来自WardsAuto.com的消息表明，2022年3月，在全球交付的汽车中，有近1/4是电动汽车。虽然存在着“疫情导致的经济增长放缓、供应链挑战、缺乏广泛的充电基础设施以及消费者对混合动力和电池电动汽车接受度不高”等一系列的挑战，但汽车电气化的步伐仍在加速。

材料供应商们正在努力开发更高性能的热固性和热塑性复合材料，以满足当前和未来汽车制造商和电池模块生产商们在电池壳应用方面的需求（图片来自Forward Engineering GmbH）

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在“价格、性能与防护：电动汽车电池壳”一文中，介绍了汽车供应商在为电动汽车制造复合材料的电池壳时所面临的挑战，并重点介绍了CAE软件供应商为此所付出的努力，以及这些软件令一些供应商能够更加容易地实现对复合材料电池壳的制造及其实际性能的准确模拟，尤其是那些采用不连续纤维增强复合材料制成的电池壳。同时，还提到了如何利用石墨烯纳米粒子来提高复合材料电池壳的性能。在此基础上，本文将重点介绍材料供应商们在开发更高性能的复合材料以满足汽车制造商和电池模块生产商当前和未来日益严格的性能和安全要求方面所付出的努力。

如前所述，用于电动汽车高压电池系统的外壳需要平衡好一系列复杂的要求：

首先，必须为携带重型电池系统而提供长期的力学性能，包括扭转刚度、模态刚度和弯曲刚度，以确保这些电池模块的使用寿命，同时保护电池免受腐蚀、短路、石击、灰尘、湿气侵蚀和电解质泄漏等的影响。在某些情况下，外壳的设计还要防静电放电（ESD）以及来自附近系统包括来自高级驾驶辅助系统（ADAS）雷达的电磁干扰/无线电频率干扰（EMI/RFI）。

其次，在发生碰撞时，外壳必须能够保护电池系统不被压坏、刺穿或者因水/湿气的侵入而造成短路。

第三，在各种气候条件下充电或放电的过程中，电池系统必须有助于保持电池单元处在理想的热工作环境中。车辆发生火灾时，还要尽可能长时间地保证电池模块不着火，同时保护车内乘客免受电池包内的热失控而导致的高温和火焰带来的伤害。此外，还需要应对“减轻质量以延长单次充电的续航里程、确保多部件系统的叠加公差不超过可用封装空间公差范围以及成本、可用性和报废（EOL）回收”等挑战性问题。下面介绍8家材料供应商是如何应对这些挑战的。

英力士公司

作为不饱和聚酯（UP）、环氧/乙烯基酯（VE）和其他混合树脂系统的长期供应商，英力士（INEOS）复合材料美国公司（以下简称英力士）还提供用于预浸料、模压成型的片状模塑料（SMC）、团状模塑料（BMC）以及用于复合材料湿法成型（LCM）、树脂传递模塑成型（RTM）、灌注、喷射、铺层、拉挤和浇注等工艺的胶衣和添加剂。毫无疑问，该公司的材料已在SMC电池盒盖上发挥了作用。自2011年以来，这些电池盒盖被用于北美的混合动力和电池电动汽车上。在中国市场，其材料被用于多个汽车平台的电池盒盖上。

“OEMs正在加速为电动汽车的电池壳开发更加精细的性能特征和材料规格，大多数的升级都涉及阻燃（FR）要求或底部和侧面的冲击防护要求。”英力士交通运输市场复合材料业务开发经理Dan Dowdall解释道，“为了应对这些不断变化的需求，我们最近推出了一种专为SMC电池壳应用而配制的新的高性能、低成本树脂系统Arotran 2502。该材料具有高强度、高耐热性能，能在配混期间提供特殊的浸润性和流动性，因而可以方便地添加更高含量的玻纤或碳纤来满足高强度、高刚度要求，添加更高含量的矿物填料来降低成本或提高阻燃性，以及添加更高含量的玻璃微珠来减轻部件质量。此外，用该树脂制成的SMC具有更好的流动性，能够填充复杂的部件形状，允许更大部件的固结成型，从而使电池壳具有更高的容积效率。”

该公司表示，采用这种新树脂制成的SMC，以2mm的厚度通过了UL 94 5VA 测试（当时，一些基于不饱和聚酯和乙烯基酯的SMC配方，同样的厚度未能通过UL 94 5VA 测试），且在其他阻燃测试中也表现良好。在一项用于内部筛选的扩展阻燃测试中，将面板暴露在800℃的温度下，10分钟后依然保持完好。在热重分析（TGA）测试中，这种新材料表现出了最高的初始温度值，表明Arotran 2502要比传统的不饱和聚酯和乙烯基酯树脂更能抵抗热降解。即使在要求严格的UL 箱热失控测试中，采用Arotran 2502制成的SMC也表现极好。目前，该公司的研究重点是改善工艺、成本、性能和可持续性。

“针对电动汽车的电池壳应用，一个重要的研发项目是，为采用订制预成型件以便获得更高的力学性能而开发复合材料用的树脂。”Dowdall说道，“我们还积极地与技术合作伙伴合作，开发EMI/RFI 纱和毯，以满足电池壳日益严格的电子屏蔽要求。”

Johns Manville公司

位于美国科罗拉多州丹佛的Johns Manville公司（以下简称JM）生产隔热材料、车顶材料和工程产品，包括用于各类复合材料的玻纤粗纱。2021年秋季，该公司采用阴离子聚合己内酰胺来生产聚酰胺6（PA6）基的Neomera系列有机片材，从而进入了半成品市场领域。最初，其产品由玻纤织物和无卷曲织物（NCF）进行增强，而采用其他织物以及更长的短切纤维（玻璃纤维或碳纤维，或者两者的混合）进行增强的级别也在开发之中并将很快推出。

采用己内酰胺单体取代完全聚合的PA6聚合物进行浸渍所带来的好处是粘度更低，因而使有机片材能够获得更好的浸润以及拥有更高的纤维体积含量（FWFs），这将为复合材料部件带来更高的刚度、强度和抗冲击性能。玻纤毡热塑性塑料（GMT）/有机片材类产品的另一大好处是，只要基体相容，可以将采用不同纤维类型和结构的叠层铺放到压机中成型，从而为采用连续纤维选项有选择性地加强需要更高力学性能的部位提供了关键的自由度，同时也提供了良好的流动性和纤维浸润性，以确保“采用不连续纤维选项”的复杂形状的部位能够得到完全填充。由于玻纤增强PA6所具有的韧性，据说正在对该材料进行评估，以将其用于一系列的汽车部件，包括电池壳结构。

“随着电动汽车产量的快速增长，人们的注意力正转向与材料相关的另外两个方面：可持续性以及对汽车装配过程的潜在影响。”JM的复合材料产品负责人Dana Miloaga说道，“可持续性的影响非常大，一家领先的欧洲OEM正在就如何筛选出能对其可持续发展目标带来影响的解决方案而向材料供应商提出具体要求。从我们收到的反馈来看，有关材料的储存和整合到生产过程之中、工厂的占地面积以及装配操作的顺序等问题，都表明OEM需要的复合材料要易于处理，易于在自动化的操作中使用，以满足汽车的大批量生产要求。”

Miloaga表示，JM一直在与德国Forward Engineering GmbH 公司位于美国密歇根州Royal Oak的办事处合作。Forward Engineering GmbH是专业从事轻量化聚合物、复合材料和多材料解决方案的全球性交通运输设计和工程咨询公司，具有设计电池壳系统以及专为电池壳提供原型开发、测试和验证的特殊技能，能够对JM的全热塑性壳体设计进行全面的力学性能和碰撞模拟，从而为开发先进的材料卡（用于碰撞模拟，以为具体的客户应用项目提供支持）而定义具体的铺层方案。正如“价格、性能与防护：电动汽车电池壳”一文所介绍的，汽车行业对用于复合材料的特别是用于不连续纤维增强复合材料的精确的材料卡有着相当广泛的需求。

Johns Manville 公司一直在与北美和欧洲的合作伙伴合作，为电池壳和底部防护罩开发全热塑性的概念，据说已成功地成型出一个电池壳示范件（图片来自Forward Engineering GmbH）

“过去4年来，市场对我们提供的高压电池壳开发支持服务的需求增长明显。”Forward Engineering北美公司总经理Adam Halsband表示，“我们早期的工作重点是设计和模拟复合材料结构，目的是获得最高的抗冲击性能和最轻的质量。最近，我们的工作重点已扩展到应对管理热失控性能、电磁兼容性（EMC）以及电池和模块的环保性（如防止液体侵入）等更复杂的挑战。”

展望未来，他说，Forward Engineering已经看到，OEMs正在发生重大转变，对可持续发展目标、生命周期分析（LCA）评估和 EOL处置表现出了更大的兴趣。“随着汽车行业向电池电动汽车方向的发展，以最有力和最具成本效益的方式来满足这些要求所面临的压力，正在为灵活、可扩展的解决方案创造新的机会，从而奠定了纤维增强聚合物将在汽车的材料组合中占据更大份额的基础。”Halsband 补充道。

朗盛

特殊化学品公司德国朗盛生产多种类型的热塑性复合材料，包括短纤维填充热塑性粒料，以及织物或单向（UD）玻璃纤维或碳纤维增强的坯料/有机片材。2021年年底，该公司宣布，其正与位于德国波恩的汽车零部件供应商Kautex Textron GmbH & Co. KG（以下简称Kautex）合作，探索用热塑性复合材料取代钢和铝来制造大型电动汽车电池壳。Kautex 负责开发部件和生产工艺，朗盛负责开发材料。两家公司不仅开发了一种完全采用热塑性基体的复合材料电池壳样品，还比较了预测的性能与接近量产的实物部件的实测结果，从而验证了该样品。

其目的是，通过这款用于中型轿车的1400mm×1400mm的电池壳来展示复合材料在减重降本、功能集成和电气绝缘等方面的优势。该系统由一个与整体防撞结构相连的底部防护托盘和一个盖子组成，这些部件均采用Durethan B24CHM2.0 纤维增强PA6直接长纤维增强热塑性塑料（D-LFT）模压成型，该配混料专为模压D-LFT而订制，这种一步法工艺非常适合快速低成本地制造大型部件。托盘的防撞结构采用Tepex dynalite连续玻纤增强PA6进行局部加强，满足了这项应用极高的结构要求。据说，该电池壳部件已通过了外部防火测试ECE R.100。

Kautex与朗盛合作，开发并验证了一种完全采用热塑性基体材料的复合材料电动汽车电池壳，并与作为基准的Kautex 制造的一种商用铝部件作了对比，结果表明，减轻了15% 的质量，节省了20% 的成本，降低了45%的碳排放，同时还为简化装配而提供了结构性能、一体化的热管理和嵌入成型的装配硬件（图片来自Kautex Textron GmbH & Co. KG）

“取决于车辆等级，当前用于高压电池的外壳主要由挤压成型的钢或铝型材制成，整个外壳的尺寸，宽度超过1500 mm，长度超过2000 mm。”朗盛电动动力项目经理Christopher Hoefs表示，“部件的尺寸、数量加上诸多的制造、装配步骤，包括焊接、冲孔和铆接等，使得金属外壳的制造成本非常高，更不用说非常重了。此外，还必须采用阴极镀层来保护金属部件免受腐蚀。而采用复合材料，我们可以充分利用其设计自由度，通过整合紧固件和热管理部件来显著减少组成电池壳的部件数量，这也简化了装配和物流工作，同时还降低了生产成本。此外，复合材料耐腐蚀，且非常轻，有助于延长每次充电的续航里程。它们还具有电绝缘性，这降低了系统短路的风险。”

Hoefs补充道，今后，Kautex和朗盛将继续通过虚拟方式对设计和生产细节进行优化，以节省成本并缩短上市时间。同时，他们将利用研究成果来吸引正在开发项目的OEMs，以将其成果整合到一辆真实的电池电动汽车上进行实测。

利安德巴塞尔工业公司

位于美国德克萨斯州休斯顿的利安德巴塞尔工业公司（以下简称巴塞尔）号称是世界上最大的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）技术许可方，该公司还生产基础化学品、单体、广泛的热塑性和热固性聚合物以及燃料。此外，其工程复合材料部门还为全球客户配制基于不饱和聚酯（UP）树脂、乙烯基酯（VE）树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺（BMI）的SMC和BMC，以及采用连续的和不连续的玻璃纤维或碳纤维增强材料的混合物。自2016起，该公司就为世界各地的商用电动汽车电池壳项目提供了SMC材料。

“电池壳曾经只是一个容器。”巴塞尔工程复合材料市场经理Justin McClure说道，“但电池壳正在成为汽车结构的一部分，对热管理的要求越来越严格，这让我们看到了机遇，促使我们通过提供先进材料来满足这些日益严格的要求。”

他表示，对更高力学性能的要求，为共成型该公司的Forged Preg单、双、三轴连续碳纤维增强的混合SMC与其高强度的Premi-SMC和高温Quantum-ESC SMC提供了机遇，以优化质量和性能。“基于我们产品种类的广泛性，我们已为市场的这些变化作好了充分的准备，这使我们能够订制刚度、强度、抗冲击性、抗扭转性或抗弯曲性、阻燃性、循环时间和质量，并利用模压成型的能力，在对模具进行轻微改变或不改变的情况下来实现材料切换。”

他补充说，模压成型的其他好处还包括：能够成型非常大的部件（大于113 kg），通过改变增强材料的类型和上料方式（和注射成型一样不需要移动浇口）来优化关键部位的纤维取向，能够将嵌件成型到厚度变化的部件中，以及可以选用多型腔模具来成型较小型的部件。与必须进行加工、镀层和装配的由多个部件构成的金属冲压件、铸件和挤压件相比，虽然SMC的初始成本较高，但每年近5万件的产量意味着模压成型模具的成本较低，这使SMC具有成本优势。例如，与钢冲压件相比，按每年生产3万个部件计算，可节省35%的模具成本；按每年生产4万个部件计算，可节省20%的模具成本。

谈及更高的抗热失控性能，McClure补充道: “鉴于电动汽车电池系统面临着全面测试热失控的内在挑战，我们正在密切关注 UL正在开发的测试标准，以便利用缩小的电池结构来筛选电池包外壳材料。我们严格遵守新的规定和测试标准来优化我们的产品。每一项应用都是不同的，可能在二次加工中需要使用不同的树脂系统、添加剂套餐或涂层。”

电气屏蔽也受到了巴赛尔的密切关注。“由于电动汽车为实现ADAS安全功能和半自动驾驶而整合了更多的传感器和无线通信链接，我们预计，对具有特定电气性能的外壳材料的需求将会增加，这有助于隔离干扰和消除静电。我们可以订制解决方案来满足不断变化的ESD、EMI和RFI要求。”

三菱化工

日本三菱化工集团公司（以下简称三菱化工）生产多种复合材料产品，包括丙烯腈和聚丙烯腈（PAN）碳纤维前驱体、碳纤维本身、碳纤维中间体、热塑性和热固性的半成品以及成型的部件。在热塑性方面，该公司提供：可注射成型的短玻纤填充PP和超短碳纤维增强工程树脂；由玻璃纤维或玄武岩纤维增强、可采用PP、PA6或PA6/6基体材料制成的模压成型用GMT/有机片材；再生热塑性塑料和采用新型干法浸渍技术生产的碳纤维增强热塑性塑料。在热固性方面，该公司生产基于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和混合纤维的单向（UD）带、机织织物和采用多种树脂基体的预浸料和预浸丝束，以及碳纤维增强SMC（CF-SMC）和成型性得到增强的分束（split-tow）CF-SMC。除了回收利用热塑性塑料外，三菱化工还在欧洲和日本回收碳纤维，然后将它们碾碎、切碎和混合，或制成非织造布或面纱。该集团的先进复合材料成型部门生产用于高端汽车、赛车和航空工业的热固性碳纤复合材料部件。此外，一个工程服务小组开发热塑性复合材料的材料卡，以用于像电池壳这类应用的模拟工作中。

在全球范围内，三菱化学的许多材料都在复合材料的电池壳上得到了应用，包括其GMT和GMTex 材料。这些电池壳被用在日本和欧洲的电动汽车上，并被评定为“有助于保护电池模块和乘员舱在撞击中免受损坏”的电池防护板。

采用GMT和GMTex有机片材复合材料模压成型的量产电池盒盖的A、B面（图片来自三菱化学先进材料部门）

“我们正在采取多管齐下的措施来应对这一应用领域在性能和加工方面的挑战。”三菱化学先进材料部门工程项目经理John Conn解释道，“我们不仅要看材料的构成和功能，还要优先考虑面向制造的设计，以便利用我们的纵向一体化技术来应对生产上的挑战，确保部件的可制造性，满足成本和量产目标要求。比如，我们使用添加剂来改善我们的热塑性塑料和热固性塑料产品的阻燃性，同时尽量减小厚度，以提供功能化的轻量化解决方案。我们利用我们在航空领域积累的知识，通过对材料的不断创新，来将优化的工程和制造设计整合起来，形成高效的工业化解决方案，以此满足并超越电动汽车不断变化的应用需求。”他表示，材料供应商有责任开发具有成本效益的材料解决方案，增加OEMs 的附加价值。

该公司采取多管齐下措施的一个例子是开发能够承受热失控的材料。“在热失控事故中，电池盒盖是保护乘员的关键部件。”Conn说道，“电池壳必须保持高的结构性能，能抵抗冲击载荷，防止可能引发热失控事故的电池损坏。如果出现热失控事故，电池盒盖必须能够抵抗高温（通常超过800℃）以及电池降解产生的粒子和动能。为抵御热失控，我们不仅表征了我们现有的所有材料，还在开发创新的多功能材料，比如一种用于电池壳的新型阻燃热塑性复合材料，它暴露在1000℃的火焰中可以超过5min。”

该公司还开发了一种订制的材料筛选测试方法，能够在一个简单的设置中复制热失控期间的温度和能量，从而避免了因使用实际的电动汽车电池进行测试所带来的高成本和复杂性。“这使我们对新材料的筛选变得更加快速、切实可行且成本更低。”Conn 表示，几家OEMs正在考虑使用这种测试方法。

随着人们对可持续发展的日益重视，该公司表示，其已作好准备，能够以相似的价格，在满足性能要求的同时，满足人们对更环保材料日益增长的需求。“目前，我们正在探索将生物基热固性树脂系统用于我们的玻纤和碳纤增强的预浸料中。而且，我们经验丰富的热塑性塑料回收业务部门能与一些公司合作，采用最好的方法来回收他们在塑料生产中产生的废弃物。”Conn解释道，“这项业务通过定期回收、清洗、升级和转售各种含氟聚合物以及聚醚醚酮（PEEK）、聚酰胺和聚烯烃而节省了宝贵的资源。此外，我们的碳纤维回收业务提供了可订制再生碳纤维增强中间体和半成品的广泛的产品组合，这些努力得到了我们回收碳纤维增强生产废料和报废部件这项服务业务的支持，帮助我们以工业化的规模生产碳纤维增强复合材料，减少排放，从而创造一个更清洁、更可持续的未来。”

SABIC

SABIC活跃于石油化工、化学、聚合物、化肥和金属等领域，其特种业务部门生产纯净的、短纤维增强的和长纤维增强的热塑性塑料，以及耐高温的工程热塑性塑料合金和配混物，其中许多被用于开发单向玻纤或碳纤增强的热塑性复合材料带材以及其他类型的复合材料。该集团还生产热固性聚合物和添加剂，其石油化工业务部门专门从事短纤维和长纤维增强聚丙烯、聚碳酸酯、苯乙烯、热塑性聚酯及共混物/合金的生产。

SABIC的特种业务部门表示，其Noryl改性聚苯醚（MPPE）被用于混合电动汽车的电池盒盖已有一段时间。为满足电池电动汽车更加严格的要求，该公司开发了Noryl和LNP特种配混料中的几种新材料。Noryl GTX MPPE/PA据说可以承受电泳涂装（e-coat），还能提供-30℃ 的低温抗冲击性能，经常被用于塑料/金属的混合结构之中。Noryl SA 低分子量双官能团低聚物用作环氧树脂和氰酸酯基热固性树脂的添加剂，能降低介电常数（Dk）和损耗因数，以便在更高频率的应用中提供更好的性能。新的LNP配混料使用了30种基础树脂和超过200种填料的组合包，可以实现特定的效果，包括：LNP Konduit，具有无卤阻燃和低Dk/散逸因数（Df）特性，为电池保持架和电池盒盖提供了射频（RF）信号透明度；LNP Faradex配混料，使用金属纤维来满足电磁屏蔽要求；LNP Stat-Kon则是为吸收电磁波而配制的配混料。

SABIC的石化业务部门表示，其材料也在许多混合电动汽车和电池电动汽车的电池壳上得到了应用。该公司提供的高阻燃短玻纤增强PP 树脂被用于本田汽车公司向中国市场销售的一款混合电动汽车的电池盒盖上。这款电池盒盖于2021年年底首次亮相，是行业中最大的电池盒盖之一。暴露在火焰中时，其所使用的无卤阻燃PP配混料会形成膨胀的焦炭，烧焦行为会导致自熄。这是第一个通过了新的中国GB 18384-2020规范要求的电池盒盖，与金属电池壳相比，这种注射成型的热塑性塑料电池壳实现了40%的减重，同时，功能集成简化了装配，降低了成本。该部件报废后完全可回收。

这款1.6m×1.4m的电池盒盖用于在中国市场销售的一款本田混合电动汽车上，是行业中最大的电池盒盖之一，据说是第一个通过了严格的中国GB 18384-2020阻燃标准要求且没有损失抗冲击强度的聚合物电池壳。含有膨胀型阻燃剂套餐组合的短玻纤PP配混料为提供高的力学性能和制造性能而得到了优化。该部件曾入围2021 SPE汽车创新奖底盘/硬件类竞赛决赛圈，并获得了2022 Silver Edison奖的热力学类别的奖项（上图来自SPE汽车部门，下图来自SABIC）

“我们看到，随着价值链加强了在电动汽车电池包及其单个部件设计上的合作，材料的混合也在发生变化。”SABIC汽车聚合物市场高级业务经理Dhanendra Nagwanshi解释道，“阻燃热塑性塑料有可能在混合物中占有更大的比重，因为它们可以提供巨大的优势，包括固有的耐热性、电绝缘性、膨胀性、轻量化以及有助于降低成本的部件整合和部件取消潜力。此外，它们可回收再利用，并能通过减重而减少对环境的影响。总之，热塑性塑料在电池应用领域的前途是光明的。”

Nagwanshi的团队正在研究的一个领域涉及到电池托盘。“电池托盘因其重量、复杂性和结构要求而更具挑战性。”Nagwanshi继续说道，“我们做了拆解可行性研究，发现采用混合系统带来的好处是减轻了60kg的重量，降低了50%的成本，而且冷却通道被集成到电池托盘中，不仅优化了冷却，还优化了可用的安装空间。热塑性复合材料不仅能显著减轻重量，提高阻燃性和热效率，还减少了电气短路和高压冲击的风险。考虑到可能会有尖锐物体刺穿托盘底部，使电解质溢出并可能引发火灾，我们评估了不同的肋、纤维和阻燃剂的组合，甚至研究了与金属结合的混合系统，以为托盘提供保护。”

索尔维

位于比利时Brussels的索尔维公司生产树脂和聚合物、结构粘合剂和表面处理产品、热固性和热塑性复合材料、碳纤维、复合材料模具及辅助材料，该公司提供用于电池壳的环氧玻纤及环氧碳纤阻燃预浸料已有十多年。

最近，索尔维与英国的汽车设计和工程咨询公司Ricardo Plc合作，完成了一个虚拟设计和仿真项目，该项目以Ricardo Plc制成的一个符合全球标准的采用金属外壳的电池模块为基准，设计了一种多材料的阻燃复合材料电池盒盖和电池托盘。这二者的主结构都可以采用由高面重的玻纤织物增强以及局部由单向碳纤维带加强的环氧树脂或聚苯硫醚（PPS）来制造。除了展示复合材料带来的轻量化机遇外，该团队还想要解决在乘用车中安装大的电池模块的容积效率问题。

“市场对复合材料的认知普遍集中在轻量化上，这一点固然很重要，但并非是使用复合材料的唯一原因。”索尔维特种聚合物、热塑性复合材料、交通运输市场经理Mark Wright表示，“在此项目中，我们不仅要揭示制造商面临的痛点问题，还要揭示大量使用复合材料能给电池壳的设计和性能带来哪些好处。我们回归首要设计原则，重点研究了如何利用复合材料的设计自由度和部件整合能力来提高电池壳内部X、Y和Z方向的容量，以解决众所周知的金属成形在形状和厚度方面的局限性问题。我们还考虑了规避模具成本和环境要求方面的问题。”

以Ricardo Plc开发的全金属电池壳的系统为设计基准，索尔维的多材料热塑性复合材料电池壳主要为高档汽车和中、低产量的汽车而开发。该公司依据关键的力学性能要求，对虚拟设计进行了评估, 包括模态刚度分析和中国的挤压测试等（图片来自索尔维）

基准测试结果显示，与金属设计相比，由于部件整合和更大的设计自由度，使得复合材料电池壳的体积减小了18%，其中45%来自高度的减小。这带来的好处是，可以为安装更多的电池单元腾出空间，从而延长续航里程，或者增加汽车内部的空间，改善乘坐的舒适性。总体上，质量减轻了53%，减重达75kg，组件数量从22减至2个，极大地简化了组装，减少了所需的密封件数量。此外，复合材料的电池盒盖不会腐蚀，并能提供热管理优势。现在，该团队正从虚拟原型转向原型的物理测试，包括力学性能、热失控、防火保护、热管理和EMI屏蔽等方面的测试。

与该设计项目同步，索尔维还在针对电动汽车的电池系统而开展一项雄心勃勃的材料表征研究，这项研究被认为是在热固性与热塑性原料之间的不可知论。该公司正在评估阻燃、拥有高玻璃化转变温度（T_g）的热固性塑料（环氧树脂、酚醛树脂和BMI）及热塑性塑料（PPS、PEEK和PEKK），看看哪种组合最适合不同车辆类别及先进的空中机动（AAM）飞机上使用的特定电池组件。所评估的这些材料由多种纤维结构形式的玻纤或碳纤进行增强，均来自其自己的产品组合。这些材料经受了高结构载荷测试、挤压测试、侧面碰撞测试、侵入测试、模态刚度测试、阻燃测试以及热失控和热扩散测试等。

“我们的想法是观察这些材料在不同环境中的表现，特别是在以下3个重要方面的表现：防火保护、热失控防护和EMI 屏蔽。”Wright补充道，“我们在考虑短纤维、长纤维和连续纤维的选项，并试图用我们的材料表征方法来覆盖所有的基材。”他表示，索尔维是电池化学原料以及在电池与电池壳之间所用材料的主要供应商，所以目前的研究很可能具有更广泛的意义。“热固性塑料在短期内更容易实施，但热塑性塑料支持高产制造。”他接着说道。

Westlake Epoxy

2022年早些时候，美国Westlake Chemical公司收购了美国Hexion 公司的环氧树脂业务。现在被命名为Westlake Epoxy的公司，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。到2023年，Westlake将实施5个以上的高产量项目。

“我们的Epikote环氧树脂和Epikure固化剂适用于LCM和HP-RTM工艺，Epokote/Epikure 06150和Epokote/Epikure 06170系统专为大幅面连续纤维复合材料部件如电池盒盖和电池托盘的大批量生产而量身订制。”Westlake Epoxy北美汽车业务开发经理Stephen Greydanus解释道，“我们还生产行业领先的酚醛树脂，尤其是我们的Eponol 06921/Epikure 06931/06941系统，提供了独特的阻燃性，并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。”

该公司认为，随着汽车制造商寻找能够满足热失控要求的材料，酚醛树脂会越来越受到关注。Westlake 还在考虑将这种聚合物系统用于电池包内部和周围的屏障和隔离系统。

Westlake 玻纤/环氧复合材料正在经受1200℃的火焰测试，经过8分钟36秒的测试后，没有被烧穿（图片来自Westlake Epoxy）

“汽车行业人士都很熟悉FMVSS 302（美国联邦机动车辆安全标准302，测试内部材料的可燃性）和UL 94 V-0 （保险商实验室94 V-0垂直燃烧试验）标准，但现在大多数都没有能在极短温度和其他热失控条件下保持完好的金属或聚合物材料的工具箱。”Greydanus 继续说道，“因此，现在OEMs 和供应商们正在新的测试条件下评估新的材料，以为可行的材料建立工具箱。然而，正如航空工业几十年来所了解的，在聚合物材料范围内，酚醛树脂有自己独特的火焰、烟雾和毒性（FST）性能。”他补充说，该公司新的超低甲醛Eponol 06921酚醛树脂，结合Epikure 06931和Epikure 06941催化剂，允许采用一系列的生产工艺高速生产阻燃复合材料，包括模压成型的SMC和LCM工艺。基于热保护性能，该系统正在一个高速项目中被用于制造商用电动汽车的电池壳组件。此外，该公司的Epokote 06710/Epikure 06170环氧树脂系统正被用于采用LCM工艺制造大幅面的结构电池托盘。

“作为树脂供应商，Westlake Epoxy 配制了最新一代的酚醛树脂和环氧树脂系统，适用于SMC、LCM、HP-RTM、拉挤成型和其他生产工艺，能够采用多材料的电池壳设计，覆盖热固性复合材料的许多应用领域。”Greydanus总结道。

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