在鋰離子蓄電池主要原材料中，除正極材料、負極材料以及電解質溶液外，隔膜是非常關鍵的內層組件，也是鋰離子蓄電材料中技術含量最高的高附加值材料。隔膜的性能優劣，直接影響蓄電池的容量、循環壽命及安全性能等特性。同時，隔膜的成本約占整個鋰離子蓄電池成本的20-30%。
隔膜的類型及工藝制備
隔膜的主要作用是將蓄電池的正、負極分隔開來，防止正負極接觸而短路，此外膈膜還具有能使電解質離子通過的功能。
鋰離子蓄電池隔膜材料主要有聚烯烴類、高分子材料、無機材料等。根據原材料特點及加工方法不同，可將鋰離子蓄電池隔膜分成聚烯烴隔膜、聚合物隔膜、陶瓷隔膜、纖維隔膜等。目前市場化的聚烯烴隔膜主要以聚乙烯、聚丙烯為主，包括單層聚乙烯(PE)、單層聚丙烯(PP)以及三層PP/PE/PP的復合膜。
聚烯烴隔膜的生產工藝分干法和濕法兩大類。濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將高沸點的烴類液體或低分子量的物質與聚烯烴樹脂混合，加熱溶化混合物并把熔體鋪在薄片上，然后將發生相分離，再以縱向或雙軸向對薄片做取向處理，最后用易揮發的溶劑提取液體。可制備出相互貫通的微孔膜材料，適用的材料廣。
干法可細分為單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝。干法單向拉伸工藝是通過生產硬彈性纖維的方法，制備出低結晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高退火獲得高結晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫下進行拉伸形成微缺陷，然后在高溫下使缺陷拉開，形成微孔。該工藝經過幾十年的發展在美國、日本已經非常成熟。
干法雙向拉伸工藝是中國科學院化學研究所在20世紀90年代初開發出的具有自主知識產權的工藝(CN1062357)。通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改進劑，利用聚丙烯不同相態間密度的差異，在拉伸過程中發生晶型轉變形成微孔，用于生產單層PP膜。國內格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新時代科技有限公司均與中科院合作采用干法雙向拉伸工藝。
靜電紡織技術是一種有效、實用的納米纖維的制備工藝。研究發現，由于孔隙率高、比表面積大，納米纖維膜對鋰離子蓄電池電解液的吸收能力特別強，有利于提高隔膜的鋰離子導電率、降低蓄電池的內阻、適合大電流放電，對提高鋰離子蓄電池特別是動力鋰離子蓄電池的性能很有幫助。最近，中國科學院理化技術研究所在多針噴頭靜電紡織技術在納米纖維鋰離子蓄電池隔膜制備中取得了突破性進展。
為了應用于大型蓄電池，隔膜安全性研究正在開展之中。鑒于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等微多孔性膜的耐熱性差。日本索尼能源設備公司正在開發具有高性能陶瓷層的鋰離子充電蓄電池用隔膜，通過在此前的隔膜——聚烯烴(Polyolefin)的微多孔膜兩面形成厚度2~5μm的金屬氧化物陶瓷層，可防止大電流通過引起的內部短路。
2009年，韓國原子能研究院(KAERI)發布消息稱，其研究人員已經開發出了一種用于鋰離子蓄電池隔膜的新材料，能夠抵御較高的溫度和大力量的撞擊。KAERI開發出的新型隔膜由聚乙烯、納米化礬土和氟化樹脂混合而成，并經過了輻照處理，可以有效彌補現有鋰離子蓄電池的缺陷。據稱，使用該混合物隔膜可以在150℃的高溫以及相當大力度的外部撞擊下保持其絕緣性。
國內外隔膜材料產業情況
目前國外的主要隔膜材料生產企業有：日本旭化成(Asahi)、宇部興產(UBE)、東燃化學(Tonen，埃克森美孚控股)、三菱化學與三菱樹脂、三井化學等，美國Celgard、Entek，韓國SK能源、W-Scope、WIDE、Finepol等公司，此外，德國贏創德固賽集團、英國N-Tech公司、荷蘭DSM集團等公司也在生產鋰離子蓄電池隔膜材料。在2009年全球鋰離子蓄電池材料市場中，日本旭化成是最大的供應商，占據了全球約1/3的市場份額；東燃化學和美國Celgard公司僅次于旭化成，市場占有率都在20%以上。其中部分鋰離子蓄電池隔膜生產企業的情況如下：
1.日本旭化成：旭化成的鋰離子蓄電池隔膜生產采用濕法制備工藝，主要生產單層隔膜。目前，旭化成已經能夠生產部分高性能的聚丙烯、聚乙烯材料。在此基礎上，旭化成研究開發出面向高輸出功率用途的混合動力車及電動汽車等電動車輛用鋰離子充電蓄電池的隔膜技術IBS(Inorganic-blendeds eparator)。該技術通過在隔膜中混合無機物，確保了電動車輛用鋰離子充電蓄電池的性能。而且還可直接利用便攜設備鋰離子充電電池的隔膜量產線。因此，制造成本可保持在與現有產品相當的水平上。此外，這種新型隔膜在將空孔率提高到50%~70%的同時，還將電阻降低到了以往產品的一半。
2.東燃化學：東燃化學是美國埃克森美孚化工集團旗下埃克森美孚日本集團的控股子公司。東燃化學的隔膜制備采用的是濕法工藝，生產的是PE單層隔膜，目前設計年產能為6800萬m2。2006年10月東燃化學推出了首款專為混合動力車用鋰離子蓄電池設計的先進微孔隔膜。這種高性能隔膜熔融完整性更高，具備快速閉孔性能和高機械強度，可在顯著減少熱收縮的同時，保持良好的滲透性和拉伸強度，可顯著提高混合動力車所用鋰離子蓄電池的容量和安全性。2007年5月東燃化學再一次推出了面向混合動力汽車以及電動汽車用的動力鋰離子蓄電池隔膜，其最大特點是耐熱性高，在190℃時也不會發生熔化。2007年年底，埃克森美孚化工在美國推出了2款25μm隔膜產品。2008年5月推出了2款20μm新產品。到目前為止，東燃化學共有4款隔膜是針對混合動力車和純電動車開發的，這4款產品已在東燃化學位于日本那須的工廠進行生產并在全球范圍內供應。
為滿足隔膜現有及新型應用領域日益增長的需求，東燃化學在韓國龜尾(Gumi)建設了第2個隔膜廠，此外，東燃化學還計劃建設一個蓄電池測試中心，對先進蓄電池系統應用于混合動力汽車和其它用途進行評估。2009年11月，埃克森美孚日本集團旗下的東燃通用石油確定與東麗(TORAY)合作，成立新的合資公司，強化蓄電池隔膜業務。
3.美國Celgard公司：成立于1981年，是專業生產微孔隔膜的全球領先供應商。Celgard持有干法單向拉伸制造工藝的專利，是干法聚烯烴隔膜的領跑者，主要客戶有松下、比亞迪等。Celgard在美、韓和中國都有生產基地，中國的生產基地位于上海，在戴瑞米克(上海)電池隔膜有限公司內。2010年1月，Celgard公司宣布，要擴大其位于美國北卡羅來納州夏洛特工廠的產能，并將在美國北卡羅來納州Concord新建一個生產廠，以滿足電動汽車市場不斷增長的需求。2010年3月，Celgard公司宣布，計劃投資約3000萬美元，擴大其位于韓國梧倉(Ochang)的鋰離子蓄電池隔膜的產能，擴建項目有望在2011年投產，并將滿足消費電子應用方面的客戶增長。對此，Celgard表示用于鋰離子蓄電池的三層膜的生產能力將增加3倍。對Celgard公司實行的產能擴充計劃，美國政府給予了大力支持。
4.德國贏創德固賽股份有限公司：即贏創工業集團化工業務。開發了SEPARION 電池隔膜產品，即以PET無紡布為支撐體，在其表面復合了一層無機陶瓷氧化物涂層，制備出了有機底膜/無機涂層復合的陶瓷多孔鋰離子蓄電池隔膜，該隔膜具有良好的熱穩定性和良好的電解液濕潤性，與聚烯烴的隔膜相比，安全性能有很大改進，但是隔膜的穿刺強度還有待于提高。贏創目前正與戴姆勒集團合作，將家用及商用車輛所需的高性能蓄電池進行產業化生產。采用贏創領先科技生產的電動及混合動力車預計將于2012年正式向市場推出，陶瓷隔膜SEPARION 將是該創新成果的核心。
5.國外其它：2010年杜邦公司發布了其首款基于納米纖維聚合物的Energain鋰離子蓄電池隔膜材料。據介紹，該隔膜對提升蓄電池性能非常有幫助，綜合性能提升值可達15%~30%。此外，隔膜還能顯著延長動力蓄電池的壽命，并改善蓄電池在高溫工作狀態下的穩定性。
目前國內深圳星源材質、佛山金輝高科等廠商也在開發和生產小型鋰離子蓄電池用隔膜。如：
1.深圳市星源材質科技股份有限公司：成立于2003年。核心業務是鋰離子蓄電池微孔隔膜的研發、生產和銷售。目前星源材質擁有干法生產線兩條，濕法生產線一條，主要生產12μm到40μm不同規格的鋰離子蓄電池隔膜。公司現正在籌建檢測項目齊全的鋰離子蓄電池隔膜國家級檢測中心。
2.佛山金輝高科光電材料有限公司：佛塑股份于2004年建立了一條采用濕法工藝生產PE隔膜的雙向拉伸生產線，于2005年末投放市場。2006年2月，佛塑股份與比亞迪共同出資組建金輝高科，專業從事鋰離子蓄電池隔膜材料的研發、生產和銷售。2009年10月，佛塑股份與比亞迪落實了金輝高科的增資方案，合資擴建鋰離子蓄電池隔膜項目，涉及的總投資額約1.05億元人民幣。金輝高科的產能擴充項目建成后鋰離子蓄電池隔膜材料年產能將達到4500萬m2(約542t)。
3.格瑞恩新能源材料股份有限公司：新鄉市格瑞恩新能源材料股份有限公司是由金龍精密銅管集團股份有限公司投資興建的致力于鋰離子蓄電池材料研發、生產、銷售于一體的全資子公司。公司于2004年進行隔膜中試及生產，采用的是雙向拉伸工藝的干法工藝。可以生產12、16、20μm超薄隔膜。
4.桂林新時科技公司：2005年開始，中國科學院化學研究所與新時科技公司合作重新開展干法雙向拉伸工藝的中試研究。根據中試工作取得的經驗，于2007年11月成功建成并投產了一條年產聚丙烯微孔膜600萬m2的生產線。用此工藝生產的聚丙烯微孔膜具有不同于以上工藝制得隔膜的微孔結構。
5.國內其他：三門峽興邦特種膜科技發展有限公司也在從事納米纖維膜和納米纖維離子交換膜研發和生產。其納米纖維膜系列產品可廣泛用于動力鋰離子蓄電池隔膜、燃料電池、海水淡化、工業制藥、污水處理、貴金屬回收等領域。2009年12月，興邦公司與河南海奧通新能源科技有限公司締結為動力鋰離子蓄電池隔膜材料應用戰略合作伙伴。
2010年8月，明基材料與奇瑞集團聯合發布聲明，雙方將成立合資公司，合作開發電動汽車用鋰離子蓄電池隔膜材料。總投資額約為8000萬人民幣，奇瑞與明基各持股50%。雙方計劃在安徽蕪湖設立工廠，從基礎研發逐步入手，先建立實驗線，然后再逐步加大投資力度，推動相關產品的產業化進程，最早的量產時間可能到2012年。
隔膜掣肘我國新能源汽車的發展
根據用途不同，車用鋰離子蓄電池分為混合動力汽車(HEV)用的高功率蓄電池和純電動汽車(EV)用的高能量型蓄電池，高功率蓄電池對隔膜的離子透過性要求更高，而高能量型蓄電池更側重于隔膜的安全性能。
據了解，車用鋰離子蓄電池一個蓄電池模塊通常需要幾十個單體電池進行串聯或并聯，同時單體電池容量和體積都很大，容量為幾十到上百Ah，以日產LEAF純電動汽車為例，鋰離子蓄電池的能量為24kWh，是標準手機電池的12000倍；加上鋰離子蓄電池具有潛在的爆炸危險，這就要求隔膜具有更高的強度、保液能力及熔化溫度。現在車用鋰離子蓄電池隔膜主要采用厚度為32μm、40μm甚至更厚的單層PP隔膜。
由于車用鋰離子蓄電池對隔膜的一致性要求極高。除了厚度、面密度、力學性能這些基本要求之外，對隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也有很高的要求。另外，隔膜材料生產技術難度高，產業化需要的投資額大，項目周期也較長，投資風險較大。在國際上，車用鋰離子蓄電池隔膜的發展也比較緩慢。而在中國，隔膜生產企業數量很少，主要集中在中、低端小型鋰離子蓄電池領域。且就國內現有的隔膜生產技術，隔膜的厚度、強度、孔隙率不能得到整體兼顧，量產批次穩定性較差，不適用于對一致性和均一性要求極高的車用鋰離子蓄電池隔膜，正規新能源汽車生產廠家基本不使用國產隔膜。
工信部副部長苗圩在最近舉辦的北大光華新年論壇的公開發言中談到，動力蓄電池最大的問題是占30%左右成本的隔膜，這種隔膜我國一家企業都做不了，而且生產這種隔膜的技術和裝備，都列入了西方對中國限制出口的清單，所以現在中國想買相關設備、技術、工藝時，還沒有人賣。如果到2015年我國將形成100萬輛電動汽車的規模，則鋰離子蓄電池隔膜需求為15億m2。綜上所述，隔膜的短板將成為掣肘我國新能源汽車發展的問題之一。
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