纤维增强复合材料在EV和eVTOL电池外壳中的应用与创新

与燃气汽车或混合动力汽车相比，电动汽车 (EV) 通常需要更大、更重的电池，而电池又需要更大、更阻燃 (FR) 的电池外壳，以便在发生电池泄漏或热失控事件时保护车辆的其余部分。同时，电动汽车组件通常需要尽可能轻便，以抵消额外的电池重量并最大限度地提高车辆每次充电的续航里程。

除了汽车之外，许多先进空中机动(AAM) 公司正在开发的电动垂直起降 (eVTOL) 飞行器同样需要大电池和轻量但具有热保护功能的电池外壳。

这些对设计灵活性的需求、FR 特性调整的可能性以及轻量化，使得纤维增强复合材料成为近年来 EV 和 eVTOL 电池外壳的关键选择。

为了支持新平台和生产提升，该领域继续推出工艺和材料创新，特别是在注塑或压缩成型等更高容量的工艺方面，以满足更大的需求，并朝着增加材料选择的方向发展，例如使用热塑性塑料而不是热固性复合材料，更多的阻燃添加剂等。

以下是《CW》及其姊妹刊物最近报道的一些事例：

• 高性能电池专家 Bold Valuable Technology（西班牙巴塞罗那）开发了一种名为 BOLDair 的高压电池系统，可满足电动和混合动力飞机的需求。据CW特约撰稿人 Stewart Mitchell 报道，BOLDair 电池重量仅为 52 公斤，每公斤可提供 285 瓦时的能量。这种性能是通过使用先进的复合材料和施工技术实现的，主要是压缩成型的双层碳纤维增强聚合物 (CFRP) 单体式电池外壳。

• 今年，在密歇根州底特律举行的北美电池展上展出的一种复合电动汽车电池外壳设计，是由 Forward Engineering（美国密歇根州皇家橡树市）、材料供应商SABIC（沙特阿拉伯利雅得和美国德克萨斯州休斯顿市）和注塑设备供应商Engel（奥地利施韦特贝格）合作开发的原型设计。据《塑料技术》 主编 Tony Deligio 报道，该设计由三件式结构组成，包括固定在结构钢底盘上的注塑盖和托盘。顶盖由三个主要元素组成，采用夹层设计，其中 1.9 毫米厚的 FR Stamax PP 材料层模制在两个 0.3 毫米厚的有机板之间，插入工具的 A 半和 B 半。

• 在 CAMX 2024 上，Cannon Ergos  （意大利卡龙诺佩尔图塞拉）展示了复合材料电动汽车部件的各种功能，从公交车面板到与客户 Senvias 共同设计的电池外壳盖。玻璃纤维/酚醛树脂盖采用湿压成型制成，设计具有最大的防火性能。

• 在 Formnext 2024 贸易展之后，Additive Manufacturing 报告称，使用KraussMaffei （德国帕尔斯多夫）的powerPrint 大幅面机器 3D 打印了约20% 的碳纤维/ABS 汽车电池盖。最终的生产部件将采用模制方法，但客户能够快速 3D 打印初始部件，以对部件设计进行验证和鉴定测试。
• Mito Material Solutions（美国印第安纳州印第安纳波利斯）正在开展将其功能化石墨烯材料融入电动汽车电池应用的项目，以减轻重量并提高耐用性。该公司及其合作伙伴正在研究的应用包括电池组粘合剂和潜在的复合电池外壳组件。
• 旭化成 （日本东京）推出了 Lastan 无纺布，这是一种柔性阻燃材料，可用作电动汽车电池组内各种应用的额外热失控保护，或层压成复合表面层。据说这是更重、更坚硬的矿物基热失控解决方案的替代方案。
• AAM 旗下公司 Archer Aviation Inc.（美国加利福尼亚州圣克拉拉）宣布已完成一条大容量电池组生产线，并获得新资金用于支持其电动动力系统工厂的扩建和升级。