可供选择的驱动技术，新的连接模式和自动驾驶都需要全新的汽车设计概念。
科思创公司目前关注的焦点之一是在电动汽车中使用聚碳酸酯塑料。
未来电动汽车和混合动力汽车的核心是锂离子电池。为了精确地在小空间中放置大量的电池单元，电池座和电池支架以及外壳组件必须具有非常强大的尺寸稳定性及高度的机械坚固性。
根据电池组的设计原理，该材料还必须具有阻燃性，此外，即使是在壁厚低至0.75毫米的情况下，也要符合美国保险商试验所（UnderwriterLaboratories Inc.）的UL94可燃等级的V-0级。
用于电池外壳的高性能塑料解决方案如下：科思创在笔记本电脑和其他电子设备的封装锂离子电池方面拥有多年经验。
为实现这一目标，该公司开发了多种聚碳酸酯混合物，不仅符合上述要求，而且在广泛的温度范围内，特别是在零下温度下，也具有极强的抗冲击能力。
在2018年德国塑料工业贸易展会（Fakuma 2018）上，该公司将在B4展厅的4206号展台展示各种电池模块，电池座，碰撞吸收器和其他产品。
科思创的JulianMarschewski博士解释道：“当涉及到电池座和电池集成模块时，防火保护尤为重要。”
电动汽车专家补充说：“电池周围使用的材料的性能，对于成品部件来说，在许多功能性和安全性测试中都起着决定性作用，并且有助于电池在整个使用寿命周期内的安全运行”。
定制材料：Bayblend®FR型阻燃聚碳酸酯ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）混合物是电池座和电池模块的理想材料。
该材料具有耐热性和尺寸稳定性，使用该材料可通过注塑成型工艺高效生产部件。
该材料还用于柏林制造商GreenPack的移动充电电池。将于Fakuma 2018展会上展出的碰撞吸收器由PC-PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）Makroblend®KU-27912/4制成。
该材料具有非常高的抗冲击性强度，并且在低温下具有特别高的延展性。
蜂窝状结构使得这种碰撞吸收器具有极强的抗冲击性能。
另一种特殊材料Makrolon®TC产品系列的高填充聚碳酸酯材料，已经应用于LED灯的散热片。
这类产品具有导热性，但也作为电绝缘产品使用，因此它们有助于实现高效的电池热管理。
适用于恶劣环境的电池组：Enduros车型必须为大风和各种天气条件做好准备，但最重要的是必须承受最严苛的力学性能要求。
加州电动自行车专家AltaMotors是这类器械的领先制造商。
品牌名为Alta Pack的电池就配备了护套，该护套由具有极强抗冲击性的PC-PBT混合物Makroblend®制成。
预计，复合材料在新能源电池壳领域的应用前景依然十分看好，大家知道电池壳乃是新能源汽车中的纯增量零部件，单车价值量约3000元左右。
电池壳主要由上盖与下壳体组成，是动力电池模组的“骨架”，用来保护电池PACK抵抗外界冲击、防尘防水等等。
电动汽车的电池封装外壳（也称为电池槽、盒或外壳）主要用来包装和保护电池。它们的形状和大小各不相同，并且正如其他汽车部件一样，在用材方面可有多种选择，不同材料间的竞争也较为激烈。
里程焦虑一直是新能源汽车的头痛点，无论哪个新车的上市，极限里程挑战都是其必过难关。
一般认为纯电动汽车重量降低10％，续航里程便可增加约6％。
新能源汽车“三电”系统约占整车整备质量的1/4左右，有数据显示，在传统汽车基础上设计的新能源汽车比传统燃油车质量会增加15%以上，所以轻量化是新能源汽车比传统汽车更需要的课题。
在动力电池系统中，电池壳占系统总重量约20-30%，是主要结构件，显著影响其电耗、动力性、制动性能、被动安全性、一次充电续航里程等，因此新能源汽车电池壳的轻量化显得更为重要。
轻量化离不开高强度钢、镁铝合金、高性能塑料和碳纤维复合材料等轻量化材料的应用。
要知道：碳纤维电池壳的特性与优势会在电动汽车应用领域大放异彩，因为碳纤维电池壳可以改善隔热保温性，降低噪音，减少振动，同时降低声振粗糙度。
如果电池外壳由100％的复合材料而不是铝制成，则车体重大最多可减轻40％。
由于电池盒因素导致车体重量减轻，因此在牵引较轻的车辆时，所需的电池和发动机尺寸都会减小。这种积极的螺旋效应可降低车辆成本和里程焦虑，有助于大力促进电动汽车的规模化使用。
复合材料除了材质较轻的特质外，还避免了对单独隔热系统的需求，这进一步减轻了车体重量，有助于精简供应链和价值链。
对于金属电池封装外壳，需要在材料周围加装隔热保温系统，以保持电池的工作温度。
由于复合材料具有隔热保温特性，在防止传热方面有着很好的效果，因此无需在系统中加装更多的增重部件。
相对于金属材料而言，复合材料的噪声、振动和声振粗糙度（NVH）较小，因为它们具有固有的阻尼特性。
这对于电池封装外壳和其它车辆部件而言都是如此，两者的差异性可能意味着在驾驶体验方面，一个更豪华舒适，而另一个舒适度要差一些。
从更大的车身来看，复合材料电池外壳可以设计为车身结构的一部分，不仅可以保护电池，还可以保护车辆中的乘客。
复合材料的强度和刚度特性超过了铝或钢，从而能够提供更好的碰撞安全性。
这种结合将需要电池封装外壳供应商和底盘设计者之间的密切合作，但对于提高车辆安全性而言，的确是切实可行的。
回顾2021年的时候帝人集团旗下的大陆结构塑料公司（CSP）推出了几种新的先进复合材料配方，这些配方在可燃性、热失控和VOC排放方面满足最严格的电动汽车电池外壳性能标准，同时提供片状模塑料（SMC）的设计灵活性。
这些新型复合材料包括低VOC配方、ATH填充系统、膨胀系统和酚醛系统。
再者，2021年5月，碳纤维制造商东丽工业（日本东京）宣布开发出一种高导热技术将碳纤维增强塑料（CFRP） 的散热性能提升至金属的散热性能。
将此技术应用于 CFRP 可通过材料内部的热传导路径有效地从其来源散发热量。这有助于抑制移动应用中的电池退化，同时提高电子设备应用中的性能。
2021年10月，弗劳恩霍夫LBF宣布开发出一种用于电池电动汽车的低成本轻质电池壳，与铝电池壳相比，它可减轻40%的质量。
虽然该部件使用了纤维增强复合材料，但其成本却较低，这是因为使用了一种特别开发的高效生产工艺，同时采用了应力等效结构设计。
由弗劳恩霍夫LBF的研究人员组成的团队，利用他们在该领域的专业知识，采用连续纤维增强热塑性塑料以及结合了高效发泡注射成型与CFRTP的创新工艺，生产出一种采用三维夹层设计的轻量化电池壳。
赢创工业集团（德国埃森）去年也在报告说，它正在领导一个合作伙伴联盟，该联盟使用玻璃纤维增强的环氧树脂片状模塑料（SMC）为电动汽车解决方案开发了一个更轻、更经济的高压电池外壳概念。
该整体电池系统概念旨在为汽车行业提供一个更安全、更节能的金属或价格更高的碳纤维增强塑料（CFRP）的替代品。
2022年4月，巴斯夫和一级供应商 L&L Products 为福特2022 F-150Lightning 开发了电池保护解决方案。
该团队在不影响强度的情况下减小了电池系统中的横梁尺寸。
横梁是设计用于承受高负载的结构部分，可确保电池和乘员在车辆中的安全。
CCS 将纤维增强拉挤复合材料载体与高度工程化的密封剂和粘合剂组合成平面轮廓。
这个过程产生了用连续纤维和垫子加固的直线或弯曲的复合型材。
石墨和碳纤维复合材料供应商西格里（SGL Carbon）在5月份巴黎JEC复合材料展览会上展示其针对电动汽车电池盒的复合材料解决方案。
据介绍，西格里正改善轻质结构的碳纤维在生产过程中的堆栈自动化，减少材料浪费来节约资源，减少碳纤维的碳排放。
根据了解获悉，采用西格里碳纤维复合材料制成的电池外壳，可比响应的钢材外壳减轻50%的重量，它在耐火性、刚性、声学以及热屏蔽、电磁屏蔽方面的性能均能满足汽车相应的要求。
借助碳纤维复合材料，传感器可集成用于检测电动汽车底部的损坏情况。
轻量化是现在和未来汽车行业的一大趋势，包括电池外壳将在2025年前后依然前景看好，轻量化材料将替代过去更多笨重的材料是必然发展趋势。
根据外媒报道，目前，一些公司正在竞相开发相关的商业解决方案。
例如，德国特种化学品公司朗盛（Lanxess）和汽车零部件供应商考泰斯·德事隆（Kautex Textron）正在对直接长纤维热塑性塑料（D-LFT）和聚酰胺6（PA 6）树脂进行可行性研究。
与此同时，西班牙塑料技术研究所（Aimplas）利用可重复使用、可回收的长纤维热塑性复合材料，开发用于轻型车辆的可持续结构电池外壳，使放电后的电池组可热插拔。
在其他方面，Vestaro联盟采用一种新颖的方法，将轻质薄板模压化合物用于高压电池模块外壳。
材料轻量化是目前汽车轻量化技术的主要途径，从实际应用上看，高强度的复合材料是汽车材料轻量化的理想材料。
汽车车身的轻量化与材料轻量化的发展方向保持一致，传统的车身以钢铁为主，占汽车质量的30%～40%，如果将部分零件替换为镁铝合金，甚至是碳纤维等高强度复合材料，那汽车减重的效果会更加可观，随着近几年新能源汽车的迅猛发展，汽车电池系统增重明显，各大汽车厂商将整车轻量化作为重点研究目标，推动了复合材料的快速发展。
在环保方面，需加快研究复合材料可循环使用技术，提高复合材料的再利用率，降低环境污染，实现资源的可持续发展；
在性能方面，为了弥补单一增强体复合材料的性能不足，可以向多尺度增强体复合材料的方向拓展，使复合材料在汽车上的应用更加多元化；
在整体发展方面，复合材料的发展需要整个汽车产业链的一体化协同发展，包括材料、加工工艺、模具、设计、设备、试验等方面，形成产学研合作的技术创新体系，技术提升发展的空间很大。
来源：中欧SENIA，Smart Energy Expo
原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：复合材料在新能源电池壳领域的应用前景分析
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