2023年我国UHMWPE隔膜行业发展现状、市场需求及发展趋势分析

发布时间：2023-05-22　　来源：立鼎产业研究网　点击量： 974　

——隔膜是现有锂电池内层组件中技术壁垒最高的材料，直接决定了锂电池的使用性能和安全性。锂电池隔膜是一种具有多孔网络结构的绝缘材料，平均孔径为0.03～0.10μm，其主要作用是使电池的正、负极分隔开，防止两极接触而短路，能让锂离子自由通过，阻隔电流传导，防止电池过热。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性。根据隔膜的结构特点，锂电池隔膜可分为聚烯烃隔膜、无纺布隔膜与无机复合隔膜。其中，聚烯烃隔膜是目前商业化锂电池隔膜的主流，以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等为主。

锂电池隔膜一般需要满足以下几个方面的要求：(1)具有良好的电子绝缘性，保证正负极的有效阻隔；(2)一定的孔径和孔隙率，具有较高的锂离子传导率；(3)化学和电稳定性好，由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物，隔膜必须耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性；(4)良好的浸润性，对电解液的浸润性好，有足够的吸液保湿能力；(5)优异的力学强度，具有足够的力学性能，包括穿刺强度、拉伸强度等；(6)热稳定性好，热收缩率低，防止正负极接触发生短路；(7)安全性高，包括自动关断保护性能高、闭孔温度低、破膜温度高等。

锂电隔膜的性能要求及几种商品膜性能参数

资料来源：CNKI

——隔膜约占锂离子电池成本的7%。根据彭博新能源财经的数据，2021年锂离子电池正极成本加起来占每个电池总成本一半以上，为51%。电池制造过程包括电极制备、电池组件和电池电化学激活，这一过程占总成本的24%，负极占总成本的12%，隔膜、电解液和电池外壳分别占总成本的7%、4%和3%。

中国锂电隔膜出货量快速增长。据高工产研锂电研究所（GGII）调研数据，2021年，国内隔膜出货量达到78亿平米，同比增长109.7%，2017年至2021年CAGR达53.64%；2022年上半年中国锂电隔膜出货量54亿平米，同比增长超55%。

我国隔膜企业已占有全球市场70%以上的市场份额，但UHMWPE锂电池隔膜材料仍以进口料为主。锂电隔膜市从全球发展趋势来看，锂电池隔膜产业是逐步向国内转移的过程，我国隔膜企业出货量份额持续增加。2021年受全球新能源汽车终端需求提升的驱动，全球锂电池隔膜出货量为107亿平米，同比增长70%。我国隔膜企业已占有全球市场70%以上的市场份额。UHMWPE锂电池隔膜专用料具有分子链间缠结度强、熔体黏度大等特点，其隔膜制品具有电化学稳定性好、寿命长、安全性高等优点，是锂电池隔膜材料的主要开发方向。但由于该材料颗粒粒径要求严苛、工业生产难度大、行业准入门槛高，国内市场以进口料为主，国产料多处于小规模研发和生产阶段，未来有部分厂商可大规模生产。

2017-2022H1中国锂电隔膜出货量及增速

资料来源：GGII

——UHMWPE隔膜是高端隔膜，可用于高效、大功率电池中。近年来，随着新能源汽车的快速发展，动力电池的安全性受到人们的高度重视，因此对隔膜的性能提出了更高的要求。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）由于分子质量高决定了其制备锂电池隔膜的优势，耐磨损、耐冲击、耐化学腐蚀、耐低温，力学性能、耐热性优于普通PE、PP，综合性能优异。UHMWPE隔膜是锂电池隔膜中的高端产品，特别在高温下熔体呈凝胶状，熔而不塌，对过充或者温度突升时短路、爆炸具有优良的安全保护作用，更适用于高效、大功率的动力电池。

涂覆膜与轻薄化是UHMWPE锂电池隔膜的发展趋势：UHMWPE锂电池隔膜综合性能优异，但仍存在耐热稳定性差、对极性电解液浸润性差等缺点，因此高孔隙率、高强度、良好的浸润性与热尺寸稳定性是今后UHMWPE锂电池隔膜的发展方向。（1）涂覆膜：目前，国内外研究者和企业主要通过隔膜表面改性对UHMWPE隔膜进行功能化改性，其中隔膜表面改性方法包括涂覆和辐射接枝。根据涂覆物原材料不同，表面涂覆又可细分为无机涂覆和有机涂覆。通过在基膜上涂覆无机陶瓷材料、PVDF、芳纶等材料，能够有效提高锂电池隔膜的抗穿刺和耐热性，提高吸液能力，从而提升电池的安全性和使用寿命等性能，因此涂覆膜出货量在锂电池隔膜中的占比不断提升。（2）轻薄化：在保障安全性的基础上隔膜进一步趋于轻薄化，锂电池隔膜轻薄化能够有效提升锂电池的能量密度，使单位体积或重量的锂电池中容纳更多的电极材料，从而最终提升锂电池的续航能力。因此，无论是消费类锂电池还是动力类锂电池，在保障安全性和使用寿命、能承受高倍率和高功率充放电的前提下，隔膜厚度越薄越好，锂电池隔膜轻薄化是行业发展的重要趋势。（33）改性：聚烯烃材料本身的极性与电解液相差较大，通过化学和物理方法改善聚烯烃隔膜的电解质亲和性，也是动力类锂电池隔膜基体材料研发的重要方向。

隔膜原料的导入周期比较长，合格的隔膜需要经过锂电池厂家的试用，一次评价要3～6个月时间，至少要通过3次评价，才能得到正式认可。同时，隔膜要求的不断提高对原料的杂质含量、批次质量一致性乃至颗粒形态的要求极高，原料研发的周期长，开发的难度大，门槛高。因此，进一步提高UHMWPE隔膜的各项质量指标，仍需隔膜原料开发、隔膜生产和电池生产等上下游通力合作，这也是我国电池业目前急需解决的问题。

——国内UHMWPE生产企业尝试突破国外技术壁垒，开发具有竞争力的高端湿法UHMWPE锂电池隔膜专用料依然存在较大难度，主要体现在以下方面：（1）进口的UHMWPE锂离子电池隔膜专用料基本被美国、韩国、德国和日本等少数国家垄断，国内研发和生产起步较晚，自主知识产权匮乏我国锂电池隔膜的研发和生产起步较晚，自主知识产权匮乏；（2）隔膜要求不断提高，对原料树脂的杂质含量、批次质量一致性乃至颗粒形态的要求极高，而国内企业对上游原材料的研究不够深入，国产UHMWPE锂电池隔膜专用料配方研究欠缺系统性；（3）我国的隔膜企业大多是工艺模仿，缺乏系统基础研究支撑，没能完全理解和掌握隔膜加工的基本科学问题和技术原理，很难提升隔膜的性能，生产出的隔膜一致性、均匀性、热收缩性能等比较差，合格率偏低，量产化能力有待进一步提高。

我国锂电池隔膜专用UHMWPE料依赖进口，国产替代进程加速。2016-2020年，我国锂电池隔膜专用UHMWPE料进口量年均增速在23.5%左右，2020年总进口量达到11700吨，进口依存度45%。由于国内非外资企业UHMWPE研发和生产能力仍比较有限，再加上新产品打入市场的认证周期较长，未来一段时间内我国UHMWPE锂电池隔膜专用料国产量增速预计难以满足需求增速。2020年，我国仅有南京塞拉尼斯和扬子石化有锂电池隔膜专用UHMWPE料量产产品，两家企业累计年产量在14000吨左右。另外，河南沃森（UHMWPE产能10000吨/年）有锂电池隔膜实验料投放试用，但没再进一步量产。东方盛虹子公司斯尔邦石化2万吨的超高分子量聚乙烯计划于2022年年底投产，主要应用是为下游的锂电隔膜。联泓新科投资7.9亿元在山东新建2万吨/年超高分子量聚乙烯和10万吨/年醋酸乙烯联合装置及配套设施项目已于2022年7月开工，预计2024年上半年建成投产，装置可生产隔膜料与纤维料，隔膜料主要用于生产锂电池隔膜。随着原材料树脂制备技术的提升，国产UHMWPE树脂的品质有望得到改善，从而实现隔膜用原料的完全国产化;同时，由于隔膜加工工艺与表面改性技术的提升，高端湿法隔膜有望完全实现国产化，满足国内高端锂电池需求。