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【进口替代】年产3亿平米湿法锂电池隔膜制造-高端锂膜实质性技术突破
团队以日本技术为基础,选择湿法双向同步拉伸路线与国际最先进的日本东燃、旭化成技术体系同步,突破高一致性隔膜控制要点,实现薄膜拉伸均匀性;满足高端客户对隔膜稳定性和
技术介绍
技术编号:T2018070022
成熟度:生试阶段
来源地:中国
合作方式:技术入股
合作价格:面议
专利:有
交付形式:整体方案
所属领域:能源电力、材料科技
此技术可用于:电池、功能材料

方案描述

技术详述

一、技术背景

隔膜是锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料。目前国内高端锂电池隔膜市场仍然被国外品牌垄断。

(一)市场现状分析

目前我国锂电池隔膜的主要应用领域为消费电子类产品,但在动力电池产业受到国家政策大力支持的背景下,未来我国车用锂电池隔膜材料的需求量将会大增,对隔膜性能提出了更为严格的要求。动力电池隔膜倾向于耐热性能好的双面陶瓷涂覆隔膜,主要针对电动汽车、大规模储能电站等大功率充放电的应用场合。

由于高端产品对隔膜的一致性要求高。除了厚度、面密度、力学性能这些基本要求之外,对隔膜微孔的均一性有要求。因为微孔的尺寸均匀性直接影响到隔膜的孔隙率、电池内阻、透气性、吸液率。就国内现有的隔膜生产技术,隔膜的厚度、强度、孔隙率等关键指标量产批次稳定性较差,因此国内高品质湿法隔膜90%仍然依赖进口,实现进口替代的空间巨大。

(二)目标客户分析

根据隔膜的应用领域和销售价格,可将隔膜客户分为以下三类:

(1)高端消费类电池大客户

以松下、LG化学、三星SDI、SONY、AESC、ATL、比克、中信国安、亿纬锂能、等为代表的客户,通常规模较大,大多采购厚度较薄的进口或部分国产湿法涂覆隔膜;

(2)低端客户

此类客户规模不大,数量众多,以国内干法PP膜为主,厚度集中于16μm以上产品,价格多集中于2元/平米左右;

(3)动力电池客户

以松下、LG化学、比亚迪、CATL、天津力神、合肥国轩、微宏动力、中航锂电、沃特玛、万向A123、光宇、福斯特为代表的大客户,过去大多采购厚度为25~40μm的PP干法单层或三层复合隔膜居多,2014年后,在湿法PE隔膜表面涂覆陶瓷,增强耐热性以提高电池安全性,已得到业界认可并达成共识,在厚度更薄、内阻更小、孔径分布更加均匀的湿法PE基膜上添加陶瓷涂层,比传统动力电池隔膜更加轻薄,内阻更小,充电速度更快,包括短路率和其它综合性能全面优于干法PP隔膜。

表1 2016年国内客户情况一览表

表2 国内动力锂电池2016年隔膜消耗量

序号 公司名称 电池出货量GWH 隔膜采购量亿平米
1 比亚迪 8.23 1.646
2 CATL 6.26 1.252
3 沃特玛 2.53 0.506
4 国轩 1.93 0.386
5 力神 1.74 0.348
6 中航锂电 0.83 0.166
7 深圳比克 0.70 0.140
8 万向 0.65 0.130
9 光宇 0.48 0.096
10 中信国安 0.45 0.090
2016年前10大电池厂商隔膜采购量合计4.76亿平米

二、技术原理

根据本项目采用湿法双向拉伸工艺特点,可以实现对微孔尺寸和均匀性的控制,可以满足高端客户对隔膜的稳定性和一致性的要求,因此本项目的目标客户定位为高端消费电子类和大容量、高性能动力锂电池厂商使用。

本项目采用自有技术,主要技术来源为锂电池隔膜湿法双向同步拉伸制造工艺;项目所采用的主要工艺设备、材料,除部分需进口,大部分可在国内采购。

锂电池隔膜的生产工艺流程分别是真空加料、熔融挤出、冷却成型、同步拉伸、萃取、拉幅热定型和收卷、大分切、小分切。

生产工艺方法描述如下:

第一步,将一定量的石蜡油、聚乙烯粉料和一定量的添加剂经过一台计量泵和两台皮带失重秤分别加入挤出机的入料口, PLC通过传感器精确控制原料配比,原料存储空间密闭确保恒温恒湿,配有空调和真空泵。

第二步,原料源源不断地喂入双螺杆挤出机加料口,经混合、熔化、剪切混炼、粗过滤经马格泵精确定量再经精滤进入模头挤出成片状基材。该螺杆挤出机配有加热系统、冷却系统、过滤系统、温度和压力传感系统。

第三步,利用五辊冷却铸片机将油、料均匀混合的粘胶状树脂片材冷却成合适温度,产生固相和液相分离,油被均匀的锁在玻璃化树脂网格内,冷却温度和速度由冷水机组控制单元精确控制。

第四步,冷却后的片材进入纵横向同步拉伸机经过预热、拉伸、热定型、冷却等步骤一次性拉延扩幅,制成所需厚度和幅宽的薄膜,该机组利用蒸汽加热、温度要求均匀,波动范围小于±0.5℃,风速约15~20米/秒;蒸汽由锅炉提供;采用热风循环模式。本项目生产线设计车速50米/分钟。

第五步,薄膜进入装有二氯甲烷的萃取槽,将薄膜中的石蜡油萃取出来,此时膜则变成纳米级多孔质膜。和萃取槽配套的有石蜡油和二氯甲烷回收装置;混合液被送出车间进入液体回收装置精馏分离回到储罐,萃取槽需要配加热真空系统,使用蒸汽余热,洗涤干净的多空膜带有少量二氯甲烷,经加热和真空将残留二氯甲烷抽吸送往气体回收系统经逐级冷凝后将空气排入大气。

第六步,微孔膜进入拉幅热定型机进行消除应力热处理,利用蒸汽加热,锅炉提供过热蒸汽经换热器、循环风机转换成炙热空气,由传感器、气动调节阀精确控制热风温度,温度波动小于0.5。

第七步,拉幅热定型后的微孔膜需要再进行一道热处理工艺,借以进一步消除膜横向和纵向的残余应力,减少纵向和横向膜的热收缩,二次热处理机用蒸汽换热器经风机换热,采用热风循环模式,由传感器、气动调节阀精确控制热风温度,温度波动小于0.5。

第八步,微孔膜成材收卷,收卷机经双工位自动换卷收成大卷,收卷过程恒张力控制,微张力收卷,收卷前采用自动在线X射线测厚仪对厚度进行监测,监控隔膜的单位克重的均匀性,实时反馈厚度波动情况。

第九步,将收卷的隔膜经大分切机分切成客户所需或适宜的宽度,若客户需要进一步切成最终的锂电池隔膜产品,则再经小分切机分成小卷包装入库。若客户所要的是母卷,或陶瓷涂覆膜,再将一定宽度的母卷经陶瓷涂覆线制成陶瓷涂覆膜。若客户需要最终的小卷,则再经小分切机分成所需成品。分切机要求主动放卷,恒张力收卷。分切机上安装在线缺陷检测仪,对隔膜的外观缺陷进行检测,并为隔膜的定品分级提供依据,分切与涂覆工段均需要在恒温、无尘环境下进行。涂覆、分切、仓储必须加除湿装置,洁净等级10万级。

湿法锂电池隔膜工艺流程图如图1所示。

图1 湿法锂电池隔膜工艺流程图

三、市场容量分析

(1)全球锂电池隔膜需求量预测

据台湾工研院统计,2013年全球隔膜需求量达到8.43亿平米;2014年全球隔膜需求量达到11.85亿平米;2015年全球隔膜需求量达到16.8亿平米;2016年全球隔膜需求量达到20亿平米,总产能达32亿平米,仅中国市场需求则达13.6亿平米;2017年全球隔膜需求量达到23亿平米;2016年全球电动汽车产量达85万辆,中国43万辆,汽车动力电池隔膜消耗量为8.9亿平米。经验显示,全球锂电池隔膜需求历年增长率都保持在20%以上,照此计算,2020年全球电动汽车用隔膜将超过42亿平米。

表3 2016~2021年全球锂电池隔膜需求预测

年份 2016 2017 E 2018 E 2019 E 2020 E 年份
需求量(亿㎡) 20 24 29 35 42 需求量(亿㎡)

(2)国内锂电池隔膜需求量预测

根据中国化学与物理电池协会的统计数据,2016年我国锂电池隔膜需求量达到13.6亿平米,其中动力类湿法膜90%依靠进口,对国产隔膜的需求还有很大的空间,随着电动汽车比例的不断提升,预计2020年我国锂电池产品在全球的市场份额将超过70%,照此计算,到2020年国内锂电池隔膜的需求量将达到30亿平米。

(3)目标市场需求预测

2011年锂电池国内近85%的隔膜用于消费类电池,电动汽车用锂电池所占份额更少。中国锂电池市场对隔膜的需求量2016年达到16亿平方米,见表4。

表4 2016年中国锂电池隔膜用量

领域 手机 笔记本 电动工具 其他数码产品 电动自行车 新能源汽车 其他 总和
比例(%) 15 10 7.5 7 3 50 7.5 100
隔膜用量(万m2 24000 16000 12000 11200 4800 80000 12000 160000

(4)市场占有份额分析

根据市场需求分析,到2018年,本项目规模1亿平方米锂电池隔膜生产线建成后,本公司2018年国内锂电池隔膜市场占有率预计为2.5%,湿法隔膜市场占有率预计为4%。

(5)市场发展趋势

过去,锂电池隔膜的主要应用领域为消费电子类产品,但在动力电池产业受到各个国家政策大力支持的背景下,未来车用锂电池隔膜材料的需求量将会大增。

迄今为止,整个中国汽车市场上只有60万辆左右的新能源汽车,比起世界新能源汽车保有量不足20%,中国的新能源汽车产业尚处于起步阶段。近期,国家出台了一系列促进新能源汽车发展的政策,《新材料产业“十三五”发展规划》中明确指出:2020年,新能源汽车累计产销量将超过500万辆,需要电池隔膜32亿平方米/年。

(6)市场优势

国产电池隔膜质量水平的缺陷正是我们巨大的机会,用进口产品的品质,国产隔膜的价格为高端客户提供物超所值的产品和服务,为客户降低质量风险,创民族品牌。

公司技术人员经过高新技术产品开发和产业化历程,积累了大量丰富经验。经过市场调查和各个方面的分析,认为锂电池隔膜市场需求旺盛,前景广阔,目前虽然宣称进入隔膜行业的厂家数量不断增多,但是真正具备批量供货能力的厂家凤毛麟角,特别是高端产品生产厂家奇缺,国内供应市场缺口大,需求量每年仍在大幅度上涨,实现进口替代空间巨大。我们利用已经掌握的先进制膜技术,迅速进入市场,从而快速扩大规模,抢占市场份额,形成良好的品牌效应提升行业影响力。

四、合作方式

寻求融资,其中,首期融资1.2亿元,出让60%股权。

技术优势

(1)我们拥有经过实战且掌握核心技术的团队(2015年5月,曾被ATL专家团队高度认可并被认定是在国产湿法隔膜中最好的)。

(2)技术方案选择湿法双向同步拉伸路线与国际最先进的日本东燃、旭化成技术体系同步。

(3)产品定位高端市场,实现薄膜拉伸均匀性。

(4)独家拥有气态溶剂回收技术方案,在确保达标排放前提下有效降低天然气消耗,较传统气态溶剂回收的能量损耗低近30%,体现出综合成本比同行低15%左右,该项技术创新独家专属,对同行业其它竞争对手形成优势。

(5)我们的技术团队拥有独创的产品外观检测方法,杜绝人为偏差,降低质量风险,排除国产隔膜普遍存在的,随存放时间和存放环境温度以及运输过程受热变形的难题,该项技术创新独家专属,对行业竞争对手形成优势。

(6)本项目计划采用先进的液体回收装置,实现白油100%回用,按每月更新两次白油的频率,白油年平均回收利用率为92%,二氯甲烷回用率99.7%,大大减少白油和萃取液的物料损耗。

适用对象

本技术适用于汽车用动力电池等电池工厂,应用场景:动力电池,储能电池,消费类电池;或者适用于对本技术感兴趣的投资方。


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