南通天丰电子新材料有限公司项目可行性分析.doc

南通天丰电子新材料有限公司项目可行性分析产品工作原理锂电池因能量密度高、循环寿命长、质量轻、体积小等特性，又具有安全、可靠且能快速充放电等优点，成为近年来新型电源技术研究的热点。在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜采用塑料膜制成，可隔离电池正负极，以防止出现短路；还可以在电池过热时，通过闭孔功能来阻隔电池中的电流传导。产品分类根据不同的物理、化学特性，锂离子电池隔膜材料可以分为：织造膜，非织造膜（无纺布），微孔膜，复合膜，隔膜纸，碾压膜等几类。聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点，因此聚乙烯，聚丙烯等聚烯烃微孔膜在锂离子电池研究开发初期便被用作锂离子电池隔膜。时至今日，商品化的锂离子电池隔膜仍然是聚烯烃微孔膜。近年来，固体和凝胶电解质开始被用作一个特殊的组件，同时发挥电解液和电池隔膜的作用，是一项新兴的技术手段，干法用于中低端产品。该产品技术先进性理化所经过多年的努力，完成了静电纺丝法制备纳米纤维锂离子电池隔膜制备的研究，形成了新型的材料体系和工艺方法；研制了相应的试验设备、开发了具有生产价值的多喷头制备技术；开发出了网状纳米纤维膜的制备方法，孔隙率在40-75内可控；14C放电时电池能量保持率高达74.4（同样条件下采用日本宇部隔膜装配的电池能量保持率仅13.8）。经检测，采用理化所纳米纤维隔膜装配的锂离子电池的循环性能、热稳定性、高倍率放电性能优异，明显优于国外隔膜产品。盈利空间以筹建年产300万m2纳米纤维锂离子电池隔膜生产线为例，固定资产投资大约在21002200万元左右。经成本核算，每平米纳米纤维锂离子电池隔膜的制造成本在33.3元之间。目前，国产隔膜在低、中端市场已经大部分替代了进口产品，少量产品已经进入高端市场，进口产品价格随着国产隔膜的问世有所降低，由原来的4美元/平方米降低到现在的1美元/平方米市场前景尽管锂电池隔膜行业是一个新兴产业，清洁能源的发展也为其带来了新一轮的发展机遇，但我们必须认识到，前期投资的隔膜生产线项目今明年将全部建成投产，其产能可达8亿平方米，加上国外隔膜厂家扩产后的6亿平方米，产能将远远超出市场需求量，过剩危机在所难免。格瑞恩公司在国内手机等通讯类市场国产膜占有最大份额，目前隔膜生产线数量为国内最多，已有产能3500万平方米/年，目前正在新建1亿平方米/年生产线；佛山金辉公司目前产能1200万平方米/年，在建4000万平方米/年产能；深圳星源材质公司是国内唯一拥有干法单向拉伸和湿法生产工艺的企业，干法复合膜产品得到动力电池厂的广泛认可，已有产能5000万平方米，在建5000万平方米/年产能；南通天丰公司是国内唯一拥有干法单向、双向同步拉伸工艺的企业，是国内最早从事锂电隔膜研发的企业之一，是隔膜行业国家级研发、产业化基地，生产的多层复合膜得到国内外市场的广泛认可，尤其在动力电池应用方面效果尤佳，已有产能3000万平方米/年，在建7000万平方米/年产能。在这样的投资热潮中，在BOPP膜行业有着20年从业经验的南通天丰电子新材料有限公司总经理范建国提出，尽管锂电池及其隔膜行业是一个新兴产业，清洁能源的发展也为其带来了新一轮的发展高潮，但我们必须认识到，目前我国的生产的大部分产品还是中低档货，高端产品依然大量进口。生产工艺的稳定、优化和提升需要企业长期的摸索和研究。我国锂电池隔膜行业未来的发展重点不是产业化，而是要根据市场需求变化进行有的放矢的研发。如何面对产能增长带来的过剩隐忧和市场增长带来的吸引力，范建国表示，我们面对的是一个复杂的市场环境。锂电池隔膜长期以来一直笼罩着一层神秘的色彩，除了有它高利润外，还有就是技术上的壁垒。其技术壁垒在于它的造孔工艺难度大，集中体现在工程技术和基本材料上。其中造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺、生产设备以及产品的一致性。基本材料包括聚烯烃材料的添加剂配方，虽然都是经纵向、横向拉伸制膜，但却是一个复杂而精密的加工过程。只有有非常高要求的生产工艺配方，才能有优异的孔的均匀度及厚度的均匀性。在技术创新方面，范建国认为，隔膜企业未来几年应重在研发而不是产业化。隔膜未来的研发重点是新能源汽车动力电池隔膜。企业要重点解决隔膜的耐热性能，生产能在充放电过程中，大面积正、负极短路后仍能保持隔膜完整性的耐高温复合隔膜；在不影响容量的前提下，做出更薄的能满足小巧、微型产品需要的隔膜和满足动力电池性能需求的多功能复合薄膜；开发吸液性能、保液性能更好的隔膜，提高离子电导率。研发聚合物电解质隔膜、纤维隔膜等新型隔膜产品。范建国在走访客户时，遇到最多的问题就是国内企业生产出来的隔膜一致性不好。质量控制得好的时候和进口的差不多，质量控制不好的时候就很差。产品质量稳定与否主要取决于工艺、设备、原料及操作四大要素，每一个环节都控制好了产品质量稳定性才有保证。另外，我国隔膜产品与国外差距有很大程度上取决于原材料。国外知名隔膜厂家都有自己的专用料，要么自己生产原料，要么和原料厂家联合开发生产隔膜专用料。锂离子电池隔膜主要性能要求 厚度均匀性锂离子电池隔膜的厚度均匀性直接影响隔膜卷的外观质量以致内在性能，是生产过程严加控制的质量指标之一。在自动化程度很高的隔膜生产线上，隔膜厚度都是采用精度很高的在线非接触式测厚仪及快速反馈控制系统进行自动检测和控制的。隔膜的厚度均匀性包括纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性。其中横向厚度均匀性尤为重要。一般均要求控制在1微米以内。力学性能隔膜的力学性能是影响其应用的一个重要因素，如果隔膜破裂，就会发生短路，降低成品率，因此要求隔膜在电池组装和充放电结构使用过程中，需要自身具有一定的机械强度。隔膜的机械强度可用抗穿刺强度和拉伸强度来衡量。拉伸强度 隔膜的拉伸强度与制膜的工艺相关联。采用单轴拉伸，膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同；而采用双轴拉伸时，隔膜在两个方向上一致性会相近。一般拉伸强度主要是指纵向强度要达到100P以上，横向强度不能太大，过大会导致横向收缩率增大，这种收缩会加大锂电池厂家正、负极接触的几率。抗穿刺强度 抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿隔膜样本的质量，用它来表示隔膜在装配过程中发生短路的趋势。因隔膜是被夹在凹凸不平的正、负极片间，需要承受很大的压力。为了防止短路，所以隔膜必须具备一定的抗穿刺强度。经验上，抗穿刺强度值在300500克。透过性能透过性能可用在一定时间和压力下，通过隔膜气体的量的多少来表征，主要反映了锂离子透过隔膜的通畅性。隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。作为锂电池隔膜材料，本身具有微孔结构，微孔在整个隔膜材料中的分布应当均匀。孔径一般在0.03m0.12m，孔径太小会增加电阻，太大则易使正负极接触或被枝晶刺穿短路。隔膜厂家现在基本以透气度、孔隙度指标来衡量透气性。孔隙率是单体膜的体积中孔的体积百分率，它与原料树脂及膜的密度有关。现有锂离子电池隔膜的孔隙率在40%50%之间。理化性能润湿性和润湿速度 较好的润湿性有利于提高隔膜与电解液的亲和性，扩大隔膜与电解液的接触面，从而增加离子导电性，提高电池的充放电性能和容量。隔膜对电解液的润湿性可通过测定其吸液率和持液率来衡量。化学稳定性 隔膜在电解液中应当保持长久的稳定性，不与电解液和电极物质反应。其化学稳定性是通过测定耐电解液腐蚀能力和胀缩率来评价的。 热稳定性 电池在充放电过程中会释放热量，尤其在短路或过充电的时候，会有大量热量放出。因此，当温度升高的时候，隔膜应当保持原有的完整性和一定的力学性能，发挥隔离正、负极、防止短路的作用。 安全保护性能 随着锂电池应用范围的逐渐扩大，尤其是动力电池领域，锂离子电池的安全性成为锂电池厂家的最为重视的环节。作为锂电池最为关键的核心材料，对隔膜也提出了更高的要求。目前锂电池用隔膜一般都能够提供一个附加的功能，就是热关闭。这一特性可以为锂离子电池提供一个额外的安全保护。该功能主要参数为闭孔温度和破膜温度。闭孔温度是微孔闭合时的温度,当电池内部发生放热反应自热、过充或者电池外部短路时，这些情况都会产生大量的热量。当温度接近隔膜熔点时，微孔闭合形成热关闭，从而阻断离子的继续传输而形成断路，起到保护电池的作用。一般PE为130140，PP为150。破膜温度是指电池内部自热，外部短路使电池内部温度升高，超过闭合温度后微孔闭塞阻断电流通过，热熔性能温度进一步上升，造成隔膜破裂、电池短路。破裂时的温度即为破膜温度。高品质的隔膜有较低的闭孔温度和较高的破裂温度。锂电池隔膜关键技术隔膜价格居高不下的主要原因是一些制作隔膜的关键技术被日本和美国所垄断，国产隔膜特别是高端隔膜的指标还未达到国外产品的水平。隔膜技术难点在于造孔的工程技术以及基体材料。其中造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺、生产设备以及产品稳定性。基体材料包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂。一、造孔工程技术目前聚烯烃隔膜生产工艺可按照干法和湿法分为两大类，同时干法又可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法，制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷，然后高温下使缺陷拉开，形成微孔。该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟，现在美国Celgard公司、日本UBE公司采用此种工艺生产单层PP、PE以及三层PP/PE/PP复合膜。美国Celgard公司拥有干法单向拉伸工艺的一系列专利，日本UBE公司是购买了Celgard的相关专利使用权。用这种方法生产的隔膜具有扁长的微孔结构，由于只进行单向拉伸，隔膜的横向强度比较差，但正是由于没有进行横向拉伸，横向几乎没有热收缩。干法双向拉伸工艺是中国科学院化学研究所在20世纪90年代初开发出的具有自主知识产权的工艺（CN1062357）。通过在聚丙烯中加入具有成核作用的晶型改进剂，利用聚丙烯不同相态间密度的差异，在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔，用于生产单层PP膜。国内格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新时科技有限公司均与中科院合作采用干法双向拉伸工艺。湿法又称相分离法或热致相分离法，将高沸点的烃类液体或低分子量的物质与聚烯烃树脂混合，加热溶化混合物并把熔体铺在薄片上，然后降温发生相分离，再以纵向或双轴向对薄片做取向处理，最后用易挥发的溶剂提取液体。可制备出相互贯通的微孔膜材料，适用的材料广。采用该法的具有代表性的公司有日本旭化成、东燃及美国Entek等，用湿法双向拉伸方法生产的隔膜由于经过了双向拉伸具有较高的纵向和横向强度。目前主要用于单层的PE隔膜。从理论上分析，干法双向拉伸工艺生产的隔膜经过双向拉伸，在纵向拉伸强度相差不大的情况下，横向拉伸强度要明显高于干法的单向拉伸工艺生产的隔膜。物理性能和机械性能方面干法双向拉伸工艺生产的隔膜更占优势。然而湿法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透气性。可以满足动力电池的大电流充放的要求。但由于湿法采用聚乙烯基材，熔点只有140。所以热稳定性比较差。附表1 隔膜生产工艺特点干法湿法生产方式单向拉伸双向拉伸工艺原理晶片分离晶型转换方法特点设备复杂，精度要求高，投资大工艺复杂、控制难度高、环境友好设备复杂、投资较大，一般需成孔剂等添加剂辅助成孔设备复杂、投资较大、周期长、工艺复杂、成本高、能耗大产品特点微孔尺寸、分布均匀、微孔导通性好、能生产不同厚度的产品，能生产PP、PE产品和三层复合产品微孔尺寸、分布均匀，稳定性差现只能生产较厚规格PP膜微孔尺寸、分布均匀，适宜生产较薄产品，只能生产PE膜厂家Celgard、UBE新乡格瑞恩、桂林新时科技旭化成、东燃及美国Entek隔膜具有典型的“高技术、高资本”特点，而且项目周期很长，投资风险较大。高端产品特别是动力电池对隔膜的一致性要求极高。除了厚度、面密度、力学性能这些基本要求之外，对隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也有很高的要求。因为微孔的尺寸和分布直接影响到隔膜的孔隙率、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、孔隙率不能得到整体兼顾，量产批次稳定性较差。二、基体材料隔膜基体材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂。隔膜所采用基体材料对隔膜力学性能以及与电解液的浸润度有直接的联系。世界前三大隔膜生产商日本Asahi(旭化成) 、美国Celgard 、Tonen(东燃化学)都有自己独立的高分子实验室，并且化学