【零碳汽车01】电池包减碳，世界材料巨头是怎么做的？

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动力电池包是新能源汽车核心能量源包括:电芯、模组、电气系统、热管理系统、箱体和BMS几个部分。多个单体电芯组成模组，模组再组成电池包。

电池包箱体（壳体）是电池包的主要承载部件，其材料应具备高强度、电绝缘性、高散热性和化学稳定性等特点，箱体一般由上、下箱体和密封系统组成。电池包质量占整车系统质量的18%-30%（甚至有些高达40%），而箱体质量约占电池包总质量10%-20%。目前主要使用金属（钢或者铝合金）作为电池包箱体材料，虽然很大程度保护了电池安全，但是却增加了无意义的整备质量，电耗增加，续航减少，甚至对车辆的操控都有不同程度的影响，因此轻量化的玻纤增强复合材料、碳纤增强复合材料和PC长纤维增强热塑性材料等多种轻量化材料越来越受到重视，不但比钢或铝的碳排放量少，而且兼顾低碳环保可回收。

电池包结构图

来源：网络公开

当前材料应用现状

SMC复合材料

片状模塑料，以不饱和聚酯树脂为粘合剂，添加玻璃纤维、填料、颜料及其他助剂，浸渍玻璃纤维纱，两面用薄膜覆盖而制成的不饱和聚酯玻璃纤维复合材料。SMC材料与传统金属材料相比，有以下优点：

(1) 高比强度，高比模量。SMC比重为1.7-1.9g/cm3，代替金属材料有明显的减重效果；

(2) 热导率低，膨胀系数小，尺寸稳定；

(3) 耐化学腐蚀，SMC的耐电解液、耐酸、耐碱性比金属材料如钢、铝好的多，永不会生锈；

(4) 减震性好，耐冲击，共振小；

(5) 绝缘性能优于金属材料；

(6) 阻燃性能可以达到V0级；

(7) 可设计性强，通过优化结构可整体成型，减少二次装配。

碳纤维增强复合材料

碳纤维复合材料已成为传统金属材质电池包壳体的理想替代品。与金属材料相比碳纤维密度约为1.7g/cm³。拉伸强度 3000MPa，弹性模量230GPa，质轻高强，耐高温，耐摩擦，抗震，热膨胀系数低。

PC+LFT-D长纤维增强热塑性材料

PC材料优异的阻燃性能、尺寸稳定性及力学性能，与LFT-D 工艺长纤维保持率相得益彰，契合了电池包壳体的应用需求。材料具有阻燃性好，高刚性，高韧性，零件不易开裂等特点，上下壳体可以更紧密地结合，提升了电池包在长期使用时的气密性水平。

近期巨头们推出的新品

Envalior（恩骅力）

也就是原帝斯曼材料业务，近期，推出了Tepex®牌号的新型复合材料，在试样厚度较小的情况下，也能通过电动汽车电池外壳的标准热失控测试。这种复合材料在电池单元起火的极端条件下有着高阻燃性，这归功于不可燃的长纤维和连续纤维在多层结构中强化了材料。

据悉，该材料由几层长纤维和/或连续纤维组成，与铝相比，我们的复合材料可以轻三分之一以上，并且这种复合材料还提供含有可回收碳纤维的牌号，使复合材料中可回收材料的比例按重量计总体上达到约36%。Tepex®材料特别适用于承受非常高机械负载的外壳，也因为含有碳纤维，是电磁屏蔽外壳的首选材料。这种屏蔽可确保电池内部或附近的任何设备都不会受到电气或电磁干扰。此外，还具有出色的耐漏电起痕性（相对漏电起痕指数CTI A > 400 V）。

来源：官网

SABIC

SABIC为本田CR-V插电式混合动力车提供热塑性电池外壳，并因此获得了爱迪生奖。与带有隔热层的钢制解决方案相比，6公斤注塑聚丙烯玻璃纤维树脂解决方案是一个尺寸为1.6米x 1 m、2mm厚的大型部件，为本田减轻了10%的重量，并节省了10%的成本。 

这款热塑性材料的特性是，在此次测试中，当材料样品经受1000摄氏度的火焰超过5分钟时，电池组侧面温度低于200摄氏度，而不需要铝和钢外壳所要求的隔热层（thermal blanket）。这是因为这款热塑性材料在遇火时开始烧焦，并且随着时间的推移会膨胀，期间它不会传递热量，一段时间后，它就像乌龟壳一样，成为防火和传热的保护层。标准塑料无法通过这项测试，但毫米厚的塑料却每次都通过了测试。

此外，去年SABIC 推出两种基于 PP 的膨胀型阻燃材料（ SABIC® PP 化合物 H1090 树脂和 STAMAX™ 30YH611 树脂），可用于电池组组件，这些材料在 1200°C 的垂直和水平火焰中暴露10 分钟，表现出优异的阻燃性能。高效的炭化和膨胀使零件背面的温度低于 210°C，有助于防止烧穿。

SABIC为本田CR-V插电式混合动力车提供的热塑性电池外壳

来源：网络公开

Covestro（科思创）

作为全球的PC（聚碳酸酯）巨头之一，科思创的PC同样可应用于动力电池的电池模组和电池包。科思创与下游合作伙伴联合研发了PC+LFT-D技术。这是一项以 PC为原料，用于制造大尺寸的电动汽车电池包上壳体的创新技术。该技术在轻量化、环保、设计自由度、生产效率等方面均有全新突破。普通的热塑性复材虽然也能达到可回收、轻量化目的，但阻燃性能无法达到要求。但用PC+LFT-D技术制造的电池包上壳体测试样件，经过1.5小时的燃烧后（火焰温度1000°C），样件上未见任何孔洞。而使用一般的聚碳酸酯合金制作的样件仅三分钟就烧穿了。在发生电芯热失控事故的时候，防护性能更好的电池包上壳体，为驾乘人员赢得了更长的逃生时间。PC+LFT-D技术应用前景已现端倪。

三菱化学

去年下半年，三菱化学在北美电池展发布了可回收电动汽车 (EV) 电池全复合外壳。电池的顶盖使用了三菱化学的阻燃纤维增强热塑性材料，可承受高强度热失控事件。外壳还包含一层由氧化铝纤维制成的附加绝缘材料 (MAFTEC)，以进一步保护电池盖。底部托盘采用两种不同的材料开发——预浸料三明治和CF FMC（锻造模塑料），采用创新的单一工艺步骤生产这两种材料，以满足热管理、几何和结构要求。

与基于由五个部件组成的金属外壳的初始EDAG设计相比，复合外壳是一个仅由两个部件组成的更简单的系统。这证明了复合材料能够整合零件，从而简化下游流程并节省成本。此外，一些组件是可回收的，并且可以包括回收成分的使用，从而使产品具有更高的循环经济资质。

三菱化学复合材料打造电动汽车电池全复合外壳

来源：三菱化学

LG化学

去年底，LG宣布公司与LX Hausys合作，通过结合公司的延迟电池热失控材料技术，以及LX Hausys的热塑性复合材料(CFT, Continuous Fiber Thermoplastics)制造技术，共同开发出“连续纤维增强热塑性复合材料（特殊阻燃CFT）”。

该材料特点是在强力火焰和高压力下，耐受时间比现有复合材料长达14倍以上。经测试，1.6 mm厚度的特殊阻燃CFT在施加1500℃以上热量和压力的情况下，经过20分钟也没有熔化或出现裂口，超过了LG化学去年创造的“1000℃、10分钟以上”的水平，成为当时业界最高水平的火焰阻隔性能。

来源：网络公开

索尔维

最近推出新型快固化环氧预浸料系统SolvaLite®716 FR，主要针对高级和超高级电动汽车的阻燃电池外壳应用。它的干玻璃化转变温度(Tg)为145°C(293°F)，在实际的UL 2596可燃性测试中，通过提供2mm壁厚的保护，其性能优于铝和不连续纤维复合材料。

来源：索尔维

万华化学

万华化学推出的HP-RTM聚氨酯电池壳也十分给力，采用阻燃底护板、阻燃拉挤材料等，以轻量化和安全高效的材料助力新能源汽车产业的高质量发展，可以减重40%-50%。

万华化学聚氨酯复合材料电池壳

来源：网络公开

英力士（(INEOS)复合材料美国公司）

英力士SMC新能源电池盒解决方案，长期被用于北美的混动和电动汽车，中国市场也有不少应用于电视盒盖的。其所用的定制化树脂比常规不饱和聚酯树脂浇注体强度提升20-30%，具备非常优秀的断裂延伸率和较低的开裂倾向。

英力士SMC电池壳

来源：网络公开

塞拉尼斯

Frianyl ® PA W 系列阻燃聚酰胺解决方案能够制造用于电动汽车电池的大型厚壁阻燃组件。借助 W 系列解决方案，制造商可以提高这些组件的安全性、引入新颖的设计并提高制造效率。潜在应用包括电池模块外壳、电子盒外壳和盖子等。

Westlake Epoxy

2022年，美国Westlake Chemical公司收购了美国Hexion 公司的环氧树脂业务，此后名为Westlake Epoxy，是为风能、汽车等行业提供特种涂料和复合材料的全球领先生产商。其环氧树脂和酚醛树脂系统被用于成型复合材料的电池盒盖、电池托盘和其他电池屏障部件，这些部件被用于在北美和欧洲销售的多种商用电动汽车平台上。

该公司生产的一种领先的酚醛树脂，Eponol 06921/Epikure 06931/06941系统，不但有优异的阻燃性，而且与广泛的增强材料类型和工艺相兼容，如LCM和模压成型的SMC。而且这种聚合物系统可用于电池包内部和周围的屏障和隔离系统，Westlake玻纤/环氧复合材料在1200℃的火焰测试中，经过8分钟36秒的测试后，没有被烧穿。

来源：Westlake Epoxy

小结

随着电动汽车的增加，汽车行业电池箱轻量化解决方案的需求将在未来几年内急剧增加，具备低碳、回收、高性能、轻量化、高阻燃、低成本等多性能合一的材料越来越受到车企青睐。为了更好地帮助车企降碳，DT新材料于2024年5月在安徽合肥举办2024（第六届）新能源汽车创新材料大会，结合当下政策及企业关注的痛点问题和未来发展方向，联合国内外主机厂、零部件供应商、材料及设备解决方案商、科研院所等单位，围绕新能源汽车产业链，共同探讨非金属材料在新能源汽车可持续领域的创新应用和挑战，推动产业链协同发展。

 2024（第六届）新能源汽车创新材料大会

——全球视野，共谋创新，低碳未来

 主办单位：DT新材料

 承办单位：宁波德泰中研信息科技有限公司

 峰会时间：2024年5月

 峰会地点：安徽·合肥

大会亮点

● 深入了解新能源汽车材料行业的最新进展和未来多元化应用 

● 邀请头部材料与零部件企业分享最新的进展，分享新能源汽车产业链战略布局

● 洞察新能源汽车产业战略发展方向，为企业提供指引，寻找业务增长点

● “双碳”和“出海”背景下，低碳材料研发与循环利用成为新关注点

● 全球视野，前瞻材料在国内外新能源汽车市场的应用空间和机会 

● 超150家新能源汽车材料产业链企业出席

● 为科研院所专家提供接触头部企业平台，与其他行业专家和领袖深入交流讨论，探索新赛道

● 把握投资机会，捕捉行业动态，获取政府政策和规划，挖掘具有潜力的投资机会点

● 会+展形式，深度探讨“材料+工艺”应用场景，全方位、多渠道展示新技术、新产品

核心议程

参会群体

汽车整车及零部件制造企业、塑料原材料及添加材料供应商、改性塑料企业、复合材料企业、生物基材料企业、胶粘剂企业、非金属材料成型及加工设备供应商、其他材料成型及加工设备供应商、第三方检测机构、科研院所。

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张  丹

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