锂离子电池隔膜行业发展现状及趋势展望
朴小烯
电池隔膜
电池隔膜
LP_lidian
聚焦锂电新材料
发表于
隔膜是锂离子电池关键组件之一。近年来，随着全球范围内新能源汽车的高速增
长以及储能市场的快速兴起，锂离子电池需求迎来爆发性增长，相应地隔膜的需求量也迅速扩大。该文立足于下游应用领域，梳理并分析了锂离子电池隔膜行业现状以及未来发展趋势。2021—2030年之间将是我国锂离子电池隔膜行业发展的
高速发展期。
建议相关企业利用好隔膜发展窗口期，尽早实现隔膜完全自主化生产，同时加速关键原料的研发和改进，促进隔膜产业链上下游协同发展。
目前
隔膜发展瓶颈：
①产能扩张受制于核心设备；②关键原料高度依赖进口
隔膜是锂离子电池重要的组成部分。隔膜需具备适当孔径，保证通透性的同时防止被刺穿；具有较高的孔隙率，保障离子的迁移传输效率，提升充放电性能；具有良好的浸润性，利于锂离子的迁移传输，降低隔膜对锂离子的电阻；以及适当厚度，在保证较高穿刺强度的情况下减小内阻，因此隔膜对于生产工艺、设备以及原料有较高要求。
目前，聚烯烃微孔膜是最成熟且综合性能最好的锂离子电池隔膜，包括单层聚乙烯隔膜、单层/多层聚丙烯隔膜以及聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膜。根据生产工艺的不同，锂离子电池隔膜可以分为干法、湿法隔膜。
隔膜行业技术壁垒高。
本世纪初期我国几乎没有能够进行自主生产的企
业，产能十分有限，产品主要从日本、韩国、美国进口。
2010
年后，在国家政策的支持下需求迅速增长，众多企业投入到隔膜的研发和生产中，我国隔膜产量实现了爆发式增长，但产能分布相对分散。
2017
年我国隔膜市场集中度（
CR4
）仅为
45%
，隔膜产业也从供应不足逐渐转变为低端产能过剩。
2019年前后，在行业高速发展过程中，一些小型生产商的产品技术含量较差，市场
竞争力不足，难以满足客户需求而逐渐退出竞争；而具备先发优势的企业通常长期绑定优质客户资源企业地位短期内难以撼动。目前，恩捷股份、星源材质、中兴新材等企业均已经基本实现隔膜自主化工艺生产。且生产的隔膜在孔隙率、穿刺强度以及拉伸强度等性能方面均已经达到世界领先水平，下游客户覆盖LG、宁德时代等全球主流电池厂商。
如图1所示，2021年我国隔膜市场CR4达71%。
隔膜是锂离子电池基本组成之一，而锂离子电池下游主要应用于动力（新能源汽车）、消费领域（手机、笔记本电脑等电子数码产品）和储能领域等。
近些年，新能源汽车市场的快速崛起带动动力电池销量大幅增长，成为锂离子电池下游最大应用场景，如图
2
所示。
根据高工产研锂电研究所（
GG11
）统计，
2015
年，我国动力电池销量仅有
15.9 GW
·
h
，到
2021
年我国动力电池销量已经达到
226 GW
·
h
，年均增长率达
55.6%
。
同时，受碳达峰、碳中和等政策推动，大量储能项目扩产落地，国内电力储能市场快速增长。
2021
年我国储能电池市场销量为
48 GW
·
h
，同比增长
196%
。
随着下游新能源汽车及储能行业的快速成长，隔膜销量也高速增长。2021年我国隔膜销量达78亿平方米，2016—2021年年均增长率为48.4%。从产品结构来看，由于动力电池均使用磷酸铁锂路线，适配干法隔膜，2015年前我国隔膜销量主要以干法隔膜为主，占隔膜总销量60%以上。随着新能源乘用车市场快速发展，为满足动力锂电池高能量、高性能要求，正极材料开始由磷酸铁锂向三元材料转变。如表1所示，湿法隔膜在孔隙率、中位粒径、
拉伸强度及穿刺强度等方面均优于干法隔膜，加之湿法隔膜近两年成本大幅下降，与干法隔膜成本差距逐渐减小，因此湿法隔膜在三元电池中得到广泛应用，需求不断上升。
2021
年我国隔膜销量达
78
亿平方米，其中湿法隔膜销量为
57.7
亿平方米，
2016
—
2021
年年均增长率为
55.8%
；
干法隔膜销量为
20.3
亿平方米，五年年均增长率为
34.8%
，增速低于湿法隔膜。
2016
—
2021
年我国锂离子电池隔膜销售结构见图
3
。
未来新能源汽车行业高速发展将强势拉动动力电池及其电极材料需求量的增长。在能源转型及双碳目标下，燃油车将逐渐退出市场，新能源汽车渗透率将不断提高。当前全球许多地区及国家已表示将在2025—2035年间禁售燃油车。2022年，欧盟通过“到2035年禁止在欧盟境内销售燃油车”的立法决议；美国加州、荷兰、英国、印度等国家和地区已陆续敲定时间表，计划在2030年前实现燃油车禁售。国内方面，海南省早在2019年就发布了《海南省清洁能源汽车发展规划》，在全国率先提出“2030年开始禁售燃油车”。
除了国家发布的禁燃时间表外，一些车企也主动公布了停产停售燃油汽车的时间表。北汽集团提出到2025年，自主品牌将完全停止在中国销售燃油车；而比亚迪在2022年3月发表声明称即日起停止燃油汽车整车生产。预计2025年我国电动汽车销量将达766万辆，渗透率达30%；2030年我国电动汽车销量将达1 500万辆，渗透率将达50%。相应地，2025年我国动力电池销量将达到1 050 GW·h；到2030年将达到2 230 GW·h 。
在碳达峰碳中和的大背景下，随着储能锂离子电池成本逐步下降，商业模式逐渐清晰，包括电力系统储能、基站储能和家庭储能在内的众多应用场景对储能电池的需求将逐步增加预计。储能电池在未来十年复合增长率将高于汽车动力电池等领域。到2025年我国储能电池销量将达到224 GW·h，到2030年将达到750 GW·h。
考虑到全球锂资源的紧张以及上游产业链压力，规避规模需求下中国锂资源紧缺、依赖进口卡脖子风险，具有低成本、倍率性能好、长寿命和高安全性能钠离子电池将成为一种新的选择。钠离子
电池体系与锂离子电池类似，所用隔膜材料基本一致，即
现有锂离子电池隔膜体系可以应用于钠离子电池，对传统锂离子电池隔膜需求将具有一定支撑。
根据中科院测算，钠离子量产后的度电成本分别较铅蓄电池和磷酸铁锂电池低
52.2%
和
32.4%
，度电成本在
0.3
元
/W
·
h
左右。
但钠离子电池也存在能量密度低、电压平台低、回收价值低等缺点，难以满足电动汽车对动力电池高能量密度要求。
因此，钠离子电池更适用于对能量密度要求不高的储能领域。
例如启停电池、电动两轮车、基站备电以及电力储能等。
预计
2025
年，钠离子电池将有望
逐步取代铅酸电池；
2030
年后钠离子电池将部分替代磷酸铁锂电池在电力储能方面的应用，与锂离子电池形成互补，降低动力电池行业对境外锂资源的依赖。
预计“十四五”期间，我国隔膜需求将保持40%以上的年均增速；“十五五”期间需求增速将达25%左右，到2030年，我国隔膜需求将达600亿平方米左右。
隔膜对于生产工艺要求十分严苛，设备运行和控制精度会直接影响产品性能。目前，国产设备稳定性依然不足，隔膜成品存在厚度不均、孔隙率过大等一致性问题，无法满足下游客户需求。因此，隔膜生产设备主要靠海外引入，如日本制钢所、德国德鲁克纳等。同时由于隔膜设备定制化属性明显，隔膜企业与设备商后期组装调试时间久、难度大，导致隔膜产能扩张速度依赖设备供应商的生产能力。当前全球设备产能有限，扩产节奏较为保守，设备产能基本被龙头隔膜企业所垄断。
我国隔膜制品质量已基本达到国际领先水平，但原料开发难度大，门槛高。以高性能湿法隔膜为例，国内生产商主要使用超高分子量聚乙烯作为原料，技术瓶颈主要在于催化剂的合成以及聚合技术。目前，美国塞拉尼斯、日本三井、大韩油化以及上海化工研究院都采用Ziegler-Natta催化剂生产超高分子量聚乙烯。而聚合技术也主要被德国巴塞尔、三井化学等国外企业垄断。
近两年，中国石化扬子石化、燕山石化等多家企业先后实现锂电池隔膜专用料自主研发，填补了国内生产隔膜专用料的空白。但隔膜原料对外依存度仍偏高，市场仍被日本三井化学、大韩油化、美国塞拉尼斯等海外企业垄断。这主要是由于国产化原料生产的隔膜在一致性和强度方面与国外产品仍有一定差距，目前无法实现在高端产品上应用。考虑到未来电池系统成本降低，隔膜专用料国产取代进口将是降本的必然选择。
从技术路线来看，目前大规模商业化的锂离子动力电池的能量密度最高只能达到260～320 W·h/kg，距离国家远期规划的目标仍有较大差距，且难以从现有材料体系进行优化。未来一些具有更高能量密度的新型电池将成为动力电池的主流。为解决传统液态锂离子电池的能量密度和安全问题，固态电池成为一种替代性选择。固态电池的原理、组成与传统液态锂离子电池一致，只是采用固态电解质替代液态锂离子电池中的电解液和隔膜，安全性能将得到改善，并且可以搭配更高性能的电极，从而提升电池的单体能量密度和延长电池使用寿命。但目前全固态电池的产业化还存在诸多问题，包括固—固界面接触不良、电导率低、制造成本高昂等。预计现有锂离子电池体系包括半固态锂离子电池在2030年之前处于绝对主导地位。真正的全固态电池将在2030年左右真正投入大规模商业应用。根据电动汽车百人会预测，到2050年，随着固态电池技术的突破，其在动力市场占有率将达到80%左右，届时隔膜需求将大幅萎缩。
作为我国新能源汽车产业的重要技术路线之一，氢燃料电池汽车的发展一直备受国家政策支持和业内关注。2016年以来，国家和地方政府密集出台了一系列政策大力支持氢燃料电池汽车的发展，国内各大主流车厂也在加速氢燃料电池汽车的战略布局。氢燃料电池是利用氢气与氧气进行非燃烧的氧化还原反应，产生直流电。目前，我国燃料电池商用车仍处于示范运营阶段，但已具备初步实现商业化条件。未来，随着氢燃料汽车在中大型客车、物流车，乃至载重量大、长距离的中重卡、牵引车、港口拖车等应用场景的不断渗透，预计氢燃料
电池在动力电池中的渗透率也将不断提升。
锂离子电池作为目前应用最广泛的电化学储能技术，在能量密度、功率密度、安全性以及经济性等方面进一步改进的空间相对有限，难以满足未来各个领域快速增长的储能需求。因此，未来电化学储能路线将继续朝着多元化、低成本发展，以满足不同的应用场景和功能需求。除了锂离子电池，液流电池、钠硫电池等新型电池已处于商业化示范阶段，主要用于解决发电侧富余电能的储存。但考虑到钠硫电池使用的高温条件，国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》中提到，中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池。随着当前液流电池等新型电池成本下降，未来这些新型电池在储能市场的渗透率将大幅提升，对锂离子电池形成一定取代作用。
近些年，我国新能源汽车行业已实现由政策驱动向市场驱动的高速转变。未来随着动力电池能量密度、安全性能的改善，预计新能源汽车的销量和渗透率将进一步上升。同时，在我国双碳目标背景下，以电化学储能为代表的新型储能领域也将迅速成长。到2030年前，锂离子电池隔膜需求量也将持续增长。但从远期来看，固态电池等多种新型电池技术产业化进程的加快必然会导致锂离子隔膜需求的萎缩。建议石化企业利用好自身在聚烯烃树脂方面的研究优势和技术储备，尽早实现高性能隔膜专用聚烯烃的自主生产，关注降本增效，进一步提升国产隔膜核心竞争力。
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