新材料在新能源汽车中的应用

侯俊

摘 要：目前，我国的新能源汽车研发还处于起步阶段，并且发展相对缓慢，但是，它是未来节能发展的主流方向。调研、整理和分析了新能源汽车中新材料的相关情况，以期推动我国新能源汽车产业的进一步发展。

关键词：新能源汽车；材料；混合动力；油耗

中图分类号：U465 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.107

1 新能源汽车现状分析

1.1 新能源汽车与传统汽车的区别

传统汽车主要是以汽油、柴油等一些不可再生的资源为燃料，而新能源汽车是以电能、氢能和太阳能为主要动力。新能源汽车的废气排放量比较低，在节省传统能源、保护生态环境方面有非常重要的意义。

1.2 新能源汽车的分类

由目前的研发状况可知，新能源汽车分类的主要依据是动力创新，其主要可以分为以下3种：①混合动力汽车。选择电动机加发动机的模式，利用电能和油耗来产生动力。②纯电动汽车。电力驱动是研发新能源汽车的大方向，虽然它的优点很多，但是，车载电池储电、电池寿命、电车成本等是影响其发展的主要因素。③氢动力汽车。传统的汽车油耗大，会排放大量的污染物，而氢能源汽车排放的则是纯净水。另外，新能源汽车还包括燃气汽车、空气动力汽车、甲醇汽车、飞轮储能汽车和超级电容汽车等。

2 新能源汽车所用新材料的调研

要想让新能源汽车真正超越传统能源汽车，就一定要加大对关键材料的研究力度，并有所突破。现阶段，这些关键材料的研发工作已经基本完成。这些材料主要有：①驱动电机材料，它是将能源转化成汽车驱动力的核心材料；②动力电池材料，它能够保证汽车的电力存储；③轻量化材料，它能适应新能源驱动，减少能源消耗。

2.1 驱动电机材料

与新能源汽车电池技术相比，驱动电机技术比较成熟。自从国家“863”重点科技公关项目颁布后，我国在这方面取得了一定的成绩。虽然现有的驱动电机基本符合整车的需求，但是，仍然没有研发出驱动电机的上游部件，即驱动系统控制元件，它还是依靠进口。

在不同的驱动电机中，永磁同步电机可以满足电动汽车的动力要求。其中，永磁材料是永磁同步电机的核心部分。稀土资源尤其是稀土资源中的钕元素是新能源汽车驱动电机研究的主要方向，它在新能源汽车的研究开发过程中是无可替代的。因为新能源汽车的整体设计趋于小型化、大功率，而稀土元素正好符合这种设计的需求，所以，稀土元素对于新能源汽车中的混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车的驱动电机是十分重要的，并且其需求量很大。如今，全世界磁性最优的永磁体就是钕铁硼，而稀土中的钕是制造高功率轻质磁铁，即钕铁硼永磁体的主要材料之一。自21世纪以来，丰田、日产、本田、尼桑、三菱和通用等一些汽车生产厂家在新能源汽车的研究方面投入了很大的精力，并且大多数的新能源汽车都运用了稀土永磁电机。

2.2 动力电池材料

近期，国内电池工业获得了较大的发展，在国际上有一定的影响力。我国的锂资源藏量十分丰富，位居世界第三，这为新能源汽车锂离子动力电池的研究和开发创新奠定了坚实的基础。在镍氢电池的成本造价中，镍占到全部造价的3/5.在锂离子电池的四大主要组成材料中，电解液、正极材料、负极材料和隔膜大约各自占成本造价的1/4.通常情况下，我国新能源动力电池的正极材料选用磷酸铁锂，因此，锰酸锂也得到了相应的发展。在日系电池中，新能源动力电池大多采用锰酸锂和镍、钴、锰三元材料；在美系电池中，大多选用磷酸铁锂作为新能源动力电池的正极材料。在新能源动力电池材料的应用方面，因为稀土具有高环保性、极低污染度、高安全性和十分耐用等优点，所以，稀土贮金合氢被广泛应用于混合动力汽车配套的镍氢动力电池中。

2.3 轻量化材料

从某种程度上讲，汽车的质量直接影响着加速阻力、爬坡阻力和滚动阻力。大多数情况下，汽车质量和能源的消耗是反比例关系。近几年，相关研究表明，汽车轻量化能够减少1/2的能源消耗，行驶阻力的变化能够减少1/3的能源消耗，提高发动机效率可以减少1/5的能源消耗。由此可知，轻量化是新能源汽车研发、创新必须要突破的核心环节。

在汽车制造业中，钢铁无疑是其中所占比例最大的材料。采用高强度钢可以极大地降低钢板厚度，实现车身轻量化。根据钢屈服强度的不同，可以将其分为低强度钢、高强度钢和超高强度钢。目前，高强度钢的应用比较广泛。随着钢板强度的增加，高强度钢成形性能下降、回弹大、伸长率低、尺寸难以控制，其质量和规格还有比较大的进步空间。虽然镁合金所占比例小，但是，与高强度钢、铝合金相比，其轻量化效果更直观。因为其具有阻尼减振、散热性好的特点，所以，成为了未来材料发展的重要方向之一。受到技术因素的制约，镁合金的制造成本比较高，而且耐腐蚀性差，因此，主要将其用于关键零部件的制造。塑料和复合材料等非金属材料也被逐步应用于新能源汽车上，并且展现出了“以塑代钢”的发展趋势。非金属材料在汽车中的应用已经接近10%，它主要用于仪表盘、保险杠、车门内外板、油箱和风扇等地方。复合材料不仅能满足汽车的强度要求和刚度要求，还能实现汽车轻量化。当前，车用的碳纤维复合材料主要采用手糊成形、喷射成形、层压成形、缠绕成形、挤压成形和片状模塑料成形等方式。除了上述材料外，钛合金、精细陶瓷、非金属基复合材料都在新能源汽车轻量化方面有巨大的发展潜力。

3 结束语

总而言之，随着社会经济的发展，我国的新能源汽车也逐步出现在了各大车展上，人们对新能源汽车的期望也越来越高。本文主要从驱动电机材料、动力电池材料、轻量化材料3个方面调查、研究和分析了新材料的应用情况，以期为日后新能源汽车产业的健康、可持续发展作出应有的贡献。

参考文献

[1]梁帅，纪晓彤，李杨.科学计量学在技术预见中的应用研究——以新能源汽车产业为例[J].情报杂志，2015（2）.

[2]孙飞豹.新能源汽车车身轻质材料应用[J].福建质量管理，2015（08）.

〔编辑：白洁〕