根據國際能源署（IEA）的說法，2020年銷售的電動汽車（EVs）大約有300萬輛，而Canalys.com于2021年8月發布的一份報告指出，2021年上半年銷往世界各地的電動汽車（EVs）約有260萬輛，達到了2020年上半年銷量的160% 以上。

2021年上半年，在中國和歐洲銷售的所有汽車中，電動汽車分別占12%和15%的比重，而同期在美國銷售的新車中，電動汽車僅占3%。

國際能源署（IEA）于2021年4月發布的報告稱，到2030年，運行在道路上的電動汽車、公共汽車、廂式貨車和重型貨車的數量預計將達到1.45億輛。2020年7月公布的數據顯示，主流汽車制造商的目標是：到2025年，沃爾沃銷售的車輛中，將有50%是電動汽車；到2030年，戴姆勒銷售的車輛中，將有50%是電動汽車；到2030年，大眾銷售的車輛中，將有40%是電動汽車。

電池盒

TRB Lightweight Structures公司制造的CFRP電池盒

通過減輕電池盒的重量，復合材料有助于抵消沉重的電池重量。一個例子是由英國TRB Lightweight Structures公司（以下簡稱TRB）為電動公交車開發的CFRP電池盒，這些電動公交車每輛都配有6個74kW的電池，含電池盒在內的每個電池的重量是550kg。然而，為滿足整體重量要求，電池盒只有15kg，這與之前64kg的鋁電池盒相比，重量顯著降低。

為了滿足其他方面的要求，包括在美國制造以及年產量達到 4萬件，TRB與豐田通商美國公司合資，在美國肯塔基州里士滿建造了一個專門的生產工廠，該工廠采用高面重的碳纖維織物制造2m×1m大小的電池盒。在該工廠內部，首先采用一種2min固化的環氧樹脂對織物進行預浸，然后立即切割預浸料，并利用拾取-放置機器人將切好的預浸料自動放入匹配的金屬模具中，進行快速的模壓固化（FPC）加工，循環時間是11 min。

成型好的部件由機器人操作進行后續的加工和組裝，包括修邊、粘接嵌件和放置墊圈。該部件的設計還包括在下殼體上增加額外的層，以用于隔熱、電絕緣和電磁屏蔽。該項目計劃于2021年全面投產，同時，TRB 還在與其他潛在客戶討論更多的中、高產量的電池盒生產項目。

德國西格里碳纖維（SGL Carbon）也于2021年啟動了一項生產，主要為一家北美的汽車制造商生產碳纖維和玻璃纖維復合材料的電池殼上、下層鋪層材料。這項高產量的應用是一款電動汽車底盤的關鍵部分，滿足嚴格的減重、剛性、碰撞保護、熱管理以及防火、防水和防氣要求。

這份合同是在2019年宣布了西格里碳纖維（SGL Carbon）為中國的汽車制造商蔚來成功地生產出復合材料電池殼原型之后簽署的。西格里碳纖維（SGL Carbon）表示，與這家制造商可能有更多的訂單，甚至更大的訂量。

與此同時，西格里碳纖維（SGL Carbon）還從一家歐洲的跑車制造商那里獲得了一份計劃于2020年中期開始的小批量供貨合同，批量生產復合材料電池殼的底層材料。

另一家供應電池盒的公司是英國的SHD Composites公司，其預浸料采用了符合酚醛性能的生物基聚糠醇（PFA）熱固性樹脂。其PS200 預浸料滿足了歐洲航空安全局（EASA）規定的飛機蓄電池防火要求，并已為通用的航空飛機制造商所采納。模擬電池著火測試顯示，當內部溫度達到1100℃時，外部溫度從未超過250℃，電池盒從未燒毀或分解。

英國Composites Evolution公司也提供生物基聚糠醇（PFA）的預浸料，采用的增強材料包括亞麻纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維或碳纖維，且已通過了飛機和鐵路部門要求的火焰、煙霧和毒性（FST）測試。

日本帝人集團旗下子公司大陸結構塑料（CPS）自2012年首次開始為雪佛蘭Spark提供上下電池殼以來，近10年中，該公司一直在提供模壓成型的復合材料電動汽車電池殼。此后，該公司的電池盒蓋越來越受歡迎，目前制造的電池盒蓋尺寸可以達到1.5m×2m或者更大。

2020年12月，大陸結構塑料（CSP）與帝人展示了一款全尺寸的多材料電動汽車電池盒示范件，它至少包括3個結構組件：相對較薄的復合材料上蓋、較厚的且更加結構化的復合材料底盤，以及一個金屬的梯形框架，以為電池盒內部的電池提供額外的支撐。

大陸結構塑料（CSP）還開發了一種吸能泡沫結構的內部框架，可以用于更高的碰撞保護。上蓋和底盤經模壓成型，并可以采用大陸結構塑料開發的各種防火方案。據說，這種多材料的電池盒要比鋼制電池盒輕15%，比鋁電池盒的耐熱性更好。

目前，大陸結構塑料（CSP）已在美國和中國開發生產了34 種電池盒蓋。

大陸結構塑料（CSP）自2012年以來就一直在設計和制造復合材料的電池殼，最近，該公司已擴大了其產品組合，涵蓋了完整的電池盒（圖片來自CSP）

與此同時，美國IDI復合材料國際公司針對電動汽車（EV）和新能源汽車（NEV）市場而推出了新的纖維增強與樹脂組合材料Flamevex，它專為生產電池盒系統而設計。

采用IDI復合材料國際公司的Flamevex 材料制成的電動汽車電池盒（圖片來自IDI復合材料國際公司）

為生產電池盒而新開發的復合材料

2021年5月，碳纖維制造商日本東麗工業公司宣布，其開發出一種高熱導率技術，可使碳纖維增強塑料（CFRP）的散熱性能提高到金屬的水平。將這項技術用于CFRP，通過材料內部的熱傳導即可使熱量有效地散發出去。這有助于抑制電池在移動應用中發生老化，同時提高了在電子設備應用中的性能。

東麗的這項突破，為有效地散發電池和電子線路中的熱量同時又能利用CFRP實現減重而提供了一種技術方案。該公司預計，采納其技術的CFRP 應用將包括對輕量化和散熱性能有要求的先進的交通工具、移動電子設備和可穿戴設備等。

于2021年完成的“composites for sustainable mobility”（CosiMo）項目，旨在為生產一種電池盒蓋的挑戰性部件而開發一種智能的熱塑性樹脂傳遞模塑成型（T-RTM）工藝。該部件長1100 mm、寬530 mm，由法國佛吉亞綠動智行系統公司位于德國奧格斯堡的研究中心設計，用于探索材料和工藝的局限性，包括金屬嵌件和泡沫芯層、復雜形狀以及2.5～10mm的厚度變化。

這些部件由德國宇航中心（DLR）的輕量化生產技術中心（ZLP）制造，目標是為采用帶有傳感器的RTM模具和熱壓機的單步法工藝，開發一種完全自動化的過程控制方法。在RTM 模具中集成了70多個傳感器，從而能夠在注射己內酰胺單體及其原位聚合成PA6復合材料的過程中監測樹脂的流動。

該傳感器網中含有德國Netzsch公司提供的電介質傳感器，并整合了瑞士Kistler 公司的壓力/溫度傳感器和奧格斯堡大學開發的超聲波傳感器。來自傳感器的工藝參數數據還被用于優化工藝模擬模型，然后據此開發基于機器學習方法的仿真數據驅動的自動化的過程控制。

ZLP共生產出100多個高品質的部件。在項目研發過程中獲得的知識，將被用于工業化的批量生產以及未來對其他復合材料工藝的數字化閉環控制。

德國宇航中心輕量化生產技術中心采用T-RTM工藝生產的電池盒蓋挑戰性部件（圖片來自德國宇航中心輕量化生產技術中心）

美國Technical Fibre Products（以下簡稱TFP）公司多年來一直供應多種材料的非織造面紗,它被用于層間以及復合材料部件的表面，用來增加電磁干擾（EMI）屏蔽性、導電性、反射性、耐磨性或防火性。正如該公司技術總監Nigel Walker所解釋的那樣：電池盒要能夠防止電磁干擾，能夠壓制火勢，且能夠在做到這些的同時，保證輕量化并由復合材料制造。

隨著許多電動汽車制造商逐步放棄使用金屬電池盒而轉向采用輕質的復合材料，一些意想不到的后果可能包括失去金屬基的耐火性或電磁屏蔽性能。“比如，我們可以添加一層薄薄的鍍鎳材料，它能夠屏蔽電能，從而不會干擾車內的其他系統，同時保持部件必要的重量和厚度。” TFP 總裁John Haaland表示。“這是多功能特性的一個很好的例子。”Walker補充道。

實現復合材料層壓板多功能性的另一條途徑是美國Boston Materials公司的Supercomp、ZRT和Bimetal 材料。在卷到卷的加工中，使用該公司專利的磁力定位工藝，可以使粉碎的碳纖維垂直定向成片狀。通過面外定向碳纖維，Boston Materials克服了復合材料傳統的對通過層壓板厚度的導電性所帶來的限制。“我們正在展示能與鋁相媲美的熱導率和電導率。”

Boston Materials公司的創始人Anvesh Gurijala說道，“我們已經達到納米纖維的性能水平，鎳面紗和膨脹金屬箔可用于防電磁干擾和雷擊，而成本和加工性能也都有所改善。”當與熱塑性塑料薄膜結合時，ZRT材料可被成型出復雜的形狀并擁有類似鋁的熱導率。“可以采用低成本、大批量的熱成型工藝來生產具有非常小的特征結構以增加表面積的非金屬熱交換器面板。”Gurijala說道。

通過熱成型ZRT/PPS薄膜而制成的復雜微凹結構（最小特征尺寸0.5mm），增加了非金屬熱交換器中的這塊面板的傳熱面積和效率（圖片來自Boston Materials）

除了多功能的電池盒外，由瑞典查爾姆斯理工大學的Leif Asp教授領導的團隊，還在開發碳纖維復合材料制成的結構電池，這是一種能夠提供結構特征和能量儲存的多電池層壓板。

根據Asp及其團隊在2021年1月份的報紙上發表的“先進的能源與可持續的研究”論文中的介紹，查爾姆斯理工大學的電池是建立在之前的設計基礎之上，在一種基于電解質的基質材料中含有碳纖維的陰極和鋁膜陽極，以及玻璃纖維的隔離層。

目前的設計顯示出高達24Wh/kg的能量密度。在2021年5月舉行的網絡研討會上，Asp 表示，研究人員們正致力于提高能量密度以及開發曲面結構。按照他的設想，這種類型的電池可用于在汽車或飛機內部進行局部儲能。

原文始發于微信公眾號（鋰電產業通）：復合材料終端市場：新能源電池