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热塑性碳纤维未来能否应用于汽车电池包壳体部件上?

发表时间:2024-01-30 12:53:18  作者:超级管理员 阅读数:216

  关注国内汽车销量行情的人肯定知道,比亚迪2023年全年共计销售超300万量新能源车,而且这还是在出口销量刚刚起步的成绩,可见国内电动汽车行业对全球汽车领域的冲击。电动汽车的核心部件之一是电池动力部分,不管是锂电池还是铅酸电池,它们并不是独立存在的,需要有电池包壳体的加持,才能稳固安全的安装在汽车上。本文将讨论碳纤维电池包壳体的应用优势,以及未来热塑性碳纤维能够更好的提升电池包壳体的性能。

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  新能源汽车电池包壳体的5种常用材料介绍

  电池包壳体的主要作用是承载电池组、电气模块、冷却模块等动力电池系统部件,同时保护电池和电气系统在车辆受到外部碰撞、冲击和挤压时不受破坏。电池包壳体的材料和设计,是确保其使用安全性的基础,目前常用的材料有钢板、铝板、挤压铝型材、压铸铝等传统的金属材料,同时也有如碳纤维复合材料的新型复材。

  1、钢制壳体:钢制电池包壳体是最原始的动力电池包壳体材料,一般采用铸造钢板焊接而成,强度高、刚性高,质量重,表面需要进行防腐处理,使其在长期高温条件下仍具有较好的防腐效果。钢制壳体的缺点就是自重过大,影响汽车能耗,阻碍车程的提升。

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  2、铝制壳体:汽车动力电池包采用铝材料具有易加工成型、高温耐腐蚀性、良好的传热性和导电性,使用寿命长,阻燃,抗老化性能,防爆性能等特点。轧制铝板、挤压铝型材、铸造铝三种不同类型的铝材在不同的电池包壳体项目均得到了批量应用,已成为动力电池系统壳体的主流技术路线。

  3、SMC复合材料:片状模塑料,主要原料由GF(专用纱)、UP(不饱和树脂)、低收缩添加剂、MD(填料)及各种助剂组成。SMC电性能好,耐化学腐蚀,热导率低、膨胀系数小,优异的耐紫外线抗老化性能,抗疲劳性能好,质量轻强度高,在电池包壳体生产制造中也得到了应用。

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  4、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。

  5、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工艺固有的长纤维保持率相得益彰,完美地契合了电池包壳体应用的需求。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。

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  碳纤维电池包壳体凭借性能优势获得一定的重视

  动力电池包是新能源汽车的动力源,由壳体包覆电池模块而构成电池包主体。电池包壳体对电池模块的安全工作和防护起着关键作用,要求其材料具有防腐蚀、绝缘、耐常温和低温(-25℃)冲击以及阻燃等特性。作为电池模块的承载体,电池包壳体对电池模块的稳定工作和安全防护起着关键作用,一般是安装在车体下部,主要用于保护锂电池在受到外界碰撞、挤压时不被损坏。

  随着汽车的轻量化发展,以及热固性塑料成型技术的开发,新型塑料及复合材料开始逐渐被用作电池包壳体材料。其中热固性碳纤维复合材料被证实可以在新能源汽车电池包壳体部件中发挥出色的效果,减重效果明显,较金属壳体下降约35%左右。热固性碳纤维复合材料不仅可以降低整体电池包重量,同时还具备以下这些优势。

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  1、耐高温、耐低温:碳纤维的热弹性系数小,在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化,在液氨温度下依然不脆化;

  2、良好的导电性:25℃时,高模量碳纤维的比电阻为775Ω·cm,高强度碳纤维的比电阻为1500Ω·cm;

  3、耐酸腐蚀:碳纤维耐浓盐酸、磷酸、硫酸等腐蚀。

  虽然热固性碳纤维复合材料的性能优势非常明显,但囿于成本高昂和制造工艺繁琐等问题,想要大批量应用于新能源汽车行业并不太现实,目前已经批量应用的只有蔚来品牌的一些车型。

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  热塑性碳纤维未来能否应用于汽车电池包壳体部件上?

  热塑性碳纤维与热固性碳纤维,其机械性能在本质上处于伯仲之间,但前者具有更好的空冲击性,在汽车行业中可以起到更好的安全性,其次可重塑加工的能力,可以缩减一部分加工环节的繁复程度,提供生产效率,最关键的一点在于热塑性碳纤维是可回收的复合型材料,与新能源汽车的发展方向一致。相对于热固性碳纤维复合材料难以回收再利用的问题,使用热塑性碳纤维复合材料将会得到改善。

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  不过热塑性碳纤维想要成熟的应用于电池包壳体部件的生产加工上,还需要等待较长的时间,因为热塑性碳纤维复合材料的制备难度较高,目前全球能够独立完成该型复合材料制备的企业并不多,国内更少。智上新材料作为其中的一家,我们认为在畅享热塑性碳纤维复合材料全方位应用的美好前景之前,需要先将国内碳纤维产业的高塔稳步搭建起来。从碳纤维原丝和热塑性树脂的生产,到热塑性碳纤维复合材料的制备,再到热塑性碳纤维部件的设计和加工,最后再完善热塑性碳纤维回收再利用,将整个产业打通,形成封闭的循环,才能真正催生出世界领先的碳纤维技术和产品,才能在诸如汽车制造、航空航天等领域带来真正的改变。


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