芳綸在鋰電隔膜涂覆中的應用

芳綸在鋰電隔膜涂覆中的應用

Part.1

隔膜涂覆的介紹

隔膜為鋰電池四大主材之一，可分為干法、濕法、涂覆三類隔膜，目前常見的鋰離子電池隔膜通常為聚丙烯、聚乙烯或者是兩者共同的復合膜。這些材料熔點通常低于170℃，但是當電池因內(nèi)部或外部原因造成升溫時，隔膜會熔融并收縮正負極直接觸導致短路，引起電池燃燒、爆炸等意外事故的發(fā)生給使用帶來安全隱患。而通過涂覆加工處理，可減少一系列事故的發(fā)生。

隔膜涂覆行業(yè)近年重大的演化趨勢，是在在聚烯烴隔膜上（包括干法濕法隔膜）以三氧化二鋁和粘結劑以及去離子水混合攪拌為漿料，采用微凹版擠壓涂布的方式來在基材隔膜上面做一層或者兩面各一層的陶瓷面，厚度為2－4um。

通過涂覆加工處理，不僅可提升隔膜的熱穩(wěn)定性、改善其機械強度，防止隔膜收縮而導致的正負極大面積接觸，還能提高隔膜的耐刺穿能力，防止電池長期循環(huán)工況下鋰枝晶刺穿隔膜引發(fā)的短路。同時，涂覆工藝有利于增強隔膜的保液性和浸潤性，從而延長電池循環(huán)壽命。

涂覆材料可以分為無機和有機兩種，無機材料主要有陶瓷（勃姆石、氧化鋁），有機材料主要有PVDF、芳綸等。無機材料的主要優(yōu)勢在于技術更為成熟，生產(chǎn)成本更低，性價比高，經(jīng)濟性較有機涂覆有明顯優(yōu)勢；有機涂覆大的優(yōu)勢就是產(chǎn)品性能好，但價格昂貴。

目前濕法隔膜一般均采用涂覆方案，隨著濕法4μm、4.5μm等更薄濕法隔膜新技術突破，出于性能提升以及安全性考慮，涂覆應用有望增加。干法隔膜為提升機械強度也逐漸開始使用涂覆方案，隨著12μm干法單拉隔膜應用增加，10μm干法單拉隔膜應用加速，干法涂覆隔膜滲透率不斷提升。下面主要就芳綸作為涂覆材料進行介紹。

Part.2

芳綸的優(yōu)勢

芳綸是一種芳香族聚酰胺，膜結構多孔且內(nèi)部互相連通，涂覆在隔膜可使鋰離子在其中傳輸通暢。隔膜離子電導率高達1.51mS˙cm-1，使得隔膜在電解液中具有較高的潤濕性，使得電池的活化時間減少，長循環(huán)的穩(wěn)定性顯著提高。它的膜涂覆后性能非常好，涂層很薄，1mu-2mu，而PVDF混涂在2mu以上（PVDF+陶瓷）。芳綸材料耐熱性極好，作為隔膜涂覆可以大幅降低隔膜高溫時的熱收縮率，避免電池起火隱患，大幅提升安全等級；此外，芳綸作為高分子有機物，與電解液的浸潤性極好，且自身抗氧化性強，能夠提升電池的循環(huán)壽命、充電速度，并提高電池的能量密度。芳綸材料自帶粘結性能，可作為有機涂覆單獨使用。

芳綸涂覆使隔膜與電池性能大幅提升。

芳綸涂覆隔膜在熱穩(wěn)定性、浸潤性、電池能量密度等關鍵指標中領先。

Part.3

芳綸的種類

在芳綸中，間位芳綸和對位芳綸已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因為結構上的差異，兩者性能用途不同且對應到不同下游。

對位芳綸：具有高比強度、高比模量、耐高溫等優(yōu)異性能，與碳纖維、高強高模聚乙烯并稱為世界三大高性能纖維。大多用于防彈衣、防割手套等防止機械損害的方面。

間位芳綸：具備優(yōu)異的耐高溫、阻燃和絕緣性，主要應用于高溫防護服、濾料、電氣設備等領域。

Part.4

芳綸的市場

參考高工鋰電EVtank的預測，2025年全球鋰電出貨量合計2102GWh，其中動力電池1550GWh，儲能鋰電390GWh，消費電池162GWh，按照中材科技的公告，單GWh動力電池需要隔膜1500萬平米，2025年全球的隔膜需求量達到315億平米，按照涂覆隔膜滲透率70%極端，對應市場空間是221億平米，假設2025年單面涂覆和雙面涂覆市長率40%，均價在4元/平米，保守按芳綸涂覆在涂覆隔膜滲透率5%測算，對應2025年的芳綸需求4767噸，對應市場空間44億元；按照10%測算，對應2025年的芳綸需求為9534噸，對應市場空間88億元。

全球鋰電裝機帶動芳綸涂覆需求測算：

Part.5

主要龍頭

新材于1999、2004年分別啟動間位芳綸、對位芳綸研發(fā)工作，歷經(jīng)多年研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化攻關，終于2004、2011年實現(xiàn)間位芳綸、對位芳綸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。2020年公司收購民士達（芳綸紙企業(yè)），將產(chǎn)業(yè)鏈向下游延伸。

建設3000萬平米/年的中試線項目，計劃2023年上半年有產(chǎn)品放出。公司在現(xiàn)有產(chǎn)能6000噸對位芳綸，1.7萬噸間位芳綸的基礎上，布局2025年實現(xiàn)2.15萬噸對位芳綸，間位芳綸2萬噸。實現(xiàn)規(guī)模效應，進一步降低芳綸做涂覆膜的成本，相應下游的需求。

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