[电池完全征服](19)守护安全的隔膜，在全固态时代还能存活吗

by Kang Heejong

Published 13 Jan.2024 08:00(KST)

Updated 15 Jan.2024 07:35(KST)

open/close

编者按当下是电池时代。手机、笔记本电脑、电动汽车等几乎所有领域都在使用电池。[电池完全征服]栏目面向想要了解电池的一般读者、学生，以及对电池产业和相关企业感兴趣的投资者，旨在以通俗易懂的方式介绍电池基础知识与生态体系、企业信息、产业走势与前景。我们将于每周六与读者见面。

与电解质一起被视为美国《通胀削减法案》（IRA）受益股的，就是隔膜（seperator）。这两类品目在《通胀削减法案》中被归类为“电池部件”。要获得电动汽车补贴，根据2024年的标准，在北美生产或组装的电池部件比例必须超过60%。这一比例到2029年将提高到100%。此外，如果使用被归类为“海外关注机构”（FEOC）的中国企业生产的隔膜，从2024年起将无法获得补贴。（参见“电池完全征服”第18期）

一直以来，在全球电动汽车电池隔膜市场中，中国产品的占比高达70%。韩国三大电池企业也大量使用中国隔膜。但今后这一局面预计将发生变化。由于中国隔膜的使用受到限制，国产隔膜有很大可能取而代之。韩国隔膜企业也在考虑在美国直接建厂生产。

未来即将到来的全固态电池，是对隔膜构成威胁的因素。全固态电池用固体电解质替代液体电解质，因此不需要隔膜。不过，即便全固态电池实现商业化，由于价格高昂，很可能主要应用在高端电动汽车上。大多数电动汽车仍将搭载现有的锂离子电池。也就是说，隔膜不会消失。

若即若离……隔膜的技术

隔膜（seperator）是在正极和负极之间承担电池安全性的核心材料。如果正极和负极直接接触，就会因短路（short）引发起火，因此隔膜起到阻断作用。

隔膜内部存在肉眼看不见、比1微米（㎛，百万分之一米）还小的微细孔隙（pore）。锂离子正是通过这些孔隙移动。孔隙越多越好，但过多会导致物理强度下降。用于电动汽车电池的隔膜孔隙率约维持在40%左右。孔隙大小必须均匀一致，不能参差不齐，电池才能发挥正常性能。

当电池内部温度升高到一定水平（100~140度）以上时，这些孔隙会被封闭（shut down），从而阻断锂离子的移动。这一机制有助于防止电池过充和热失控（thermal runaway）。但隔膜也不能熔化得过于彻底，否则反而会成为引发热失控的原因。

要让隔膜正常发挥功能，其材料必须是不导电的绝缘物质。隔膜越薄，越有利于提升电池的能量密度，因为可以装入更多的正极材料。目前用于锂离子电池的隔膜厚度在20微米以下。

隔膜材料采用高分子物质，主要使用聚乙烯（polyethylene，PE）和聚丙烯（polypropylene，PP）。

根据制造工艺的不同，隔膜分为干法隔膜和湿法隔膜。干法是通过机械力将膜材沿一个方向拉伸（单轴拉伸），形成孔隙。虽然制造工艺简单，但孔隙尺寸不均匀是其缺点。

要制造湿法隔膜，首先需在高温高压条件下向PE、PP中加入石蜡油（蜡），揉合后挤出成片状（sheet）。将片材沿两个方向拉伸（双轴拉伸）后缓慢冷却，会发生相分离现象。此时将片材暴露在挥发性溶剂中，油被去除后就会留下孔隙。

湿法隔膜虽然制造工艺复杂且成本较高，但有利于制备更薄且孔隙更均匀的隔膜，这是一大优势。干法隔膜则因无需溶剂工艺而更环保，且机械稳定性优异。

过去隔膜只采用单一薄膜材料，但近来通过使用陶瓷材料涂层剂来强化性能。由于基础薄膜材料几乎相同，隔膜的商品性和价格主要取决于涂层材料。

2030年达28万亿韩元市场……由中国企业主导

随着电动汽车的普及，锂离子电池隔膜市场也将同步增长。隔膜在电池单体中的成本占比约在15%左右。预计每1吉瓦时（GWh）电池需要1100万~1300万平方米的隔膜。以此推算，教保证券估计，2023年隔膜用量将同比增长37.4%，达到83.3亿平方米。

市场调研机构SNE Research预测，以金额计，全球隔膜市场规模将从2022年的75亿美元（约9.85万亿韩元）增长到2030年的219亿美元（约28.78万亿韩元）。（2023年3月）

隔膜市场过去一直由日本企业占据优势。但近几年随着中国电动汽车市场迅速扩大，中国企业大幅提升了产量。实现规模经济的中国企业凭借价格优势不断扩大市场份额。根据SNE Research的数据，以2022年产量为基准，中国占据全球市场约68%的份额，其次是韩国16%、日本13%。

代表性的中国隔膜企业包括中国的上海恩捷（SEMCORP）、深圳星源材质（Shenzhen Senior）、中材科技（Sinoma）等。

上海恩捷（SEMCORP）于2010年4月在中国上海成立，注册资本3.9亿元。自2017年创新新材料收购上海恩捷后，通过大规模投资迅速扩大规模。到2022年，其占全球隔膜产量的24.4%，位居世界第一，向中国宁德时代（CATL）和韩国LG能源解决方案供应隔膜。

日本企业方面，有旭化成和东丽。旭化成自20世纪90年代起就开始生产二次电池用隔膜，自2009年4月起由旭化成电子材料事业部门负责隔膜业务。2015年，旭化成以32亿美元收购了美国隔膜企业Celgard的母公司Polypore International Inc（PPO），从而扩大了业务版图。旭化成在韩国平泽也运营着隔膜工厂。

韩国企业方面，有SK ie technology（SKIET）、WCP等。近来LG化学自2021年重返隔膜业务后，也在扩大相关业务。

SKIET是2019年4月由SK Innovation的隔膜事业部物理分拆而设立的公司。SK Innovation早在2004年（当时为SK能源）就首次成功开发锂离子隔膜，从而进入该领域。以2022年产量为基准，SKIET的全球市场份额为6.6%，是韩国最大的隔膜企业。

韩国第二大隔膜企业WCP于2016年10月在忠北清州成立。由三星电子出身的代表Choi Wongeun于2005年在日本成立的W-SCOPE为其母公司。W-SCOPE在日本东京证券交易所上市。W-SCOPE Korea生产用于IT的小型隔膜，WCP则生产用于电动汽车的隔膜。

能否借IRA东风一把……韩国企业谋划进军北美

由于隔膜与电池安全密切相关，其验证过程极为严格，进入门槛也很高。以电动汽车用隔膜为例，更换隔膜供应商需要整车厂批准，整个过程约需4年时间。正因如此，电池单体企业通常会选定几家主要隔膜供应商，以确保稳定供货。

目前，Samsung SDI被认为有一半以上的隔膜由WCP供应。SK On主要从SKIET采购隔膜。LG能源解决方案的供应商则分散在中国的上海恩捷、深圳星源材质以及日本的旭化成、东丽等企业。

但今后这一格局也被认为将发生变化，其起点就是美国《通胀削减法案》。在该法案中，隔膜被归类为“电池部件”。根据IRA规定，以2024年为基准，在北美制造或组装的电池部件比例必须达到60%以上，才能获得政府的电动汽车补贴。该比例将在2026年提高到70%，此后每年再提高10个百分点，到2029年必须100%使用在北美制造或组装的部件。

2023年12月，美国政府将中国、俄罗斯、朝鲜、伊朗列为海外关注国。同时，将位于上述国家或由这些国家政府拥有、控制、指挥的企业指定为海外关注机构（FEOC）。事实上，几乎所有中国企业都被纳入其中。从2024年起，如果从FEOC采购电池部件，将无法获得电动汽车补贴。

由此，向美国电动汽车供应电池的企业很可能会用韩国或日本企业生产的隔膜替代中国产品。FEOC规定正式生效后，从2024年1月起，符合补贴条件的电动车型数量已大幅减少。对于关键矿物，该规定将从2025年起适用。

隔膜制造企业若在北美建设工厂，还有机会获得先进制造生产税收抵免（AMPC）。美国财政部在2023年12月发布的IRA指南中，将隔膜和电解液纳入可享受AMPC的产品名单。此前只有电池单体和模块可分别按每千瓦时（KWh）35美元和10美元享受税额抵免。

未来，为在美国电池隔膜市场上取代中国，韩国和日本企业之间预计将展开激烈角逐。韩国隔膜企业将加快进军北美市场的步伐。SKIET此前在韩国曾坪和清州、中国常州、波兰西里西亚等地生产隔膜。电池业界预计，SKIET将在2024年初宣布在北美新建隔膜工厂。

SK ie Technology生产的隔膜

WCP目前在韩国忠州生产隔膜。该公司计划在Samsung SDI电池生产基地所在的匈牙利投资7亿欧元，新建一座年产12亿平方米隔膜的工厂，并在考虑进军北美。

电池业界也在关注时隔6年重返隔膜业务的LG化学的动向。LG化学自2021年10月起在匈牙利与日本东丽合资建设工厂，计划到2028年将年产能提升至8亿平方米。LG化学曾于2015年将隔膜业务出售给东丽。目前LG化学也在考虑在北美建设隔膜工厂。

全固态时代，隔膜的命运何去何从？

随着电动汽车电池市场的扩张，隔膜市场也被看好同步增长，但也存在一个潜在变量，这就是被称为“梦想电池”的全固态电池商业化。全固态电池为降低起火风险，将液体电解质更换为固体电解质，因此不使用隔膜。如果全固态电池的应用范围扩大，隔膜的生存空间势必缩小。

多位专家认为，即便全固态电池实现商业化，也将因价格高昂而主要局限在高端市场。由于技术开发难度大和价格竞争力不足等因素，市场难以迅速放大，这是业内的分析。

用于锂离子电池的液体电解质，按2023年的全球平均价格约为每千克9美元。硫化物系固体电解质的主要原料硫化锂（LiS2）平均价格则高达每千克1500~2000美元。即便建立起大规模量产体系，要将价格降至现有锂离子电池的水平，也还需要相当长的时间。

SNE Research预计，以2030年为基准，全固态电池的预期市场份额仅在4%左右。也就是说，即便全固态电池实现商业化，隔膜的市场地位也不会受到根本性动摇。

参考文献

每日经济，《重返“二次电池隔膜”的LG化学》，2021.10.27
SNE Research，《LIB四大部件供应链管理分析及市场展望（至2030年）》报告，2023.3.2
SNE Research，《隔膜策划专栏③ 隔膜的未来》，2023.7.10
韩国贸易协会，《美国IRA实施指引对我国电池供应链的影响》，2023.9.6
教保证券，《潜力可期的隔膜》，2024.1.2

한글 기사 보기

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。