在全球環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)和新能源汽車行業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，電動(dòng)汽車市場迎來了迅猛的增長。電池殼作為電動(dòng)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(fù)合材料因其卓越的特性，在電池殼制造中逐漸受到青睞，預(yù)示著其將成為電池殼技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵趨勢。
復(fù)合材料電池殼最新數(shù)據(jù)
根據(jù)最新統(tǒng)計(jì)與預(yù)測，2023年全球電動(dòng)汽車用復(fù)合材料電池殼的市場銷售額已經(jīng)達(dá)到了1.5424億美元。展望未來，預(yù)計(jì)到2030年，這一數(shù)字將增長至20.5884億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）將達(dá)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(qiáng)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(yù)計(jì)到2030年，中國市場的銷售額將達(dá)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(jī)遇，也吸引了全球眾多廠商的目光，使其成為全球復(fù)合材料電池殼市場的關(guān)鍵增長動(dòng)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(dòng)汽車復(fù)合材料電池殼的主導(dǎo)產(chǎn)品。2023年，這一細(xì)分市場的規(guī)模為777.3百萬美元，占全球市場的50.40%。預(yù)計(jì)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(qiáng)度和耐腐蝕性，滿足了電動(dòng)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(yīng)用方面，乘用車市場是電動(dòng)汽車復(fù)合材料電池殼的主要應(yīng)用領(lǐng)域。2023年，該細(xì)分市場的規(guī)模為1275.8百萬美元，占全球市場的82.72%。預(yù)計(jì)到2030年，其市場規(guī)模將達(dá)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(dòng)汽車需求的持續(xù)增長，以及消費(fèi)者對電動(dòng)汽車性能和安全性要求的不斷提升，復(fù)合材料電池殼在乘用車領(lǐng)域的應(yīng)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(fù)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(fù)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(jì)占比高達(dá)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(dǎo)地位。然而，隨著市場的持續(xù)擴(kuò)張，預(yù)計(jì)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(jìn)一步加劇競爭的激烈程度。
電池殼體的保護(hù)作用
電池是電動(dòng)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(hù)都不容忽視。電池外殼的設(shè)計(jì)和強(qiáng)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(dòng)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(hù)電池。
電池殼體是電動(dòng)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(hù)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(dòng)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(gè)挑戰(zhàn)。一些國內(nèi)公司在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝上采用了多種防漏技術(shù)，同時(shí)，每個(gè)電池盒在出廠前都要經(jīng)過嚴(yán)格的氣密性測試。
電池外殼的主要功能是保護(hù)電池模塊，它們是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)元件之間的連接點(diǎn)，因此是電動(dòng)汽車中極為重要的組件。為了提供有效的保護(hù)，電池外殼必須足夠堅(jiān)固，以在發(fā)生事故時(shí)保護(hù)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(dòng)汽車的充電過程通常時(shí)間較短、電流強(qiáng)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(yīng)具備耐高溫、耐老化的特性，并在燃燒時(shí)具有無鹵阻燃和低煙密度的特點(diǎn)。
復(fù)合材料的電池殼領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢
普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，如果純電動(dòng)汽車的重量減少10%，其行駛里程可以相應(yīng)提高約6%。在新能源汽車的“三電”系統(tǒng)中，電池、電機(jī)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(jì)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(gè)更為緊迫的研究課題。
在動(dòng)力電池系統(tǒng)中，電池殼的重量占整個(gè)系統(tǒng)的20%到30%，作為關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部件，它對電動(dòng)汽車的能耗、動(dòng)力性能、制動(dòng)效果、被動(dòng)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(jì)尤為重要。
與金屬材料相比，使用大面積復(fù)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(jìn)而提升電動(dòng)汽車的續(xù)航能力。
碳纖維增強(qiáng)復(fù)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(diǎn)和優(yōu)勢：
輕量化：CFRP具有出色的比強(qiáng)度和比剛度，其密度遠(yuǎn)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(dá)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(jìn)一步減輕車輛重量，簡化供應(yīng)鏈和價(jià)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(dòng)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(yàn)上更加舒適和豪華。
安全性：CFRP的強(qiáng)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(jì)成車身的一部分，既保護(hù)電池，也保護(hù)乘客。這種設(shè)計(jì)需要電池外殼供應(yīng)商和底盤設(shè)計(jì)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(yīng)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(jìn)步和成本的降低，CFRP在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。
除了碳纖維復(fù)合材料之外，其他類型的復(fù)合材料，如玻璃纖維增強(qiáng)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(qiáng)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(yán)格要求的應(yīng)用場合。而SMC則以其出色的成型能力和設(shè)計(jì)靈活性著稱，能夠滿足制造復(fù)雜形狀電池殼的需求，同時(shí)具備良好的耐腐蝕和絕緣特性。
近年推出的復(fù)合材料電池解決方案
帝人集團(tuán)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(fù)合材料配方，這些新配方在阻燃性、熱失控防護(hù)以及揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放方面均達(dá)到了電動(dòng)汽車電池外殼的最嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還保留了片狀模塑料（SMC）的設(shè)計(jì)靈活性。這些先進(jìn)的復(fù)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(qiáng)塑料（CFRP）的散熱性能，使其達(dá)到與金屬相當(dāng)?shù)乃?。這項(xiàng)技術(shù)通過在CFRP內(nèi)部建立熱傳導(dǎo)路徑，有效散發(fā)熱量，有助于減緩移動(dòng)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(dòng)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(qiáng)復(fù)合材料，但由于采用了特別開發(fā)的高效生產(chǎn)流程和應(yīng)力等效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成本得以降低。研究團(tuán)隊(duì)利用其專業(yè)知識(shí)，結(jié)合連續(xù)纖維增強(qiáng)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(jì)的輕量化電池殼。
贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)的合作伙伴聯(lián)盟，采用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂片狀模塑料（SMC），為電動(dòng)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(jì)旨在為汽車行業(yè)提供一個(gè)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(qiáng)塑料（CFRP）。
巴斯夫與一級供應(yīng)商L&L Products合作，為福特2022款F-150 Lightning開發(fā)了一種電池保護(hù)解決方案。該團(tuán)隊(duì)在不犧牲強(qiáng)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(jì)用來承受高負(fù)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(qiáng)的拉擠復(fù)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(fù)合型材。
復(fù)合材料在電池殼領(lǐng)域的展望
復(fù)合材料在電池殼領(lǐng)域的應(yīng)用展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，并預(yù)示著巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＷ鳛橹髁鬟x擇，片狀模塑料（SMC）電池殼在電動(dòng)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(yīng)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(yù)計(jì)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(dòng)汽車市場的快速擴(kuò)張和對電池殼性能要求的不斷提升，復(fù)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(dòng)汽車展望》報(bào)告，全球電動(dòng)汽車市場正在經(jīng)歷強(qiáng)勁的增長勢頭。2023年，全球電動(dòng)汽車銷量接近1400萬輛，市場份額達(dá)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(fù)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(dòng)汽車對電池殼更高標(biāo)準(zhǔn)的性能需求，如更高的強(qiáng)度、更佳的隔熱效果、更低的噪音和振動(dòng)等，未來將不斷有新的復(fù)合材料技術(shù)和制造工藝被開發(fā)出來。這包括改進(jìn)復(fù)合材料配方、優(yōu)化纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)、開發(fā)新型成型工藝等，以提高復(fù)合材料電池殼的性能和質(zhì)量。隨著智能化技術(shù)的進(jìn)步，未來的復(fù)合材料電池殼可能會(huì)集成更多智能功能，如傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。
應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展
復(fù)合材料電池殼的應(yīng)用不僅限于電動(dòng)汽車領(lǐng)域，它在電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、儲(chǔ)能設(shè)備等領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。隨著復(fù)合材料技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，其應(yīng)用范圍有望進(jìn)一步擴(kuò)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(jìn)產(chǎn)業(yè)升級
市場競爭的加劇將推動(dòng)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(huì)帶來新技術(shù)和新理念，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)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(huì)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(huì)進(jìn)一步提高。（來源：新材料科技）
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