4、碳纤维复合材料在电池包壳体的应用

1 ）电池包壳体的发展

（1）新能源动力电池稳定性和安全性一直以来都是备受人们关注的焦点。电池包壳体是新能源汽车电池系统的组成部分，由于其与电气系统和汽车安全紧密相关，也是新能源汽车的关键零部件。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。

（2）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。图5为新能源车动力电池包及电池包分解图。

（3）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。传统车用电池箱体采用钢板、铝合金等材料铸造，然后对其表面进行喷涂处理。随着汽车节能环保和轻量化发展，电池壳体材料也出现了玻璃纤维增强复合材料、片状模塑料、碳纤增强复合材料等多种轻量化的材料选择。

（4）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，具备强度高、刚性高的优点，但其密度大、质量大，需要增加防腐蚀工艺。铝合金壳体是目前主流的动力电池包壳体材料，具有轻质(密度仅为钢的 35%)、易加工成型、耐腐蚀等特点。

（5）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。热固性塑料电池包壳体自身质量为35kg，比金属箱体的质量约小35%，可承载质量为340kg的电池。

2 ）电池包壳体的发展：具备众多优点的碳纤维复合材料已成为传统金属材质电池箱体的理想替代品，在部分车型上已有了初步应用。

（1）蔚来与德国SGL Carbon联合开发了84kW·h碳纤维电池包，该碳纤维壳体质量比铝结构减小40%，能量密度大于180 (W·h)/kg。天津中科先进技术研究院与力神合作开发的碳纤维复合材料电池包壳体的总质量约为24kg，较铝合金结构质量减小50%，能量密度高达210 (W·h)/kg。
（2）段端详等对碳纤维复合材料电池包壳体进行了轻量化设计和铺层工艺优化，在满足相关工况条件下，得到的壳体质量较钢结构减小了66%。赵晓昱等采用碳纤维复合材料，利用刚度等效设计法对电池包壳体进行轻量化设计，相比于钢结构质量减小64%～67.6%。
（3）LIU等采用RBDO方法解决碳纤维复合材料电池包壳体上盖轻量化设计问题，在性能满足要求的情况下，实现质量减小22.14%。谭礼忠等对1.5mm厚度铝上盖(方案一)、1.5mm厚碳纤维上盖(方案二)和0.5 mm碳纤维+3mm厚蜂板+0.5mm厚碳纤维复合上盖(方案三)三种方案进行对比研究，发现方案三为最优，相对于方案一可减小质量31%。

5、结语：金属内胆纤维缠绕瓶(III型)和塑料内胆纤维缠绕瓶(IV型)是纤维复合材料缠绕制造的主流气瓶。玻璃纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、碳纤维、芳纶和聚对苯撑苯并二噁唑纤维等纤维均已用于制造纤维复合材料缠绕气瓶，耐冲击、阻燃、轻质的纤维复合材料同样也会成为未来轻质动力电池包壳体的重要材料；但受限于成本问题，目前以碳纤维复合材料为主的高性能纤维复合材料在电池包壳体领域并未得到大面积应用，相信随着新能源的发展以及纤维复合材料应用的扩大，纤维复合材料的使用成本将逐步降低，未来新能源市场上纤维复合材料也会大放光彩。