WardsAuto.com報道，2022年3月，全球交付的車輛中幾乎有四分之一是電動車。盡管疫情流行放緩，供應(yīng)鏈仍面臨挑戰(zhàn)，缺乏廣泛的充電基礎(chǔ)設(shè)施以及消費者不愿意接受混合動力車和電池電動車（HEV，BEV）等諸多不利因素，汽車電氣化的步伐仍在急劇加快。最后一條消費者不愿接受的原因主要是由于較高的標價，對駕駛里程的擔憂揮之不去，以及無法像石油動力汽車那樣以相同的速度和便利性進行充電。雖然挑戰(zhàn)重重，但從2019年全球新乘用車銷量的2.5%增長到今年第一季度的近25%，仍是一項了不起的成就。

上一篇，在 "復(fù)合材料在電動汽車中的機遇和挑戰(zhàn) "中，我們討論了一級供應(yīng)商在生產(chǎn)電動汽車（EV）復(fù)合電池外殼時面臨的問題。我們還強調(diào)了CAE軟件供應(yīng)商和一些一級層級供應(yīng)商為更容易準確模擬復(fù)合材料外殼的制造和實際性能所做的努力，尤其那些具有不連續(xù)纖維增強的電池外殼。我們還注意到石墨烯納米片技術(shù)是如何應(yīng)用于電池外殼以提高復(fù)合材料性能。本篇文章的重點是介紹在當下性能和安全要求變得如此苛刻的條件下，材料供應(yīng)商是如何開發(fā)更高性能復(fù)合材料的工作，以滿足汽車制造商和電池模塊生產(chǎn)商當前和未來的需求。

如前所述，高壓電動車電池系統(tǒng)的外殼需要平衡一系列復(fù)雜的需求。首先，它們必須提供長期的機械性能—包括扭轉(zhuǎn)、模態(tài)和彎曲剛度，以便在模塊的使用壽命內(nèi)承載重型電池系統(tǒng)，同時保護電池免受腐蝕、電氣短路、石頭撞擊、灰塵和濕氣入侵以及電解液泄漏等侵害。在某些情況下，電池外殼還被設(shè)計為防止靜電放電（ESD）和來自附近系統(tǒng)的電磁干擾/射頻干擾（EMI/RFI），包括高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）雷達。

其次，在發(fā)生碰撞的情況下，外殼必須從物理上保護電池系統(tǒng)不被擠壓、刺傷或因進水/濕氣而短路。第三，電動汽車電池系統(tǒng)必須有助于在各種天氣下的充電/放電過程中保持電池單元在理想的熱工作范圍內(nèi)。如果車輛發(fā)生火災(zāi)，它們還必須盡可能長時間地防止電池模塊起火，同時保護車內(nèi)人員免受電池組內(nèi)熱失控事件導致的熱量和火焰的影響。然后是減重以增加每次充電的行駛里程，確保多組件系統(tǒng)的堆疊公差不超過可用的封裝空間（防止裝配到車輛上）、成本、可維護性和報廢（EOL）回收等所有挑戰(zhàn)。以下是摘取了八個材料供應(yīng)商如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的總結(jié)，以饗讀者。

英力士

不出所料，自2011以來，美國IINEOS（英力士）復(fù)合材料公司（美國）的材料已經(jīng)在北美的HEV和BEV的SMC電池蓋上應(yīng)用，并在中國市場用于多個平臺的電池蓋。

原始設(shè)備制造商正在迅速制定更精細的電動汽車電池外殼的性能和材料規(guī)范，其中大多數(shù)更新涉及阻燃要求或底部和側(cè)面碰撞保護需求。而為了應(yīng)對這些不斷變化的要求，英力士表示最近他們推出了一種新型高性能、高性價比的樹脂系統(tǒng)—Arotran 2502，此樹脂系統(tǒng)專門為SMC電池外殼配制。據(jù)稱，該材料具有高強度和高耐熱性，在復(fù)合過程中出色的潤濕性和流動性使其更容易實現(xiàn)更高的玻璃或碳纖維負載量以實現(xiàn)卓越的強度和剛度，更高的礦物填料負載量以降低成本或提高阻燃性能或更高的玻璃微球負載量以減輕零件重量。此外，尤其制備的SMC 可以很好地填充復(fù)雜的零件模具，從而實現(xiàn)更大的零件整合并使電池模塊的體積效率更高。

使用 INEOS 復(fù)合材料公司的新型樹脂系統(tǒng) Arotran 2502 的三種 SMC 復(fù)合物的典型性能

該公司報告還宣稱，使用該新材料的SMC在2.0毫米處通過了UL 94 5VA測試，而一些基于UP和VE的SMC配方在該厚度下未通過測試，并且其在其他火焰測試中表現(xiàn)也很好。在用于內(nèi)部屏蔽的擴展火焰測試中，即使在800°C下暴露10分鐘，面板的完整性仍舊保持。在熱重分析（TGA）測試中，新材料顯示出最高的初級溫度值，表明Arotran 2502比傳統(tǒng)的UP和VE樹脂更能抵抗熱降解。即使在苛刻的UL箱體熱失控測試中，基于Arotran 2502的SMC也顯示出非常好的結(jié)果。據(jù)悉，后續(xù)進行的工作集中在改進加工、成本、性能和可持續(xù)性上。

約翰斯-曼維爾

去年秋天，美國Johns Manville公司（JM即約翰斯-曼維爾）通過從陰離子聚合己內(nèi)酰胺生產(chǎn)基于聚酰胺6（PA6）的Neomera有機板材生產(chǎn)線。其最初的產(chǎn)品是用玻璃纖維機織和非卷曲織物（NCF）增強，但據(jù)說其他更長的短切纖維—玻璃或碳纖維或兩者兼有的織物正在開發(fā)并即將推出上市。

用己內(nèi)酰胺單體而不是完全聚合的PA6聚合物進行浸漬的一個好處是，粘度要低得多，因此有機片材可以實現(xiàn)出色的纖維浸潤性和更高的纖維體積分數(shù)（FWFs）。這導致復(fù)合材料部件具有更高的剛度、強度和抗沖擊性。玻璃纖維熱塑性塑料（GMT）/有機片材型產(chǎn)品的另一個優(yōu)點是，只要基體兼容，具有不同纖維類型和結(jié)構(gòu)的層狀材料可以在成型前分層進入壓縮壓力機。同時可提供極大自由度，可以有選擇地用連續(xù)纖維增強加固需要更高機械性能的區(qū)域，也可以用非連續(xù)纖維提供良好的流動性和纖維滲透性來填充復(fù)雜幾何形狀。由于玻璃纖維/PA6復(fù)合材料的韌性，據(jù)報道這種材料正被評估用于一些汽車應(yīng)用，包括結(jié)構(gòu)性電池外殼。

據(jù)稱，約翰斯-曼維爾（JM）公司一直與德國一家Forward Engineering GmbH公司的美國辦事處合作，該公司擁有設(shè)計電池外殼系統(tǒng)以及提供電池外殼原型設(shè)計、測試和驗證的特殊專長，對JM的全熱塑外殼設(shè)計進行了全面的機械和碰撞模擬。這反過來又為先進的材料開發(fā)確定了具體的層級，以用于碰撞模擬，支持特定應(yīng)用的客戶項目。

約翰斯-曼維爾（JM）公司表示，已經(jīng)注意到外界對高壓電池外殼開發(fā)支持的需求急劇增加，早期該公司的工作集中在復(fù)合材料密集型結(jié)構(gòu)的設(shè)計和模擬上，目標是實現(xiàn)最高的碰撞性能和減重，而最近其重點已經(jīng)擴大到管理熱失控性能、電磁兼容性以及電池單元和模塊的環(huán)境保護等更復(fù)雜的挑戰(zhàn)上，例如防止液體和安全殼的入侵。

隨著汽車行業(yè)中電池電動化的未來前景越來越明朗，這將會使得纖維增強聚合物在汽車材料組合中占據(jù)更大份額。

朗盛

去年年底，德國Lanxess AG（朗盛）宣布，它正在與汽車一級供應(yīng)商Kautex Textron GmbH & Co. KG（德國）合作，探索在大型電動車電池外殼上使用熱塑性復(fù)合材料來替代鋼和鋁。Kautex公司負責組件和工藝開發(fā)，而朗盛負責材料開發(fā)。這兩家公司不僅開發(fā)而且驗證了一種全熱塑性復(fù)合材料電池外殼技術(shù)。

其目的是展示復(fù)合材料在降低質(zhì)量和成本、功能集成和電氣絕緣方面的優(yōu)勢，用于C級（中型）轎車的1,400 x 1,400毫米的電池外殼。該系統(tǒng)由一個連接到整體碰撞結(jié)構(gòu)的托盤和車底保護裝置以及一個蓋子組成。組件由Durethan B24CHM2.0玻璃纖維增強PA6直接長纖維熱塑性塑料（D-LFT）壓縮成型，這是一種專門為壓縮D-LFT量身定制的化合物，是一種一非常適合快速生產(chǎn)大型零件且具有成本競爭力的一步到位工藝。托盤的碰撞結(jié)構(gòu)是用Tepex dynalite連續(xù)玻璃纖維增強PA6進行局部增強，以滿足該應(yīng)用的極高結(jié)構(gòu)要求。據(jù)報道，該外殼已經(jīng)通過了ECE R.100的外部防火測試。

Kautex公司和朗盛合作開發(fā)的一種全熱塑復(fù)合電動車電池外殼，在提供結(jié)構(gòu)性能、整體熱管理和插入式模塑硬件以方便組裝的同時，實現(xiàn)了高達15%的質(zhì)量節(jié)省、20%的成本節(jié)省和45%的二氧化碳足跡減少

有了復(fù)合材料，可以通過整合緊固件和熱管理組件，充分利用其設(shè)計自由度，大大減少電池外殼的單個組件的數(shù)量。并簡化了裝配和物流工作，降低了生產(chǎn)成本。復(fù)合材料還具有抗腐蝕性，而且更輕，這增加了每次充電的行駛里程。此外，它們還具有電絕緣性，從而減少了系統(tǒng)短路的風險。

（未完待續(xù)）