日期：
2023-03-01 00:28:10
来源：先进电池材料收集 编辑：Sinobattery
2022CHPB-5 现场照片十张（左右滑动查看更多精彩）
2022年11月23日-25日，由中国化学与物理电源行业协会、中国电子科技集团公司第十八研究所共同主办，先进电池材料/北京中联毅晖国际会展有限公司承办的《第五届先进高功率电池国际研讨会The 5th International Conference on Advanced High Power Battery》（2022 CHPB-5）在苏州顺利召开。本届大会得到了中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的特别支持，并由无锡先导智能装备股份有限公司冠名 赞助及蓝科途、安普瑞斯（南京）、山东精工电子、长虹三杰新能源 等赞助单位的大力支持。参加本届大会的嘉宾来自国内外汽车产业、无人机、3C电子、电动工具、铅酸电池、超级电容、镍氢电池、锂离子电池及系统Pack、锂电池四大主材等配套相关设备等领域；共有200家企业单位，400余位嘉宾出席了此次国际研讨会。
在2022CHPB-5，Session7 “混动车低电压电源系统市场与技术新发展（12-48V） ”分论坛主题上，来自深圳市星源材质科技股份有限公司，平翔博士 ， 做了“低阻抗、高稳定性隔膜在高功率电池体系的应用与研究进展 ”主题演讲。
深圳市星源材质科技股份有限公司，平翔博士
大家好，感谢主办方给予这个平台，我代表星源公司介绍一下公司在锂电池隔膜的产品开发、技术路线以及未来产能规划的最新进展，也希望能与在座的上下游企业开展合作与交流，共同促进锂离子电池隔膜产业的高质量发展，为新能源产业的崛起贡献一份力量。 锂离子电池在消费数码，新能源汽车、储能电站的广泛应用，其电池安全性和能量密度是绕不开的行业痛点，基于此，就锂电池隔膜材料的功能特点和产业应用趋势，我们在产品上一直坚持高安全，轻量化，低成本，长寿命的开发方向。对于干法基膜主要是突出薄型化，高性能、低成本的特点，主要应用于储能电池，动力电池等领域。干法隔膜经过多年的发展，在制程装备、产品规格和性能、产品一致性、应用领域等方面都有极大的提升和拓展。我司在2020年率先将最新一代的宽幅14um干法复合隔膜量产应用于动力电池领域，此后，随着客户要求的不断提升和行业发展的趋势，我们又相继开发出了12um、10um的量产产品，目前在稳步推进量产中。湿法隔膜除了产品厚度和差异化的性能以外，目前主要围绕单位厚度的高强度和单线产能最大化的方向发展，因为行业的发展要求材料低成本化，而公司的发展，要求产品利润最大化并保持持续的行业竞争力，所以，大规模制造，稳定的产品性能、单线产能提升和综合成本的降低是未来锂电池隔膜行业发展的趋势。 除了基膜以外，主要是两种涂覆方式，第一种是陶瓷涂覆，还是围绕着水分和热收缩等特殊功能展开细致领域的差异化产品开发。聚合物涂覆早期是应用于软包数码电芯，通过界面的粘合固定和胶层的缓冲，保证高能量密度软包电芯的硬度和长期循环稳定，而目前，已广泛应用于动力和储能电池领域。随着当下大电芯的应用和叠片、热复合等工艺的发展，对聚合物涂覆产品的形态和性能等要求也在不断发生变化。前沿一些的像电解质隔膜，半固态发展方向，目前我们是与电解液厂和科研院所等机构合作开发半固态电解质隔膜涂覆等新产品。锂电池隔膜是星源材质的主业，为了应对未来的发展和变革，我们也在布局和开发其他应用领域先进的功能膜、医学膜等。 干法隔膜，这个表里列出了目前14、12、10um的产品特性参数，突出了轻薄化、高强度，耐撕裂，低收缩的产品特点。目前这个系列的产品已经或即将量产，批量应用于动力、储能电池市场。产品的升级和迭代，离不开材料和工艺技术的创新，针对干法单向拉伸隔膜的一些缺陷和问题，比如产品横向强度低易撕裂、电解液浸润性较差、击穿电压偏低等，我们也一直不断地在探索和改进，期待能与产业界的朋友一起，持续推出更具竞争力的产品。
湿法隔膜，目前数码产品基本上是在5um、7um的厚度，动力电池和储能电池基本上是7um，9um、11um的厚度范围，除了厚度以外还有其他维度，包括高强度，高模量、高孔隙率、低阻抗和低闭孔温度等性能指标，我们都有不同的系列产品来对应不同的应用需求。现在很多客户开发快充、超充的动力电池产品，高孔隙率，低阻抗、高电解液浸润性的产品会比较有优势。除了产品性能以外，为了应对未来市场的竞争和需求，我们在产品装备升级上也是不断进取，最新的是明年年中在江苏南通的第五代湿法线，6.2米宽幅产线，单线年产能可以达成2亿平方，效率比上一代产线提升50%。近期，一些电池厂提出了未来锂电池材料领域产能过剩的风险，我们觉得优质产能是不会过剩的，过剩的会是那些低效的、高能耗的产能。
涂覆隔膜方面，目前行业上主要还是用氧化铝和勃姆石这些涂覆产品，以130度、150度条件下的烘烤数值做为要求，此外，有些客户还提出了180度耐温性能的要求，在这种超高耐热的产品开发上我们也会有比较特殊的配方来应对。因为要实现耐高温的要求，就需要用到一些特殊的、耐高温的聚合物粘接剂，但是，这种耐高温的粘接剂会带来隔膜涂层含水量的增加，如果不追求特别高的耐热性能，可以选择低水分的常规产品。基于高耐热性和低水含量这两个矛盾的指标，我们还开发了水分和耐热兼顾的产品，以应对不同的产品需求。在常规的陶瓷涂层的耐热性上，我个人觉得粘接剂是非常关键的因素，在高温环境下粘接剂的稳定性直接影响了陶瓷涂层的耐热性能，而且这两年隔膜用粘接剂，正、负极用粘接剂，行业里涌现出很多优秀的供应商，我们也是希望与行业的同仁一起，把涂覆产品的综合性能和性价比持续提升，为行业提供更具竞争力的产品。 关于涂胶隔膜，目前行业上最广泛使用的是喷涂产品，以共聚型PVDF为主要原料制备的浆料，通过旋转喷涂的方式涂覆在隔膜表面，覆盖率一般是在20%左右，不同的覆盖率和配方工艺在动力电池组装端也会有一些应用上的差异，这主要与客户端的热压条件和对电芯的相关要求不同有关。中间的是水性微凹版的辊涂产品，通过对聚合物颗粒尺寸、配方比例和涂覆量的控制，可以实现较高覆盖率的薄型化涂胶产品，与喷涂产品相比，辊涂产品有较薄的初始厚度，较高的界面粘接力，目前以热复合工艺的叠片类应用为主，并且得到了客户端的认可，目前有小批量供货。 油性涂覆类产品相对比较小众一些，是我们跟韩国一家客户联合开发的，其产品特点是具备较高的界面粘接力和电解液浸润能力，应用于热复合叠片+卷绕式的电芯装配工艺上。油性涂覆和水性涂覆工艺方式完全不一样，PVDF是用有机溶剂溶解，后期经过相分离工艺和水洗形成的，由于聚合物在隔膜表面的分散状态和微观形态的不同，所以同样的聚合物材料，它的粘合力会比水性体系的产品较高一些，同时保持较低的阻抗，但是它的成本较高也是不可避免的问题，所以目前油性涂覆产品的推广受到成本的限制，未来我们的方向是基于油性体系开发一些差异化的产品以及在水性体系上做产品升级。 这两年非常热门的话题就是PVDF的替代材料开发，PVDF材料在去年涨价的过程中采购非常紧张，所以也促进了另外一个产品的开发，就是非氟类替代材料，目前主要以苯乙烯、丙烯酸酯类烯烃类单体通过共聚和部分交联的形式，结合聚合方式的选择、后期的粒径控制和干燥工艺的优化，以乳液和粉体的形式在进行尝试和不断优化。目前我们星源也在这个领域做一些深入的研究，同供应商和客户一起合作进行产品开发和验证，我个人认为未来不断会有取代PVDF的非氟类产品进入市场，并实现规模化应用，因为从成本和目前的验证情况来看，这种类型的材料都是很有优势的，而且，目前也有比较积极的进展，后续还需要与材料开发端和客户端一起把这类材料用好，这样可以给产业带来成本上的降价空间，而且这种产品也不会像PVDF那样受到一些资源上的限制。 下面的这个产品是我们公司近几年主打的差异化涂覆隔膜，与勃姆石和氧化铝这类无机颗粒不同，这种是属于有机纤维，来自于天然材料，纤维素产品通过化学处理得到短尺寸，具有一定长径比的纳米尺度的线状纤维，其不同于颗粒状的涂覆填料，它与基膜贴合度更好，而且表面含有较多的极性官能团，在涂层厚度、电解液浸润性和耐热性方面都有较大的优势。此外，纤维表面较多的极性基团也给后续的改进预留了空间，这种有机的纤维材料，我们觉得未来会有广阔的发展，当然这类产品的开发和应用，是离不开终端客户的配合与验证。 在纤维类涂覆产品上，我们主打轻薄化、高耐热、高耐压、高电解液浸润性的产品特点，在电池中、后期循环的过程中，随着电解液的不断消耗，游离的电解液需要依靠多孔电极和隔膜上的多孔结构通过毛细作用进行扩散和迁移进行补给，所以高电解液浸润性这个性能对于长期循环还是很重要的，此外，还可以提高电芯组装后的注液效率。除了电解液浸润性，它对隔膜的破膜温度也有很好的提升，由于这种纤维材料是具有一定长径比的纳米尺度材料，涂覆厚度也是非常薄，从数据上可以看到，在0.5um的厚度下就可以显著提高耐温性，这边给到的是180度/小时的数据。这是我们第一代的纤维涂覆产品，下一代产品我们是计划基于纤维材料表面功能团做一些改性，可以在上面增加一些极性基团提高锂离子的迁移数，提高锂离子电导率。还有一些是有机功能团改性，比如现在正极材料在电池循环过程中可能出现的可溶性锰离子溶出问题，可以利用这种新的改性涂层对溶出的金属离子进行吸附和截留，防止它迁移到负极被还原，影响到负极的安全性能和电池的可靠性，这部分是未来持续的开发工作。 接下来是高耐热、高破膜改性的产品，这是2020年开发，2021年成功量产的一个新产品，主要是通过紫外交联的方式实现微观聚合物分子链段的搭接，进而限制了隔膜在高温和微小张力下的取向和流动，提高了破膜温度。在测试和表征方法上，目前主要有三种测试方式，我们给的图是用TMA测试的，还有升温阻抗，升温透气法，目前行业一般使用的是TMA测试方式，在微小张力下通过升温对这个膜进行表征，常规产品破膜温度约148度，经过紫外交联处理后，可以实现200度下不破膜。这个指标应用在电池上，可以模拟高温热箱的测试，在高温下，电解液会发生一些反应并会气化，电芯内部的压力是比较大的，在内压力下如果隔膜不能保持很好的完整性，隔膜会被内部压力冲破，导致正、负极短路，此时，像这种高破膜产品就可以应对这种情形，能够保证在高温、高压下结构的相对完整，进一步提高锂电池的安全性能。这是我们做的悬挂实验，在实验室是在180度的烘箱内，把这个隔膜以一定的重物悬挂，看一定时间内下它会不会被拉破，这款产品2022年批量投入，目前也是在数码领域使用。之前我们开发的是油性产品，目前在水性产品上也在同步开发和给客户送样测试中。 下面要介绍的是一种新品类的油性涂覆产品，我们主推的是高电子绝缘性、高界面粘接力的聚酰亚胺类复合涂层。以前，行业内有芳纶类的油性涂覆产品，比如，松下用的是住友化学的对位芳纶涂覆隔膜，并应用在圆柱电芯上。芳香族聚酰胺类涂覆隔膜受制于原料、加工和涂覆工艺，专利和成本等众多因素的限制，多年来并没有在锂电池行业的应用有任何的新进展，我司与客户端一起做开发和交流的时候寻找到另外一个替代材料叫聚酰亚胺，它是一个系列的产品，目前也是只能在油性体系上使用，它的特点是不仅可以替代芳纶类的涂覆产品，而且还可以有芳纶类材料所不具备的优势。它最大的优势是可以显著提升电子绝缘性，用在隔膜涂覆上，可以改善锂电池的自放电问题，并提高电芯的制程良率。以目前我们测试的结果，击穿电压可以提升60-120%，有助于薄型化、高孔隙率基材的使用。同时它也可以替代共聚型PVDF，具备与电池极片界面较好的粘结性，同时化学和电化学是非常稳定的。但是，问题是目前还是应用于油性体系上，所以成本偏高一些。 这是两种配方体系的电镜照片，第一种目前主推的产品型号是湿法10/11um+2um陶瓷涂覆+聚酰亚胺系复合涂层，目前主要推广在圆柱电芯上使用，行业一般的圆柱电芯是10um左右的湿法基膜+陶瓷涂覆，如果加上聚酰亚胺涂层，可以提升安全性能并降低电芯的自放电，复合隔膜的收缩耐热性可以控制在130度/小时，小于5%的范围。第二种是用于数码领域的，目前主推的产品型号是湿法5/7um+2um+2um的聚酰亚胺系复合涂层，它是聚酰亚胺和无机耐热材料混合在一起的，复合隔膜的收缩耐热性可以控制在130度/小时，5%左右的范围，具备优异的界面粘接性和电子绝缘性，对电芯的自放电、循环寿命和安全性能都有很大的改善，有助于薄型化、高孔隙率基膜的推广和使用。 最后一个涂覆类产品是今年我们与一家公司合作开发的无聚合物粘接剂的无机材料改性隔膜，我们内部叫“Binder-free”无机改性涂覆隔膜。常规的氧化铝涂覆隔膜，其涂层都是涂覆在聚烯烃隔膜的表面上，但是这种结构无法改变隔膜内部孔道之间聚烯烃材料疏电解液的天然特性。所以，溶剂化锂离子在隔膜内部孔道里的传输和运动还是会受到一定影响的，也包括隔膜多孔结构内部对电解液的吸收和浸润。我们现在是想引入一种新的结构，把无机材料附着在多孔隔膜表面及内部的三维网络上，这种修饰不仅停留在表面上，而且在隔膜孔道当中都可以附着上去，通过电镜可以很明显看到其附着的效果和均匀性。其实这种技术在十年前学术界已经有了报道，但是当时受制于材料、装备等因素只是停留在理论上。 这种新的涂覆改性技术能够提高隔膜整体结构对电解液的浸润性，此外，无需使用聚合物粘接剂，在隔膜纤维表面上改性，没有厚度增加，它的厚度尺寸大约在5纳米左右。同时这种产品也可以提高复合隔膜的电子绝缘性，击穿电压目前测试可以提升30%左右，有助于薄型化、高孔隙率基材的推广。后面我们是做了一个表征，对电解液浸润性的测试，我们一般是用三种方式进行表征，接触角，电解液表面扩散，爬液法，结合这三种方式的结果来评判隔膜在电池中对电解液的浸润性和吸收，从结果来看还是有很大改善，隔膜的耐温性也有一定提升。但是受制于这种技术目前还处于早期开发阶段，它的生产效率不是太高，并且受制于处理条件，我们计划在干法10um、12um等超薄型干法产品上进行探索，后续感兴趣的客户可以和我们一起，对这种新型产品进行验证和推广。 最后简单介绍一下星源公司，星源材质是国内第一家从事干法、湿法锂离子电池隔膜自主研发并量产的企业，早期追溯到2003年，最早是在深圳的总部基地，2016年在安徽合肥建立了庐江基地，2018，2019年在江苏常州，随后在江苏南通将建成我们公司在国内最大的基膜和涂覆产业基地，此外，在欧洲瑞典也建设了基膜和涂覆工厂，是为了布局和服务欧洲新能源产业的客户。 对于高新技术企业的发展，专利和知识产权的申请和保护也是非常重要的，截止到今年，公司持有国内外专利申请约500件，其中海外专利占比15%。2021年，公司市场规模全球第二，近50%的产品出口海外市场，占比国内隔膜行业第一。目前，有六大生产基地，两个海外研究中心，一家海外合资公司以及全球销售网络，后续，随着产业的发展和市场的需求，我们还有一个扩产规划。 深圳总部基地的湿法隔膜只有一条生产线，约5000万平方/年产能，涂覆是1.5亿平方/年产能。合肥基地湿法隔膜规划是5亿平方/年产能，目前是两条生产线，明年年初就会有新增两条线的产能释放。常州基地八条湿法线，湿法隔膜10亿平方/年产能。常州二厂主要是干法和涂覆，干法隔膜是10亿平方/年产能，涂覆也是10亿平方/年产能。这是欧洲的瑞典基地湿法隔膜产能规划，15亿平方/年产能，涂覆也是15亿平方/年产能。江苏南通是我们国内最大的基地，下个月底在南通会举办“2022第十一届电池与薄膜产业链发展高峰论坛”和南通星源的投产仪式，欢迎产业界的朋友们去南通参观指导。南通基地的规划是湿法隔膜31亿平方/年产能，涂覆隔膜30亿平方/年产能。 现有基膜产能26亿平方米，到2028年将实现干法基膜50亿平方米，湿法基膜110亿平方米，总共160亿平方米的基膜产能规划，再匹配120亿平方米的涂覆产能，共计280亿平方米的产能。 在产品品质保障方面，公司率先通过了相关的国际质量标准体系认证，并于2017年获得广东省政府质量奖。在国内外的客户开发方面，星源材质也是拥有着全球战略伙伴，涵盖了众多知名电池企业。 最后，感谢大家的聆听，有不对的地方欢迎大家批评指正，期待后续能与行业同仁多多讨论与交流。谢谢！