复合材料电池外壳成为推动电动汽车行业增长的强劲动力

文摘 2024-10-02 09:59 山东

在全球环保意识增强和新能源汽车行业迅猛发展的背景下，电动汽车市场迎来了迅猛的增长。电池壳作为电动汽车的关键组成部分，其材质和性能对电池的安全性、续航能力以及整车性能有着直接的影响。复合材料因其卓越的特性，在电池壳制造中逐渐受到青睐，预示着其将成为电池壳技术发展的关键趋势。

复合材料电池壳最新数据

根据恒州博智的最新统计与预测，2023年全球电动汽车用复合材料电池壳的市场销售额已经达到了1.5424亿美元。展望未来，预计到2030年，这一数字将增长至20.5884亿美元，年复合增长率（CAGR）将达到惊人的45.25%（2024-2030年）。这些数据凸显了该市场在未来数年内的强劲增长潜力和巨大的发展空间。

在中国市场，近年来的变化尤为显著，2023年的市场规模为576.7百万美元，占全球市场的37.39%。得益于中国新能源汽车行业的快速增长以及政府的大力支持，预计到2030年，中国市场的销售额将达到968.64百万美元，占全球市场的47.05%。中国市场的迅猛发展不仅为本土企业带来了巨大机遇，也吸引了全球众多厂商的目光，使其成为全球复合材料电池壳市场的关键增长动力。

从产品类型和技术角度分析，片状模塑料电池壳目前是电动汽车复合材料电池壳的主导产品。2023年，这一细分市场的规模为777.3百万美元，占全球市场的50.40%。预计到2030年，其市场规模将增长至1019.02百万美元，占全球市场的49.49%。片状模塑料因其优异的成型性、强度和耐腐蚀性，满足了电动汽车电池壳的多样化需求，因此在市场中占据了较大的份额。

在产品市场应用方面，乘用车市场是电动汽车复合材料电池壳的主要应用领域。2023年，该细分市场的规模为1275.8百万美元，占全球市场的82.72%。预计到2030年，其市场规模将达到1745.81百万美元，占全球市场的84.80%。随着乘用车市场对电动汽车需求的持续增长，以及消费者对电动汽车性能和安全性要求的不断提升，复合材料电池壳在乘用车领域的应用有望得到更广泛的拓展和深化。

主要厂商竞争格局

全球范围内，主要的复合材料电池壳制造商包括SGL Carbon、Teijin Automotive Technologies、Hanwha Advanced Materials、STS Group、中科天星科技、Kautex、海源复合材料以及TRB Lightweight Structures等。

截至2023年，这五大领先企业的市场份额合计占比高达73.44%，显示出市场的集中度相对较高，少数几家大型企业在行业中占据了显著的领导地位。然而，随着市场的持续扩张，预计未来几年内行业竞争将变得更加激烈，尤其是在中国市场。

各大厂商将在技术创新、产品品质、成本管理和市场推广等方面展开竞争，以争取更大的市场份额和更高的利润。此外，新的企业也可能加入市场，进一步加剧竞争的激烈程度。

电池壳体的保护作用

电池是电动汽车最核心的部件之一，其安全性至关重要，无论是面对高温、水浸还是撞击，电池的保护都不容忽视。电池外壳的设计和强度对于确保电池安全至关重要。国内一些创新企业生产的电池壳体已成为确保安全的关键因素。由于电池是电动汽车的关键部件，研究人员正致力于寻找理想的材料来保护电池。

电池壳体是电动汽车不可或缺的组成部分，它不仅容纳了高压电池、电子元件、传感器和连接器，还有助于保护车辆的结构和安全，防止关键部件受到外部冲击、过热和水浸的影响。

纯电动汽车的电池壳体通常尺寸较大，长度约两米，宽度约一米四，确保这样大的产品具有防水和气密性在技术上是一个挑战。一些国内公司在产品设计和制造工艺上采用了多种防漏技术，同时，每个电池盒在出厂前都要经过严格的气密性测试。

电池外壳的主要功能是保护电池模块，它们是驱动系统和结构元件之间的连接点，因此是电动汽车中极为重要的组件。为了提供有效的保护，电池外壳必须足够坚固，以在发生事故时保护电池模块不受损害。内置的冷却系统还能防止电池模块过热。此外，电池外壳必须具有出色的耐腐蚀性，以确保电池能够长期正常工作。

值得注意的是，由于电动汽车的充电过程通常时间较短、电流强度大且使用频繁，因此电池外壳材料除了需要良好的绝缘性外，还应具备耐高温、耐老化的特性，并在燃烧时具有无卤阻燃和低烟密度的特点。

复合材料的电池壳领域应用优势

普遍观点认为，如果纯电动汽车的重量减少10%，其行驶里程可以相应提高约6%。在新能源汽车的“三电”系统中，电池、电机和电控系统大约占整车质量的四分之一。有数据表明，基于传统汽车设计的新能源汽车，其质量比传统燃油车增加了超过15%，因此，轻量化对于新能源汽车来说是一个更为紧迫的研究课题。

在动力电池系统中，电池壳的重量占整个系统的20%到30%，作为关键的结构部件，它对电动汽车的能耗、动力性能、制动效果、被动安全性以及单次充电后的行驶里程有着显著影响。因此，新能源汽车电池壳的轻量化设计尤为重要。

与金属材料相比，使用大面积复合材料制造的电池外壳不仅可以缩短生产周期，还能有效减轻车辆的整体重量，进而提升电动汽车的续航能力。

碳纤维增强复合材料（CFRP）以其卓越的性能和优势在汽车制造中备受青睐。以下是其主要特点和优势：

轻量化：CFRP具有出色的比强度和比刚度，其密度远低于传统金属如铝和钢。如果电池外壳完全采用CFRP而非铝材，车辆重量可减少高达40%。
隔热性能：CFRP不仅轻质，还具有优异的隔热性能，能有效阻止热量传递，从而减少对额外隔热系统的依赖。这有助于进一步减轻车辆重量，简化供应链和价值链。相比之下，金属电池外壳通常需要额外的隔热系统来维持电池的工作温度。
降噪和减震：CFRP具有天然的阻尼特性，能有效降低噪声、振动和声振粗糙度（NVH）。这不仅适用于电池外壳，也适用于车辆的其他部件，使得采用CFRP的车辆在驾驶体验上更加舒适和豪华。
安全性：CFRP的强度和刚度优于铝和钢，提供了更好的碰撞安全性。从整体车身结构来看，CFRP电池外壳可以设计成车身的一部分，既保护电池，也保护乘客。这种设计需要电池外壳供应商和底盘设计者的紧密合作，但对提升车辆安全性具有重要意义。

综上所述，CFRP在电池外壳和其他汽车部件中的应用，不仅有助于减轻车辆重量，提高能源效率，还能提升驾驶舒适性和安全性。随着技术的进步和成本的降低，CFRP在新能源汽车领域的应用前景将更加广阔。

除了碳纤维复合材料之外，其他类型的复合材料，如玻璃纤维增强塑料（GFRP）和片状模塑料（SMC），也在电池壳制造中发挥着重要作用。GFRP以其较高的强度和刚度以及相对较低的成本优势，非常适合那些对成本有严格要求的应用场合。而SMC则以其出色的成型能力和设计灵活性著称，能够满足制造复杂形状电池壳的需求，同时具备良好的耐腐蚀和绝缘特性。

近年推出的复合材料电池解决方案

帝人集团旗下的大陆结构塑料公司（CSP）最近推出了一系列创新的复合材料配方，这些新配方在阻燃性、热失控防护以及挥发性有机化合物（VOC）排放方面均达到了电动汽车电池外壳的最严格标准，同时还保留了片状模塑料（SMC）的设计灵活性。这些先进的复合材料包括低VOC配方、含有氢氧化铝（ATH）的填充系统、膨胀系统以及酚醛系统。

2021年5月，碳纤维制造商东丽工业宣布开发了一种新技术，能够显著提升碳纤维增强塑料（CFRP）的散热性能，使其达到与金属相当的水平。这项技术通过在CFRP内部建立热传导路径，有效散发热量，有助于减缓移动设备中电池的退化，并提高电子设备的性能。

弗劳恩霍夫LBF研究所开发了一种成本效益高的轻质电池壳，用于电动汽车，与铝制电池壳相比，重量减轻了40%。尽管使用了纤维增强复合材料，但由于采用了特别开发的高效生产流程和应力等效的结构设计，成本得以降低。研究团队利用其专业知识，结合连续纤维增强热塑性塑料和高效的发泡注射成型技术，以及CFRTP的创新工艺，制造出了采用三维夹层设计的轻量化电池壳。

赢创工业集团领导的合作伙伴联盟，采用玻璃纤维增强环氧树脂片状模塑料（SMC），为电动汽车开发了一种更轻、成本更低的高压电池外壳概念。这一整体电池系统设计旨在为汽车行业提供一个更安全、更节能的替代方案，以替代金属或成本较高的碳纤维增强塑料（CFRP）。

巴斯夫与一级供应商L&L Products合作，为福特2022款F-150 Lightning开发了一种电池保护解决方案。该团队在不牺牲强度的前提下，减小了电池系统中的横梁尺寸。这些横梁是设计用来承受高负载的结构部件，确保了车辆中电池和乘客的安全。CCS通过将纤维增强的拉挤复合材料载体与高度工程化的密封剂和粘合剂结合，创造出平面轮廓。这一工艺生产出了由连续纤维和垫子加固的直线或弯曲的复合型材。

复合材料在电池壳领域的展望

复合材料在电池壳领域的应用展现出显著的优势，并预示着巨大的发展潜力。作为主流选择，片状模塑料（SMC）电池壳在电动汽车市场中占据了显著的份额，而乘用车市场则是其最大的应用领域。全球主要制造商之间的市场竞争日益加剧，特别是在中国市场，预计未来的竞争将更加激烈。

市场需求持续增长

随着全球电动汽车市场的快速扩张和对电池壳性能要求的不断提升，复合材料电池壳的市场需求正持续增长。根据国际能源署（IEA）的《2024年全球电动汽车展望》报告，全球电动汽车市场正在经历强劲的增长势头。2023年，全球电动汽车销量接近1400万辆，市场份额达到18%，较2022年的14%有了显著增长。在新能源汽车产业的快速发展和政策的大力支持下，复合材料电池壳的市场前景显得尤为广阔。

技术创新提升产品性能

为了满足电动汽车对电池壳更高标准的性能需求，如更高的强度、更佳的隔热效果、更低的噪音和振动等，未来将不断有新的复合材料技术和制造工艺被开发出来。这包括改进复合材料配方、优化纤维增强结构、开发新型成型工艺等，以提高复合材料电池壳的性能和质量。随着智能化技术的进步，未来的复合材料电池壳可能会集成更多智能功能，如传感器和监测系统，实现对电池状态的实时监控和预警。

应用领域的扩展

复合材料电池壳的应用不仅限于电动汽车领域，它在电动自行车、电动摩托车、储能设备等领域也展现出广泛的应用潜力。随着复合材料技术的不断进步和成本的降低，其应用范围有望进一步扩大，为更多行业提供高性能的电池壳解决方案。

行业竞争促进产业升级

市场竞争的加剧将推动各厂商加大技术研发投入，提升产品质量和性能，降低成本，以在竞争中获得优势。新厂商的加入可能会带来新技术和新理念，推动整个行业的技术进步和产业升级。在这一过程中，技术落后、产品质量不稳定的厂商可能会被淘汰，而拥有核心技术和竞争优势的厂商将不断壮大，行业的集中度可能会进一步提高。

文章来源：卡福新材料科技

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