在全球環(huán)保意識增強和新能源汽車行業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，電動汽車市場迎來了迅猛的增長。電池殼作為電動汽車的關(guān)鍵組成部分，其材質(zhì)和性能對電池的安全性、續(xù)航能力以及整車性能有著直接的影響。復合材料因其卓越的特性，在電池殼制造中逐漸受到青睞，預示著其將成為電池殼技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵趨勢。
復合材料電池殼最新數(shù)據(jù)
根據(jù)最新統(tǒng)計與預測，2023年全球電動汽車用復合材料電池殼的市場銷售額已經(jīng)達到了1.5424億美元。展望未來，預計到2030年，這一數(shù)字將增長至20.5884億美元，年復合增長率（CAGR）將達到驚人的45.25%（2024-2030年）。這些數(shù)據(jù)凸顯了該市場在未來數(shù)年內(nèi)的強勁增長潛力和巨大的發(fā)展空間。
在中國市場，近年來的變化尤為顯著，2023年的市場規(guī)模為576.7百萬美元，占全球市場的37.39%。得益于中國新能源汽車行業(yè)的快速增長以及政府的大力支持，預計到2030年，中國市場的銷售額將達到968.64百萬美元，占全球市場的47.05%。中國市場的迅猛發(fā)展不僅為本土企業(yè)帶來了巨大機遇，也吸引了全球眾多廠商的目光，使其成為全球復合材料電池殼市場的關(guān)鍵增長動力。
從產(chǎn)品類型和技術(shù)角度分析，片狀模塑料電池殼目前是電動汽車復合材料電池殼的主導產(chǎn)品。2023年，這一細分市場的規(guī)模為777.3百萬美元，占全球市場的50.40%。預計到2030年，其市場規(guī)模將增長至1019.02百萬美元，占全球市場的49.49%。片狀模塑料因其優(yōu)異的成型性、強度和耐腐蝕性，滿足了電動汽車電池殼的多樣化需求，因此在市場中占據(jù)了較大的份額。
在產(chǎn)品市場應用方面，乘用車市場是電動汽車復合材料電池殼的主要應用領(lǐng)域。2023年，該細分市場的規(guī)模為1275.8百萬美元，占全球市場的82.72%。預計到2030年，其市場規(guī)模將達到1745.81百萬美元，占全球市場的84.80%。隨著乘用車市場對電動汽車需求的持續(xù)增長，以及消費者對電動汽車性能和安全性要求的不斷提升，復合材料電池殼在乘用車領(lǐng)域的應用有望得到更廣泛的拓展和深化。
主要廠商競爭格局全球范圍內(nèi)，主要的復合材料電池殼制造商包括SGL Carbon、Teijin Automotive Technologies、Hanwha Advanced Materials、STS Group、中科天星科技、Kautex、海源復合材料以及TRB Lightweight Structures等。
截至2023年，這五大領(lǐng)先企業(yè)的市場份額合計占比高達73.44%，顯示出市場的集中度相對較高，少數(shù)幾家大型企業(yè)在行業(yè)中占據(jù)了顯著的領(lǐng)導地位。然而，隨著市場的持續(xù)擴張，預計未來幾年內(nèi)行業(yè)競爭將變得更加激烈，尤其是在中國市場。
各大廠商將在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品品質(zhì)、成本管理和市場推廣等方面展開競爭，以爭取更大的市場份額和更高的利潤。此外，新的企業(yè)也可能加入市場，進一步加劇競爭的激烈程度。
電池殼體的保護作用
電池是電動汽車最核心的部件之一，其安全性至關(guān)重要，無論是面對高溫、水浸還是撞擊，電池的保護都不容忽視。電池外殼的設(shè)計和強度對于確保電池安全至關(guān)重要。國內(nèi)一些創(chuàng)新企業(yè)生產(chǎn)的電池殼體已成為確保安全的關(guān)鍵因素。由于電池是電動汽車的關(guān)鍵部件，研究人員正致力于尋找理想的材料來保護電池。
電池殼體是電動汽車不可或缺的組成部分，它不僅容納了高壓電池、電子元件、傳感器和連接器，還有助于保護車輛的結(jié)構(gòu)和安全，防止關(guān)鍵部件受到外部沖擊、過熱和水浸的影響。
純電動汽車的電池殼體通常尺寸較大，長度約兩米，寬度約一米四，確保這樣大的產(chǎn)品具有防水和氣密性在技術(shù)上是一個挑戰(zhàn)。一些國內(nèi)公司在產(chǎn)品設(shè)計和制造工藝上采用了多種防漏技術(shù)，同時，每個電池盒在出廠前都要經(jīng)過嚴格的氣密性測試。
電池外殼的主要功能是保護電池模塊，它們是驅(qū)動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)元件之間的連接點，因此是電動汽車中極為重要的組件。為了提供有效的保護，電池外殼必須足夠堅固，以在發(fā)生事故時保護電池模塊不受損害。內(nèi)置的冷卻系統(tǒng)還能防止電池模塊過熱。此外，電池外殼必須具有出色的耐腐蝕性，以確保電池能夠長期正常工作。
值得注意的是，由于電動汽車的充電過程通常時間較短、電流強度大且使用頻繁，因此電池外殼材料除了需要良好的絕緣性外，還應具備耐高溫、耐老化的特性，并在燃燒時具有無鹵阻燃和低煙密度的特點。
復合材料的電池殼領(lǐng)域應用優(yōu)勢
普遍觀點認為，如果純電動汽車的重量減少10%，其行駛里程可以相應提高約6%。在新能源汽車的“三電”系統(tǒng)中，電池、電機和電控系統(tǒng)大約占整車質(zhì)量的四分之一。有數(shù)據(jù)表明，基于傳統(tǒng)汽車設(shè)計的新能源汽車，其質(zhì)量比傳統(tǒng)燃油車增加了超過15%，因此，輕量化對于新能源汽車來說是一個更為緊迫的研究課題。
在動力電池系統(tǒng)中，電池殼的重量占整個系統(tǒng)的20%到30%，作為關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部件，它對電動汽車的能耗、動力性能、制動效果、被動安全性以及單次充電后的行駛里程有著顯著影響。因此，新能源汽車電池殼的輕量化設(shè)計尤為重要。
與金屬材料相比，使用大面積復合材料制造的電池外殼不僅可以縮短生產(chǎn)周期，還能有效減輕車輛的整體重量，進而提升電動汽車的續(xù)航能力。
碳纖維增強復合材料（CFRP）以其卓越的性能和優(yōu)勢在汽車制造中備受青睞。以下是其主要特點和優(yōu)勢：
輕量化：CFRP具有出色的比強度和比剛度，其密度遠低于傳統(tǒng)金屬如鋁和鋼。如果電池外殼完全采用CFRP而非鋁材，車輛重量可減少高達40%。
隔熱性能：CFRP不僅輕質(zhì)，還具有優(yōu)異的隔熱性能，能有效阻止熱量傳遞，從而減少對額外隔熱系統(tǒng)的依賴。這有助于進一步減輕車輛重量，簡化供應鏈和價值鏈。相比之下，金屬電池外殼通常需要額外的隔熱系統(tǒng)來維持電池的工作溫度。降噪和減震：CFRP具有天然的阻尼特性，能有效降低噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）。這不僅適用于電池外殼，也適用于車輛的其他部件，使得采用CFRP的車輛在駕駛體驗上更加舒適和豪華。
安全性：CFRP的強度和剛度優(yōu)于鋁和鋼，提供了更好的碰撞安全性。從整體車身結(jié)構(gòu)來看，CFRP電池外殼可以設(shè)計成車身的一部分，既保護電池，也保護乘客。這種設(shè)計需要電池外殼供應商和底盤設(shè)計者的緊密合作，但對提升車輛安全性具有重要意義。
綜上所述，CFRP在電池外殼和其他汽車部件中的應用，不僅有助于減輕車輛重量，提高能源效率，還能提升駕駛舒適性和安全性。隨著技術(shù)的進步和成本的降低，CFRP在新能源汽車領(lǐng)域的應用前景將更加廣闊。
除了碳纖維復合材料之外，其他類型的復合材料，如玻璃纖維增強塑料（GFRP）和片狀模塑料（SMC），也在電池殼制造中發(fā)揮著重要作用。GFRP以其較高的強度和剛度以及相對較低的成本優(yōu)勢，非常適合那些對成本有嚴格要求的應用場合。而SMC則以其出色的成型能力和設(shè)計靈活性著稱，能夠滿足制造復雜形狀電池殼的需求，同時具備良好的耐腐蝕和絕緣特性。
近年推出的復合材料電池解決方案
帝人集團旗下的大陸結(jié)構(gòu)塑料公司（CSP）最近推出了一系列創(chuàng)新的復合材料配方，這些新配方在阻燃性、熱失控防護以及揮發(fā)性有機化合物（VOC）排放方面均達到了電動汽車電池外殼的最嚴格標準，同時還保留了片狀模塑料（SMC）的設(shè)計靈活性。這些先進的復合材料包括低VOC配方、含有氫氧化鋁（ATH）的填充系統(tǒng)、膨脹系統(tǒng)以及酚醛系統(tǒng)。
2021年5月，碳纖維制造商東麗工業(yè)宣布開發(fā)了一種新技術(shù)，能夠顯著提升碳纖維增強塑料（CFRP）的散熱性能，使其達到與金屬相當?shù)乃?。這項技術(shù)通過在CFRP內(nèi)部建立熱傳導路徑，有效散發(fā)熱量，有助于減緩移動設(shè)備中電池的退化，并提高電子設(shè)備的性能。
弗勞恩霍夫LBF研究所開發(fā)了一種成本效益高的輕質(zhì)電池殼，用于電動汽車，與鋁制電池殼相比，重量減輕了40%。盡管使用了纖維增強復合材料，但由于采用了特別開發(fā)的高效生產(chǎn)流程和應力等效的結(jié)構(gòu)設(shè)計，成本得以降低。研究團隊利用其專業(yè)知識，結(jié)合連續(xù)纖維增強熱塑性塑料和高效的發(fā)泡注射成型技術(shù)，以及CFRTP的創(chuàng)新工藝，制造出了采用三維夾層設(shè)計的輕量化電池殼。
贏創(chuàng)工業(yè)集團領(lǐng)導的合作伙伴聯(lián)盟，采用玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂片狀模塑料（SMC），為電動汽車開發(fā)了一種更輕、成本更低的高壓電池外殼概念。
這一整體電池系統(tǒng)設(shè)計旨在為汽車行業(yè)提供一個更安全、更節(jié)能的替代方案，以替代金屬或成本較高的碳纖維增強塑料（CFRP）。
巴斯夫與一級供應商L&L Products合作，為福特2022款F-150 Lightning開發(fā)了一種電池保護解決方案。該團隊在不犧牲強度的前提下，減小了電池系統(tǒng)中的橫梁尺寸。這些橫梁是設(shè)計用來承受高負載的結(jié)構(gòu)部件，確保了車輛中電池和乘客的安全。CCS通過將纖維增強的拉擠復合材料載體與高度工程化的密封劑和粘合劑結(jié)合，創(chuàng)造出平面輪廓。這一工藝生產(chǎn)出了由連續(xù)纖維和墊子加固的直線或彎曲的復合型材。
復合材料在電池殼領(lǐng)域的展望
復合材料在電池殼領(lǐng)域的應用展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，并預示著巨大的發(fā)展?jié)摿?。作為主流選擇，片狀模塑料（SMC）電池殼在電動汽車市場中占據(jù)了顯著的份額，而乘用車市場則是其最大的應用領(lǐng)域。全球主要制造商之間的市場競爭日益加劇，特別是在中國市場，預計未來的競爭將更加激烈。
市場需求持續(xù)增長
隨著全球電動汽車市場的快速擴張和對電池殼性能要求的不斷提升，復合材料電池殼的市場需求正持續(xù)增長。根據(jù)國際能源署（IEA）的《2024年全球電動汽車展望》報告，全球電動汽車市場正在經(jīng)歷強勁的增長勢頭。2023年，全球電動汽車銷量接近1400萬輛，市場份額達到18%，較2022年的14%有了顯著增長。在新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和政策的大力支持下，復合材料電池殼的市場前景顯得尤為廣闊。
技術(shù)創(chuàng)新提升產(chǎn)品性能
為了滿足電動汽車對電池殼更高標準的性能需求，如更高的強度、更佳的隔熱效果、更低的噪音和振動等，未來將不斷有新的復合材料技術(shù)和制造工藝被開發(fā)出來。這包括改進復合材料配方、優(yōu)化纖維增強結(jié)構(gòu)、開發(fā)新型成型工藝等，以提高復合材料電池殼的性能和質(zhì)量。隨著智能化技術(shù)的進步，未來的復合材料電池殼可能會集成更多智能功能，如傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對電池狀態(tài)的實時監(jiān)控和預警。
應用領(lǐng)域的擴展
復合材料電池殼的應用不僅限于電動汽車領(lǐng)域，它在電動自行車、電動摩托車、儲能設(shè)備等領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣泛的應用潛力。隨著復合材料技術(shù)的不斷進步和成本的降低，其應用范圍有望進一步擴大，為更多行業(yè)提供高性能的電池殼解決方案。
行業(yè)競爭促進產(chǎn)業(yè)升級
市場競爭的加劇將推動各廠商加大技術(shù)研發(fā)投入，提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能，降低成本，以在競爭中獲得優(yōu)勢。新廠商的加入可能會帶來新技術(shù)和新理念，推動整個行業(yè)的技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級。在這一過程中，技術(shù)落后、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的廠商可能會被淘汰，而擁有核心技術(shù)和競爭優(yōu)勢的廠商將不斷壯大，行業(yè)的集中度可能會進一步提高。（來源：新材料科技）
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