充电时可提供足够的安全性;④有较好的力学性能及热稳定性。可以看出,聚乙烯、聚丙烯膜由于其特殊的结构与性能,在离子电池隔膜中占有很重要的地位,除非有真正的不含液体的聚合物电解质出现。
分类
根据不同的物理、化学特性,锂电池隔膜材料可以分为:织造膜、非织造膜(无纺布)、
微孔膜、
复合膜、隔膜纸、碾压膜等几类。
聚烯烃材料具有优异的力学性能、
化学稳定性和相对廉价的特点,因此
聚乙烯、
聚丙烯等
聚烯烃微孔膜在锂电池
研究开发初期便被用作锂电池隔膜。尽管近年来有研究用
其他材料制备锂电池隔膜,如采用相转化法以
聚偏氟乙烯(
PVDF)为本体聚合物制备锂电池隔膜,研究纤维素复合膜作为锂电池隔膜材料等。然而,商品化锂电池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。
材料
市场化的隔膜材料主要是以
聚乙烯(polyethylene,PE)、
聚丙烯(polypropylene,PP)为主的
聚烯烃(Polyolefin)类隔膜,其中PE 产品主要由湿法工艺制得,PP 产品主要由干法工艺制得。
总体而言:
①PP 相对更耐高温,PE 相对耐低温;
③PP 熔点和闭孔温度比PE高;
④PP 制品比PE 脆;
主要的隔膜材料产品有单层PP、单层PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP 和三层PP/PE/PP 等,其中前两类产品主要用于3C 小电池领域,后几类产品主要用于动力锂电池领域。在动力锂电池用隔膜材料产品中,双层PP/PP 隔膜材料主要由中国企业生产,在中国大陆使用。
涂层处理的聚酯膜(PET)、纤维素膜、
聚酰亚胺膜(PI)、
聚酰胺膜(PA),
氨纶或芳纶膜等新型材料具有耐高温、低温输出性能优异和机械强度适中的特点。部分复合膜材料通过特殊结构设计实现超高孔隙率与大孔径特征,可兼容硫化物/氧化物/聚合物电解质体系,同时可缓解碳硅负极膨胀效应。
政策
在“十一五”期间,
中央政府将在锂电池研制方面投资6000万元,同时要求承担项目的公司按照10倍比例投入
配套资金,这样总的投资将达到6亿元。
2006年9月14 日,国家财政部等五部委联合印发了《关于调整部分商品
出口退税率和增补加工贸易禁止类商品目录的通知》。根据《通知》规定,
铅酸蓄电池、
氧化汞电池的出口退税政策被取消;而将锂电池出口退税13%上调至17%。
锂电池隔膜属于国家鼓励发展的电池
配套材料,符合国家《
当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》,同时属于“
国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)”中所列的
前沿技术第(11)项:高效
能源材料技术中的高效
二次电池材料及
关键技术专题。2008年度国家“863”计划将“低成本锂电池隔膜关键
技术研究”列为重点产业化导向项目。