轻量化、高效率已经成为了近年来新能源汽车高速发展过程中离不开的主题。
如何轻量化呢？答案其实简单又不简单：用塑料。
据数据统计，新能源汽车每减少100Kg重量，续航里程可提升10%-11%，同时还可以减少20%的电池成本以及20%的日常损耗成本。
而新能源汽车高压电气部分，在性能满足条件下的部分金属更换为塑胶，可减重30%左右。目前一辆纯电动车采用塑胶轻量化可减重100KG左右，实现节能减排。
动力电池作为纯电车型的核心部件，用来给电动汽车的驱动提供能量，动力电池的各方面的表现都与整车性能息息相关。电池减重一般从两方面进行：一是结构，二是箱体。
今天我们就来看一下，动力电池上都有哪些能采用塑料的部位，又应该如何选择材料呢？
01
模组外壳
首先，电池模组的外壳塑料目前除了轻量化需求之外，还会要求材料“设计集成化”，以满足提升电池和整车功率密度的需求。
所以，目前对材料具有以下两大主要要求：一是具有良好的力学性能，包括良好的抗冲击性和一定的韧性；二是具有一定的加工性能，可以加工为薄壁部件和复杂形状。
PPO和PC/ABS
PPO电池壳体
诚然，PPO是目前新能源汽车，尤其是电池板块的热门材料之一，这里我们列出了PPO以及常见的PC/ABS合金塑料之间的性能对比——
| PPO&PC/ABS性能数据表 | |||
| 性能 | PPO | PPO/GF | PC/ABS |
| 密度 g/cm³ | 1.12 | 1.13 | 1.17 |
| 熔融指数 g/10min | 28 | / | 20 |
| 拉伸强度 MPa | 68 | 68 | 50 |
| 断裂伸长率 % | 25 | 5 | ＞50 |
| 弯曲强度 MPa | 107 | 120 | 1.17 |
| 弯曲模量 MPa | 2540 | 3500 | 20 |
| 热变形温度 ℃ | 122 | 124 | 100 |
| 缺口冲击强度 J/m | 91 | 93 | 300 |
| HWI | 0 | 1 | 2 |
| HAI | 0 | 2 | 3 |
| CTI | 2 | 2 | 0 |
| Flame | 0.7mm V-0 | 0.7mm V-1 | 0.75mm V-0 |
从上述性能可以看出，PPO或PPE的密度较低，从减重角度看主要选择阻燃PPE，且PC的耐化学性相对差一点，而锂电池内有电解液，PC则容易出现开裂状况，所以目前有相当有一部分企业选用PPE。
PPO电池壳体
改性PPS
同样的，PPO与PPS都是主流的耐高温材料，虽然加工难度都比较大，但其力学性能和热稳定性非常出色，所以均在改性后有不同程度的应用。
| PPO&PPS性能数据表 | |||
| 性能 | PPO | PPO/GF | PPS/GF |
| 密度 g/cm³ | 1.12 | 1.13 | 1.66 |
| 熔融指数 g/10min | 28 | / | 27 |
| 拉伸强度 MPa | 68 | 68 | 200 |
| 断裂伸长率 % | 25 | 5 | 1.8 |
| 弯曲强度 MPa | 107 | 120 | 305 |
| 弯曲模量 MPa | 2540 | 3500 | 15500 |
| 热变形温度 ℃ | 122 | 124 | 260 |
| 缺口冲击强度 J/m | 91 | 93 | 110 |
| HWI | 0 | 1 | 1 |
| HAI | 0 | 2 | 1 |
| CTI | 2 | 2 | 4 |
| Flame | 0.7mm V-0 | 0.7mm V-1 | 0.28mm V-0 |
02
密封盖
材料对比
密封盖设计最初多采用PP、铝合金以及钢材。不过，虽然铝合金可以满足减重的需求，但其无法成型高度在100mm以上的产品，且成本非常之高；
PP材料早期由于成本和重量都非常之低，成为了轻量化的“理想材料”，但它在耐热、阻燃方面的性能非常欠缺，所以应用的比例越来越少。
目前密封盖大量采用普通SMC和LFT，少量采用铝合金，如图所示：
SMC电池盖
LFT电池盖
案例：SMC电池包密封盖
SMC具有高阻燃的优点，但是传统SMC密封盖的密度非常大，重量很重，无法满足轻量化需求。
在此背景下，BYD自主研发了低密度SMC产品，将SMC的密度从传统的1.85g/cm³降低了27%，仅有1.35g/cm³。
| PPO&PC/ABS性能数据表 | ||
| 性能 | 轻质SMC材料 | 传统SMC |
| 密度 g/cm³ | 1.35 | 1.85 |
| 拉伸强度 MPa | 75.6 | 74.2 |
| 断裂伸长率 % | 1.1 | 1.15 |
| 弯曲强度 MPa | 139 | 145 |
| 弯曲模量 MPa | 7050 | 7800 |
| 冲击韧性 KJ/㎡ | 75.9 | 79.3 |
| HAI | 0 | 2 |
03
电池托盘
托盘作为电池的结构部件，其同样也占据到重量的大部分。目前主要分为三种应用方向：7系铝合金、高强钢DP800以及碳纤维复合材料。
材料对比
| 电池托盘材料性能对比 | |||
| 性能 | 铝合金 | 高强钢 | 碳纤维 |
| 密度 g/cm³ | 2.78 | 7.85 | 1.5 |
| 拉伸强度 MPa | 420 | 780 | 720 |
| 拉伸模量 GPa | 72 | 206 | 71 |
| 比强度 | 151 | 99 | 480 |
| 比模量 | 26 | 26 | 47 |
| 材料特性 | 各向同性 | 各向同性 | 各向异性 |
| 回收性 | 易 | 易 | 难 |
从上表可以看出，碳纤维的比强度和比模量均大幅度高于铝合金和结构钢材，有希望实现电池托盘的明显减重。
东丽PA电池端板
此外，由于材料特性决定了其成型工艺和装配方式也有所不同。铝合金与高强钢由于是金属材料，所以均需要折弯、冲压等机加工序；在连接方式上，需要焊接、铆接、螺栓等方法；
而碳纤维复合材料只需RTM以及模压，而且无需焊接和铆接，通常采用胶接的连接方式，进一步提升减重。
案例：碳纤维复材 铝合金
某企业采用了碳纤维复材和铝合金并用的形式，其原有方案是采用了80kg的铝合金电池托盘，而采用铝合金复材后，整体重量降低了24kg，仅为56kg，减重比例达到了30%。
再来看性能方面，有不少人认为塑料在机械性能和热学性能上始终比不上金属材料，但事实并非如此。
碳纤维复合材料电池托盘
据透露，新方案顺利通过了挤压、火烧和振动测试。挤压测试中，横向和竖向挤压都达到了100KN的要求；按照国标汽油火烧标准，骨架保持完好；在振动后电池电压和温度没有出现异常，且托盘和基本的连接结构没有损坏。
虽说新能源汽车的补贴正在逐渐消退，但国家花费近十年的功夫完成了我国新能源汽车的基本布局，且禁售燃油车也只是时间问题。如何把握住机会进行转型，是每个企业都需要思考的重要问题。
