6月15日上午,南开大学新能源材料化学研究所所长、博士生周震习惯性地自言自语地望着另一辆通过窗外的新能源车。
看到从事新能源材料研究20多年来日益增长的新能源汽车,周震喜悦的馀波依然令人担忧。 “锂电池基础材料的研究,与我们在世界一流水平上还存在差距,特别是高级电池的隔板材料依赖于进口”。
据周震等行业专家介绍,作为新能源车的“心脏”,国产锂离子电池(以下简称锂电池)还不稳定。
锂电池隔板图源:中国电池网
横跨太平洋的“四国游戏”
在去年世界动力电池销量前十大企业中,中国企业占7席,市场份额超过日本,占世界第一的2020年,中国占世界电池市场份额将达到7成以上,目前中国的电池生产企业已经超过200家,是世界上锂电池生产企业最多的国家…… 很多人在接受采访时,中国已经形成了比较完善的动力电池产业链,电池产业规模十分巨大,但还不能说很强大。
锂电池领域存在着跨越太平洋的“四国游戏”。 “从业界的角度来看,美国具有较强的研发设计能力,现在仍领先于锂电池的原始创新、核心材料研发的日本制造大国作为电池材料,生产规范严格,首先能够制造出新的完成电池,我国和韩国作为第二梯队, 继续跟进……”周震解释说:“与日韩相比,我国低端锂电池产品更有利,主要是因为人工和原材料比较便宜,但是一些高级产品,特别是关于电池安全性的核心材料和制造技术还存在很大差异。”
在电池的四大主要材料中,正、负极材料、电解液国产化,但仅隔膜较短。 国产隔板主要供应低端3C级电池市场,高端隔板至今仍严重依赖进口。 核心专利不足,隔膜等重要材料无力,不仅使国产锂电池受不了疼痛,也拉动了国产锂电池企业“走出去”的脚步。
一张胶卷成两层
“在锂电池内部,带电荷的离子在正负极之间来回流动形成电流,隔板位于电池内部的正负极之间,必须在防止正、负极直接接触的同时,确保电解质离子的顺畅通行”,从周震的形象来看,电池电解液像河流一样, 锂离子就像一艘在河里行驶的小船,隔板是一座拦腰建造的大坝,一个隔板的孔就像一个大坝的闸门,正常情况下离子自由地来回到达正负极,说明完成了充放电循环。
图示来自中国的储藏网
“高端隔板一般都附带陶瓷材料.。。 电解液温度过高时,材料膨胀,空隙像闸门一样关闭,阻断离子交流,防止电池因温度过高而起火”周震显示,隔膜是锂材料中技术壁垒最高的材料,其技术难点是造孔工艺、基材、制造设备。 "技术要求高,价格当然也高,几乎占电池总成本的一成以上. "
隔板的质量直接影响电池容量、充放电循环寿命、阻燃防爆安全性能等指标。 业内人士感慨道:“隔着双重的日子,过去的话会是晴天。”
国产膜片需要突破
我国以干法进入世界第一批,在湿膜领域国内企业掌握方法,但整体难以与外国大企业对抗,核生产设备也主要依赖进口。
数据显示,2017年,国内锂电池市场规模达到1130亿元左右,其中锂电池规模约为600亿元。 根据国家工信部发布的《节能和新能源汽车产业发展计划》( 2011—2020年),到2020年中国纯电动汽车和插电式混合动力汽车的生产能力达到200万辆/年。 某电池行业协会估计,中国今后每年所需的高质量车用动力电池隔板材料需求量将达到数亿平方米。
“希望锂电池的发展不要被人束缚,隔膜等高级材料是不可避免的! 天津巴莫株式会社社长吴孟涛认为,这么巨大的市场需求完全依赖外国厂商,不仅不现实,也是国产动力锂电池的最大担忧。
高端隔膜技术具有相当高的门槛,不仅要投入巨额资金,还需要强大的研发和生产团队、熟练的技术和高水平的生产线。 “在湿法制造工艺中,树脂材料和添加剂的挤出混合过程和拉伸过程是两个核心难点”围震,国内隔膜企业希望发挥更大的作用,包括基础材料的表面处理技术、胶粘剂配方技术、产品的冲压拉伸等材料, 在设备和过程控制等三个领域要“补习”,在膜片产业链的上游,包括国产涂布机在内的核心生产设备也要赶上,实现国产化的进一步突破。
周震说:“像登山一样,越接近山顶攀登成功的希望就越大,那个时候需要努力的事情也很多。”