“也不知道這輛車(chē)的電池能堅持多久?”

6月15日上午，望著(zhù)窗外駛過(guò)的又一輛新能源汽車(chē)，南開(kāi)大學(xué)新能源材料化學(xué)研究所所長(cháng)、博士生導師周震習慣性地自語(yǔ)道。

從事新能源材料研究20多年，看著(zhù)日漸增多的新能源汽車(chē)，周震欣喜之余，仍存憂(yōu)慮，“鋰電池的基礎材料研究，我們與世界一流水平還有差距，尤其高端電池隔膜材料仍然依賴(lài)進(jìn)口”。

在周震等業(yè)內專(zhuān)家看來(lái)，作為新能源車(chē)的“心臟”，國產(chǎn)鋰離子電池(以下簡(jiǎn)稱(chēng)鋰電池)目前“跳”得還不夠穩。

跨越太平洋(2.320, 0.01, 0.43%)的“四國游戲”

去年全球動(dòng)力電池銷(xiāo)量前10的企業(yè)中，中國企業(yè)就占了7席，在市場(chǎng)份額上超越日本，占據了世界第一位;預計到2020年，我國在全球電池市場(chǎng)所占的份額將達七成以上;目前我國電池生產(chǎn)企業(yè)已超過(guò)了200家，是全球擁有鋰電池生產(chǎn)企業(yè)最多的國家……然而這一串的數字，并沒(méi)有讓業(yè)內人士覺(jué)得驕傲，不少人接受采訪(fǎng)時(shí)指出，雖然我國已經(jīng)形成了比較完善的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈，電池產(chǎn)業(yè)規模夠大，但是還遠稱(chēng)不上強。

在鋰電池領(lǐng)域存在著(zhù)一個(gè)跨越太平洋的“四國游戲”。“從行業(yè)角度來(lái)看，美國有比較強的研發(fā)設計能力，目前仍然引領(lǐng)鋰電池原始創(chuàng )新、核心材料研發(fā);日本作為電池材料制造大國，生產(chǎn)規范嚴格，能夠最先制造出新的成品電池;我國和韓國作為第二梯隊，后續跟進(jìn)……”周震解釋說(shuō)，“相較日、韓，我國的低端鋰電池產(chǎn)品更有優(yōu)勢，主要是由于人工和原始材料相對便宜，但是在部分高端產(chǎn)品，尤其是事關(guān)電池安全性的核心材料和制造工藝，仍有較大的差距。”

據了解，電池四大核心材料中，正、負極材料、電解液都已實(shí)現了國產(chǎn)化，唯獨隔膜仍是短板。國產(chǎn)隔膜主要供應低端3C類(lèi)電池市場(chǎng)，高端隔膜目前依然大量依賴(lài)進(jìn)口。核心專(zhuān)利缺乏，隔膜等關(guān)鍵材料不給力，不僅成了國產(chǎn)鋰電池難以承受之痛，也拖了國產(chǎn)鋰電池企業(yè)“走出去”的后腿。

天津力神電池一位負責人在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)表示，鋰電池最前沿的三元材料，核心專(zhuān)利掌握在美國3M公司和阿貢國家實(shí)驗室的手中，3M公司持有常規化學(xué)計量比的NMC材料的專(zhuān)利，阿貢國家實(shí)驗室擁有層狀富鋰材料專(zhuān)利。目前，松下、三星、LG等主流廠(chǎng)商都要花錢(qián)購買(mǎi)相關(guān)專(zhuān)利授權。“國內鋰電池企業(yè)眾多，未來(lái)進(jìn)入國際市場(chǎng)，面對國際巨頭競爭，缺乏核心專(zhuān)利和材料技術(shù)是中國電池企業(yè)未來(lái)最大的隱憂(yōu)和短板。”該負責人表示。

一層薄膜兩重天

采訪(fǎng)中，有電池材料專(zhuān)家告訴記者，隔膜是鋰電池的關(guān)鍵組件之一，隔膜主要材質(zhì)為多孔質(zhì)的高分子膜，包括聚乙烯及聚丙烯。鋰電池用的隔膜對安全性、滲透性、孔隙度及厚度都有嚴苛的要求。

“在鋰電池內部，帶有電荷的離子，在正負極間流動(dòng)穿梭，才能形成電流，而隔膜位于電池內部正負極之間，既要防止正、負極直接接觸，又要確保電解質(zhì)離子順利通行。”周震形象地解釋說(shuō)，電池電解液猶如河流，鋰離子好比河上行駛的小船，隔膜是攔腰而建的大壩，一個(gè)個(gè)隔膜孔就像是大壩上的閘門(mén)，正常情況下，離子自由穿梭到達正負極，完成充放電的循環(huán)。

“高端的隔膜一般附帶有陶瓷材料，如果電解液溫度過(guò)高，材料膨脹，孔隙會(huì )像閘門(mén)一樣關(guān)閉，切斷離子交流，從而避免電池因溫度過(guò)高而起火爆炸。”周震介紹說(shuō)，隔膜是鋰電材料中技術(shù)壁壘最高的一種材料，其技術(shù)難點(diǎn)在于造孔的工程技術(shù)、基體材料，以及制造設備。“技術(shù)要求高，價(jià)格自然也就貴，差不多占到了電池總成本一成以上。”

目前，世界上最好的鋰電池隔膜材料出自旭化成和東燃化學(xué)兩家日本公司，而國內鋰電池鋁塑膜市場(chǎng)九成份額也被昭和電工等日本廠(chǎng)商壟斷。天津力神公司的工程師告訴記者，與日本相比，我國的高端隔膜差距明顯。國產(chǎn)隔膜產(chǎn)品一致性不高，存在孔隙率不達標，厚度、孔隙分布以及孔徑分布不均等問(wèn)題。

隔膜的品質(zhì)直接影響電池容量、充放電循環(huán)壽命、阻燃止爆安全性能等指標。業(yè)內人士感慨：“一層隔膜兩重天，邁過(guò)去就是晴天!”

國產(chǎn)隔膜急需突破

目前鋰電池隔膜制造工藝主要分濕法和干法。記者采訪(fǎng)中了解到，我國在干法工藝上已邁入了世界第一方陣，但在濕法隔膜領(lǐng)域，國內企業(yè)雖掌握方法，但整體仍難以與外國巨頭抗衡，此外，核心生產(chǎn)設備也主要依賴(lài)進(jìn)口。

數據顯示，2017年，國內鋰電市場(chǎng)規模達到了1130億元左右，其中動(dòng)力鋰電池規模大約600億元。而國家工信部印發(fā)的《節能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃(2011—2020年)》也顯示，到2020年我國純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)生產(chǎn)能力達200萬(wàn)輛/年。有電池行業(yè)協(xié)會(huì )據此估算，我國未來(lái)每年需要的高品質(zhì)車(chē)用動(dòng)力電池隔膜材料需求量將達到數億平方米。

“鋰電池發(fā)展要想不受制于人，隔膜等高端材料無(wú)法回避!”天津巴莫股份有限公司總經(jīng)理吳孟濤認為，如此巨大的市場(chǎng)需求，完全依賴(lài)外國廠(chǎng)商，不僅不現實(shí)，也將是國產(chǎn)動(dòng)力鋰電池最大隱憂(yōu)。

高端隔膜技術(shù)具有相當高的門(mén)檻，不僅要投入巨額的資金，還需要有強大的研發(fā)和生產(chǎn)團隊、純熟的工藝技術(shù)和高水平的生產(chǎn)線(xiàn)。“對于濕法制造工藝來(lái)說(shuō)，樹(shù)脂材料與添加劑的擠出混合過(guò)程以及拉伸過(guò)程是兩大核心難點(diǎn)。”周震認為，國內隔膜企業(yè)要想有更大的作為，必須要在基礎材料表面處理工藝、膠粘劑配方工藝、產(chǎn)品沖壓拉伸等涉及材料、設備和工藝控制等三大領(lǐng)域“補課”，此外，在隔膜產(chǎn)業(yè)鏈上游，包括國產(chǎn)涂布機等在內核心生產(chǎn)裝備也需要迎頭趕上，盡快實(shí)現國產(chǎn)化更大突破。

“好比登山，離山頂越近成功登頂的希望就越大，而這時(shí)需要付出的努力也多!”周震說(shuō)道。