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来源:晓木博士
近些年,随着我国国力的提升,大国话语权也日渐强大。尤其是近两年,美国忌惮于我国国力的提升,日渐在各个高端领域限制我们。我们一向引以为傲的电动汽车,其实也面临着其中核心器件的受制于人,比如锂离子电池高端隔膜。
锂离子电池
何为隔膜材料?
锂离子电池隔膜,是一个什么样的存在呢?为什么还没国产化,还要受制于人。
其实,锂离子电池是一种“摇椅式”的电池,锂离子通过在正极与负极之间“嵌入”和“脱嵌”过程,带动电子在外电路流动,从而产生电流。早期的正极材料由含锂的化合物组成,如钴酸锂,磷酸铁锂等;负极由石墨等组成,中间隔膜由聚丙烯等聚合物组成。这个聚合物就是我们今天要讲的主角。
锂离子电池工作原理
这可不是一般的聚合物,而是具有微小孔,这些小孔允许锂离子穿梭,而不允许大块的电池材料通过,同时本身又是不导电的,所以不会使电池短路,又能允许离子通过。
聚丙烯隔膜
举个例子,电池电解液就像是滔滔奔流的大河,锂离子好比大河中行驶的小船,隔膜就是要建一个大坝,一个个隔膜孔就像是大坝上的闸门,在正常情况下,锂离子可以在正负极之间自由穿梭,从而完成充放电循环。
锂离子电池工作时像极了大坝
有人可能会问了,这种聚合物隔膜,我们还没法国产吗?其实,这种普通的隔膜,我们是可以实现国产化的,我们不能国产的是那些高端的隔膜材料!
高端隔膜“高”在哪?
那么,高端隔膜,到底高在哪?其实高端隔膜指的是那些功能隔膜材料,就是在满足隔膜基础性质的同时,还具有其他性能。例如有些高端隔膜附带有陶瓷材料,如果电解液温度过高,材料膨胀,孔隙会像闸门一样关闭,切断离子交流,从而避免电池因温度过高而起火爆炸。所以说,隔膜是锂离子电池最重要的一个环节,关系到电池的安全。
锂离子电池爆炸
所以说,高端隔膜的技术难点在于造孔的工程技术,基体材料以及设备上。
而对于那些性能良好的高端隔膜材料,基本上要依赖进口。这些材料技术要求高,价格自然也就贵,差不多已经占到了电池成本的一成以上。
全球市场,我国独占鳌头!
说了这么多,虽然我国在高端隔膜方面,与国际先进水平还存在差距,是不是我国的动力电池就一无是处呢?其实不是的,在全球动力电池销售前10名中,我国独占7位,在市场份额方面独占鳌头。
目前我国电池生产企业已超过了200家,是全球拥有锂电池生产企业最多的国家,然而这一串的数字,并没有让业内人士觉得骄傲,业内人士曾指出,虽然我国已经形成了比较完善的动力电池产业链,电池产业规模够大,但是还远称不上强。
持续高升的市场份额
产品和技术差距有多大?
目前,世界上最好的高端隔膜材料是日本的旭化成和东燃化学,而国内锂电池铝塑膜市场也被日本的昭和电工等厂商垄断。与日本的隔膜材料相比,我国的高端膜材料具有明显的差距,例如隔膜产品的孔隙率不达标,厚度、空隙分布及孔径分布均存在问题。
日本旭化成公司锂离子电池隔膜
而隔膜的品质直接影响着电池的容量、使用寿命、阻燃防爆等安全指标。业内学者和企业家曾感叹:“一层隔膜两重天,迈过去就是晴天!”这倒不是长他人志气,灭自己威风,而是我们要承认差距,迎头赶上。
国产化还有多远?
目前,我国已经在正极、负极和电解液的开发上均已达到了国产化,就是剩下高端隔膜了。
数据显示,2017年,国内锂电市场规模达到了1130亿元左右,其中动力锂电池规模大约600亿元。而国家工信部印发的《节能与新能源汽车产业发展规划(2011—2020年)》也显示,到2020年我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆/年。如此庞大的需求,未来如果完全依赖进口,不仅不现实,而且受制于人。因此,高端电池隔膜的国产化不可避免。
未来暴增的电动汽车需求
然而,高端材料的研发,是一个复杂的工程,不仅需要从设备上支持,还需要在技术和资金投入大量投入,还有多久可以国产化,目前还不明朗。但是,狭路相逢勇者胜,面对已经逼入死角的动力电池生产窘境,我辈唯有拿出舍我其谁的斗志,方可在未来世界竞争的洪流中,获得一线生机。