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Industry news
锂电池隔膜市场格局逐渐形成国内外厂商竞争日趋激烈
真锂研究 墨柯 / 时间:2013-03-22 14:09:18
  据中国电池网2013年3月21日讯 全球锂电隔膜材料产业近两三年的变化非常大,一些新型隔膜材料产品(聚酯膜、纤维素膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、氨纶或芳纶膜等)粉墨登场的同时,产业和市场格局也开始随之发生变化。中国电池网-《中国电池》杂志战略合作机构――真锂研究认为,这些变化将会持续几年,或将显著影响现有隔膜材料产业和市场格局。
  有实力的“外行”介入隔膜制造领域的情况有日渐增多的趋势。杜邦(Dupont,世界500强之一,预计2012年营收超过400亿美金)开发出用于锂离子电池的新型聚酰亚胺基分离隔膜,据悉可使电动汽车提高电池动力并延长寿命。杜邦已于2011年初在美国威明顿和韩国首尔开始量产这种隔膜,向锂离子电池推销,挑战现有隔膜材料市场格局的意图非常明显。东丽(Toray,2011财年实现营收200亿美金)与东燃化学(Tonen)合资组建有隔膜材料企业,自己也已经开发出了耐热性和尺寸稳定性俱佳的,以芳纶树脂为基材的多孔质薄膜“微多孔芳纶薄膜”材料产品,正在向锂离子电池企业提供相关样品以供测试。
  中国方面也有一些大型“外行”企业介入到了隔膜制造领域。首钢总企业(世界500强之一)与中科院理化所合资组建了首科喷薄(SKPB),利用理化所吴大勇技术团队开发出的纳米纤维隔膜技术实施产业化,目前已向市场推出了相关产品。中兴新(ZTE,年营收规模100多亿美金)于2012年08月在深圳成立了专注隔膜材料研发制造业务的深圳中兴创新材料技术有限企业(中兴新材)。
  现有的其他锂电材料领域的企业也在积极介入隔膜材料市场。在电解液和负极材料市场拥有较大市场份额的三菱化学,一直在努力开拓隔膜市场,旗下三菱树脂早在2009年中就建成了隔膜量产体制并向市场推出隔膜材料产品。由于从现有三强(旭化成、Celgard、东燃化学)手中抢夺市场份额存在较大困难,三菱化学开始把目光转向正在兴起中的汽车动力锂离子电池市场。住友化学、杉杉科技等企业也和三菱化学的想法相当,希翼成为锂电四大关键材料(正极材料、负极材料、电解液和隔膜)的综合型供应商,在这种发展战略引导下,两家企业都已介入隔膜材料制造领域。
  从2004年新乡格瑞恩企业第一条生产线调试成功并生产出合格产品开始算起,中国锂离子电池隔膜材料产业的发展时间还不到10年。在这很短的时间内,有的“老企业”已经退出,有的步履蹒跚,同时又不断有新资本介入,新企业层出不穷。中国隔膜材料产业发展就像整个中国经济这10年发展的缩影:“过剩”的中国资本在四处寻找“活路”,追逐着希翼和梦想。
  曾几何时,有人期盼中国经济发展能够走上“量变引起质变”的良性发展道路,现在,实际发展结果大家也已经看到了,“量变”不但没有引发“质变”,反而产生了一堆之前没有想到的问题,并在阻碍着政府对经济发展方式的主动求变。锂离子电池隔膜材料领域,会不会“量变引起质变”,墨柯不清楚,但事实是国内隔膜材料市场的价格战这两年已经开始打了起来,且有愈演愈烈之势,3元/平方米的白菜价已经开始出现。考虑到货币超发引起的通货膨胀等因素,两头受挤之下,行业的利润率在直线下降。这样,那些做了再说、期待从市场获取收入来提高技术水平和产品质量的想法,就显得是那么不切实际。
  “老企业”中,曾经引起业内人士普遍关注的桂林新时科技现在已经悄无声息地从人们的视野中消失了。辽源市鸿图纸业2007年07月与韩国MASTER企业签订的年产4,400万平方米锂离子电池隔膜项目,但该企业至今还没有向市场推出隔膜产品。此外,山东正华、中科来方、杭州华容科技等“老企业”,发展得都非常缓慢,市场一直没能做起来。杭州华容科技这几年来一直悄无声息,不过,山东正华看来找到了新的资金,正在积极地扩充产能。中科来方目前主要是依靠兄弟企业瑞声新能源的订单,二者同为江苏远宇集团旗下企业。
  与此同时,新进企业层出不穷。锂离子电池市场的大发展,直接带动了材料市场的大发展。由于隔膜材料是中国唯一尚未实现完全自给的锂离子电池关键材料,因此吸引了很多企业的兴趣。近两三年,除了传统的隔膜三强格瑞恩、金辉高科和星源材质之外,有一大批新进企业参与了进来。上期月度报告真锂研究简单先容了江西先材、首科喷薄、沧州明珠、天津东皋膜、南通天丰、东航光电和云天化纽米科技等7家企业,本期月度报告再简单先容了几家企业,如南洋科技、义腾新能源、苏州捷力、大东南、九九久、铜陵晶能电子、江苏立鼎、三门峡兴邦等。
  在隔膜技术的发展方面,目前存在两大路线:一是传统的聚烯烃(Polyolefin)隔膜(PP、PE单层隔膜及多层复合膜)技术路线,二是无纺布隔膜技术路线。出于配套产业较为发达、可利用现有生产设施等方面因素的综合考虑,目前全球主要隔膜企业的技术开发重心还是放在传统聚烯烃类隔膜上,而致力于开发无纺布隔膜技术的则多为一些新进企业。
  一般而言,PE隔膜主要采用湿法工艺制造,但也有企业在尝试开发干法制造PE隔膜的工艺技术。山东正华企业就声称成功研发出了“干法PE单向拉伸制备锂离子电池隔膜技术”。而应用于动力锂离子电池的PE隔膜材料,最重要的是提高安全性能。鉴于PE的闭孔温度不高,普遍办法是在隔膜表面再涂覆一层材料以提高隔膜的耐热性能。一般是涂覆无机陶瓷材料,很多企业都在这么做,但是技术发展至今,也有企业开始尝试有机涂覆,如义腾新能源就开发出了有机聚合物涂层的PE隔膜材料产品。
  东燃化学(Tonen)动力锂离子电池隔膜技术特点是提高基体材料的性能,同时革新薄膜制造工艺。旭化成(Asahi)推出的“IBS(Inorganic-blended separator)”动力锂离子电池隔膜,是在隔膜中混合无机物,其最大特点是可直接利用现有的锂电池隔膜量产线,因此制造成本可维持现有水平。不少中国企业也声称掌握了PE隔膜陶瓷涂覆的技术,并正在尝试推出相关动力锂离子电池隔膜产品。
  PP隔膜产品技术的主要推动力量是美国Polypore集团旗下的Celgard企业,这方面该企业做了大量工作,并引导着相关应用技术的开发潮流。国内PP隔膜的代表性企业现阶段是新乡格瑞恩和深圳星源材质,以后是否会有其他企业取而代之,目前未知。
  目前车用动力锂离子电池制造主要采用的PP/PE/PP三层复合隔膜,就是Celgard企业率先开发出来并实现规模化应用的。另外,在单层PP隔膜上进行陶瓷涂覆也是一个办法。三菱化学就在采用这个办法。三菱化学旗下的三菱树脂于2011年12月16日对外宣布,开发出了可耐热200℃以上的锂离子电池用隔膜并建立起了相关量产体制。
  总的来看,在聚烯烃类隔膜上涂覆无机陶瓷物以提高隔膜材料的耐高温性能,这一类的技术发展已比较成熟,且大致存在着一个先PE后PP的过程,这是PE熔点相对较低的原因所致。真锂研究认为,这可能是日本矢野经济研究所认为动力锂离子电池隔膜出现了采用湿式而非干式的动向的主要原因。
  一些新进企业为了取得成功,则希翼避开隔膜领域现有主要企业的优势,开发新型隔膜材料产品以切入这个市场。在这种思路下,近几年,在杜邦、三菱制纸、王子制纸等企业的带动下,无纺布隔膜技术的开发成为了热点。
  上期月度报告先容的江西先材和杜邦开发的聚酰亚胺(PI)隔膜,就是属于无纺布隔膜。另外,聚酯(主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET),习惯上也包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT))膜、纤维素膜、聚酰胺(PA)膜、芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺,Aramid fiber)膜、氨纶(聚氨基甲酸酯纤维,PU)膜等等,都是属于无纺布隔膜这一大类。
  在纤维素隔膜技术开发方面,德国赢创德固赛开发的Separion®隔膜可能是最早的无纺布隔膜产品,其制备方法是在纤维素无纺布上复合Al2O3或其他无机物。日本特种东海制纸(总部位于东京)也已经开发出了纤维素隔膜材料技术并计划2014年秋实现量产。中国科学院青岛生物能源与过程研究所仿生能源与储能系统团队2012年在动力锂离子电池隔膜领域取得突破性进展,成功开发出具有自主常识产权的高安全性阻燃生物质复合材料的动力锂电池隔膜,并达到中试生产规模。
  在聚酯类隔膜技术开发方面的代表性企业是日本王子制纸和三菱制纸。王子制纸通过造纸方法成形湿法无纺布基材,在基材上涂覆PU、PET或PTFE(聚四氟乙烯,又称Teflon)树脂,树脂层通过助剂形成具有比基材更小孔径的多孔结构,可以制备孔径在200nm左右的隔膜材料。三菱制纸和东京理工大学开发出了直接使用高耐热性纤维素和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的无纺布隔膜技术,隔膜试制品的最大特点是具有高耐热性以及因空隙率高而具有的优异的电解液浸透性。
  中国也有一些企业在积极开发聚酯类隔膜材料技术,如浙江宁波长阳科技有限企业、大东南等。
  有很多企业在积极开发芳纶类隔膜技术,并在这两年有了一批成果被披露。东丽(东燃化学在隔膜领域的密切合作伙伴)2012年02月对外宣布开发出了耐热性和尺寸稳定性俱佳的,以芳纶树脂为基材的多孔质薄膜“微多孔芳纶薄膜”。该企业表示,通过添加防止芳纶树脂凝聚的相分离控制剂,可以形成微细且均匀的多孔质膜。其主要用途是锂离子电池的隔膜,为了在2015年投入量产,该企业今后将继续对其进行改良。东丽设想这种薄膜用作动力锂离子电池隔膜。东丽认为,今后对锂离子电池的需求出现了大容量化和高输出功率化的要求,这样,在更高的温度下,PE制薄膜会全部熔化,可能引发电极相互接触的严重事故。因此东丽预测这种芳纶隔膜将会非常具有发展前景。
  日本帝人(Teijin)也于2012年02月宣布开发出了用于聚合物层叠型锂离子电池单元制造的芳纶纤维隔膜材料产品,使聚合物锂离子电池的输出功率提高了20%。在制造技术方面,帝人称,凭借“世界首创”的两面同时涂装以及相当于原来5倍以上速度的高速涂装,可高效率制造。
  中国也有企业在积极开发锂离子电池用芳纶纤维隔膜材料技术。深圳市龙邦新材料有限企业就在2010年06月21日以《基于芳纶纤维的电池隔膜的制备方法》为名申请了相关专利(申请号201010204765.9)。
  除以上这些之外,无纺布隔膜技术还存在一些其他的开发方向。日本广濑制纸(总部位于高知县土佐市)开发出了以聚烯烃无纺布为基材、由PVA(聚乙烯醇)纳米纤维纺丝制成的锂离子电池隔膜。该产品与主流的聚烯烃多孔质薄膜式隔膜相比,可提高溶化温度的上限,更加耐热(熔化温度上限高达200℃以上)。另外,据该企业先容,在纳米纤维中添加硅(SiO2)等无机物后,还可进一步提高溶化温度的上限。
  2011年全球锂离子电池隔膜市场销量3.58亿平方米,真锂研究预计,这个市场今后几年会以年均复合增长率48.47%的速度成长,到2015年市场规模将达到17.87亿平方米,是2011年的约5倍。中国市场的成长速度要高于全球,预计到2015年中国市场将达到4.78亿平方米的规模,年均复合增长率为66.63%。2011~2015年全球与中国隔膜材料市场发展趋势预测见图8。从目前真锂研究对2012年相关数据的初步统计结果来看,全球2012年锂离子电池隔膜市场总量很可能将超过图8中预测的5.05亿平方米。总体上,全球锂离子电池隔膜材料市场处于高速发展态势中。
  虽然自隔膜国产化以来,困扰中国隔膜产业发展的最大因素就是量产技术和生产设备问题,但在目前产量占比相对较低(只有18.72%)的情况下,真锂研究依然看好未来几年中国的隔膜材料产业会取得进一步的发展。真锂研究预计,未来几年中国隔膜材料产业会以66.91%的高速度成长,要快于中国市场需求的发展。到2015年中国企业将形成5.20亿平方米的产销量,全球占比将达到29.10%。
  实际上从总量来看,中国企业的隔膜产量2011年就已经可以满足中国的锂电池市场需求,但还不能满足中国锂电池企业对隔膜的需求总量。不过,从质量来看,中国隔膜产品的技术含量普遍不足,只可勉强满足中低端市场的应用,很难打入国产中高端锂离子电池产品制造市场。对于中国的锂离子电池隔膜材料产业来说,未来几年的工作重心应放在技术的开发而不是产能扩充方面。这种技术开发主要体现在以下几个方面:①制造工艺的成熟和稳定;②设备制造能力的提升;③隔膜材料性能的提升;④基材开发能力的提升;等等。
  以旭化成、Celgard、东燃化学、SK创新、格瑞恩、星源材质、金辉高科、Entek等为代表的传统隔膜企业依然在致力于传统的PP和PE隔膜量产技术的深入开发工作,但随着无纺布隔膜技术的日臻成熟,越来越多的“新”企业介入进来,希翼凭借相关新型隔膜产品挑战现有锂离子电池隔膜市场格局,其中不乏实力雄厚的企业,如杜邦、首钢等。目前,不断有无纺布隔膜新品发布并陆续投放市场,这使得锂离子电池隔膜市场寡头垄断的格局正在动摇。毋庸置疑,今后几年全球锂离子电池隔膜市场的竞争将会越来越激烈。

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