新材料在新能源汽车中的应用研究

熊保胜

摘 要：随着科学技术的不断推进，新能源汽车成为汽车行业的发展方向和主要研发领域，不仅能减低汽车生产成本、提升汽车运行效率，还能够降低环境污染、实现节能减排。与此同时新型材料的出现为新能源汽车的推广带来了优势条件。目前新材料主要有碳纤维复合材料、铝合金材料以及驱动电机材料等三种，其性能上各有优势，也逐渐应用于新能源汽车的应用中，并且从其发展趋势看，新能源车会逐渐加大与稀土行业的合作，从而获取材料上的优势地位。

关键词：新材料 新能源汽车 应用策略

Research on the Application of New Materials in New Energy Vehicles

Xiong Baosheng

Abstract：With the continuous advancement of science and technology， new energy vehicles have become the development direction and main R&D area of the automotive industry， which can not only reduce vehicle production costs and improve vehicle operating efficiency， but also reduce environmental pollution and achieve energy conservation and emission reduction. At the same time， the emergence of new materials has brought advantages for the promotion of new energy vehicles. At present， new materials mainly include carbon fiber composite materials， aluminum alloy materials， and drive motor materials. They have their own advantages in performance and are gradually being used in the application of new energy vehicles. From the perspective of their development trends， new energy vehicles will gradually increase cooperation with the rare earth industry to obtain a superior position in materials.

Key words：new materials， new energy vehicles， application strategies

1 引言

当前，汽车行业使得人们的出行更加方便快捷，但是也造成了严重的环境污染。在低碳环保理念的影响下，新能源汽车应用而生。本文通过研究目前新能源汽车新材料的主要类型，对于其特点和性能进行了梳理，并且结合新能源汽车的发展现状和市场前景，深入分析其发展趋势，从而明确其研发重点，最后从几种新材料的特性阐述了其在新能源车中的应用实践，为新能源汽车的发展提供理论基础。

2 新能源汽车中的新材料

2.1 碳纤维复合材料

碳纤维是指由碳元素构成的无机纤维，属于一种特性的化学纤维，有着丰富的碳含量。从其内部结构来看，主要有石墨微晶等元素，通过化学工艺在高温环境下将沥青基、粘胶基等有机纤维进行裂解碳化而形成的。[1]碳纤维复合材料则是将碳纤维和其他材料进行混合而得到的，包括树脂、金属、石墨烯等材料在内。从材料特征上来说，由于含有较多的碳纤维，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗冲刷等性能，而且其延展性较强，拉伸强度可以达到钢材质的七倍，同时本身的质量较轻使得其在面对外部冲击时有更强的抗击力和承受力。正因为本身的优势属性，碳纤维复合材料在新能源汽车中逐渐被广泛应用。

2.2 轻质铝合金材料

随着汽车轻量化趋势日益明显，各种轻量化材料逐渐应用于新能源汽车中。由于铝合金材料在属性功能上的突出优势，使其成为汽车轻量化的首选材料。铝合金是在基本元素铝中加入多种合金元素组成的，铜、硅、镁等都是其中的元素之一。作为工业中用的最广泛的一种金属材料，它的密度低，但强度比较高，塑性好。[2]在汽车的应用上，具有优良的冲击吸附力、减重效果好等优势。经过测试铝的抗冲击性能远超过钢材质，在汽车面临碰撞危险时能够起到良好的防护作用，而且汽车本身的体积容量不会受到影响，通过降低重心使得汽車的稳定性更佳;由于铝的热量传导性好，在其表面有一层氧化膜，可以有效防止腐蚀，使得汽车的保存更持久，并且汽车内部的零部件也可以减轻重量，实现汽车轻量的双倍效果。

2.3 驱动电机材料

由于新能源汽车的环保性、节约性、简洁性等特点，其驱动源逐渐从燃油机驱动转变为电动机驱动，减少了自动变速箱的使用。驱动电机具有内部结构简单、技术已经逐步研发成熟、运行上相对顺利等优势属性，被称为中国新能源汽车在汽车工业“弯道超车”希望领域之一。[3]从新能源汽车的内部结构来说，除了驱动电机还有电池系统、整车控制系统这两部分，但是电机驱动是汽车性能是否良好的决定因素，它能够将电能直接转换为机械能。驱动电机的主要特点有恒功率范围广，有助于提升汽车的变速性能;瞬时功率大、过载能力强;环境适应性强，能够在短时间内迅速适应恶劣环境。

3 新能源汽车与新材料融合的发展趋势

3.1 重點发展轻量化的复合材料

轻量化材料作为新能源汽车材料中的关键材料，能够有效提升汽车的整体性能，实现新能源汽车的技术突破。在新能源汽车的研发上，能量消耗是目前面临的主要技术问题，通过车体重量降低、储能容量扩大等方式可以有效降低能耗，但是目前新能源车主要使用电池材料，该材料的能量储存性较低、储存时间短，技术上的难题在短时间无法突破。为此，轻量化材料的诞生，使得新能源车可以通过降低自身重量来实现性能的提升。这一材料的应用不仅能够节能减排，而且对于汽车的稳定安全性也十分有利，同时目前可以利用的轻量材料类型较多。所以，从新能源汽车发展趋势来看，轻量化复合材料是重点研究对象。

3.2 与稀土行业建立战略联盟

随着新能源汽车的兴起，各个国家都开始加大对该领域的投入力度，并且技术研发成果也逐步增加，各国在这方面的竞争逐渐加剧。总体上看，我国的新能源汽车研发进程日益加快，和国外的技术差距也慢慢减小，同时稀土资源作为新能源汽车研发的关键要素，也成为国家之间争夺技术优先地位的战略高地。稀土资源可以有效提升汽车的整体性能、降低生产成本，反之，新能源汽车对稀土资源的大量需求，能够促使稀土行业的规模收益等实现进一步的提升，比如荧光级氧化铕、储氢合金粉等相关的资源都会得到大力开发。[4]因此，在新能源汽车之间的技术竞争日益加剧背景下，我国汽车行业和稀土行业应该加快合作脚步，建立联盟关系。

3.3 发展电池驱动的交通工具

按驱动源来划分，新能源汽车目前主要有电动汽车和混合动力汽车两种。根据最近几年的销售数据显示，虽然总体上新能源汽车的生产量和销售量都普遍较低，但是电动汽车的销量却明显高于混合动力汽车，尤其是自行车、摩托车这两种类型的电动车销量呈现上升趋势。这一市场状况产生的主要原因是电动车出行方便、成本低、环保性好，无形中迎合理论年轻人的消费需求。尽管目前相关的法律中限制电动车的使用，但是由于市场需求巨大，人们逐渐将其使用转为“地下经济”。鉴于电动汽车良好的市场前景和巨大的消费人群，如果将电动车的推广作为新能源汽车推广的先行布局，先将市场打开再逐步向其他类型的汽车进行扩展，能够促使新能源车的应用脚步迅速加快，从而占据市场领先地位。

4 新材料在新能源汽车中的实际应用

4.1 新能源汽车中的碳纤维材料应用

首先，碳纤维材料可以应用于汽车车身。汽车行业在传统的生产模式中，主要应用重金属材料来组装车身，使得汽车本身的重量加大，整体看上去比较笨重。随着碳纤维复合材料应用于汽车生产中，由于其密度小、重量轻等优势属性可以使汽车的重量减少一半以上，而且碳纤维材料的可塑性强，可以通过汽车工艺的处理减少汽车内部的复杂结构设置，实现车身的一体化，不仅降低制作成本还有利于缩短制作时间、提高生产效率。其次，在汽车装饰上，由于碳纤维材料有良好的能量吸收性，可以使汽车在面临撞击时有更强的耐力，减轻震动带来的伤害，增强车体的安全性和稳定性;同时耐腐蚀性好，使得汽车内饰能够有效避免各种外界物质的侵袭造成老化，促进汽车内部材料的完好保存。[5]

4.2 新能源汽车中的铝合金材料应用

第一，在汽车车轮上的应用。运用铝合金材料制作而成的车轮能够减少车轮滚动造成的横向或纵向摩擦，可以有效对抗外部的冲击和腐蚀，而且制作成本低、循环利用率高。在轮胎自身温度上，相比于普通的钢材质轮胎，铝合金可以使温度降低十几度，使得轮胎的使用周期得到相应延长，也保证了汽车长期驾驶过程中的安全性;同时还可以减轻挂件重量，促使刹车系统更加灵活轻便，减轻其负担。第二，在热交换器的应用。依靠燃料系统支撑的新能源汽车承载热量较大，汽车的热能必须借助于高效的散热器来进行释放。铝合金材料应用于新能源汽车中，可以通过设置热交换器实现水冷散热，使得大功率的新能源汽车也可以实现热量的及时散发。

4.3 新能源汽车中的驱动电机材料应用

新能源汽车在驱动电机技术的研发上已经取得了不错的成绩，目前国内的整车需求已经基本可以覆盖，只有少部分的上游部件需要国外进口，像汽车的内部控制零件等。这一成果的重大突破主要源自于我国的“863”重点科技攻关项目。目前的驱动电机中，主要包括直流电动机、交流异步电动机、永磁式电动机以及开关磁阻电机。其中永磁式电机的性能和驱动力相对较好，并且应用性强。在该类型的电动机中永磁材料起着关键核心作用，但是永磁材料的价格较高，会使得汽车的整体制作成本增加。我国有着储量丰富的稀土资源，通过研发其中的钕元素可以有效满足新能源汽车的设计需求。从全球范围来说，丰田、三菱、本田等知名的汽车品牌都投入大量资金物力人力来研发稀土永磁材料。[6]

5 结语

新能源汽车作为一个新兴领域，其技术研发、实际应用等都还处于初级阶段，其中存在很多不足和困境。新材料的出现标志着新能源车的制造有了较大的进展，如果能够将其应用于实际生产中，将会推动新能源汽车的研发实现突破性发展。为此，我国汽车行业要抓住机会，深入探索，促进新材料与新能源车的融合。

参考文献：

[1]蔚亚，康帆.碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用形式与进展[J].粘接，2020，41（04）：86-89+110.

[2]夏建华. HH公司轻量化材料产品在新能源汽车市场的营销策略研究[D].广西师范大学，2019.

[3]刘伟德. 轻质热界面材料在新能源电动汽车中的应用[A]. 中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、天津市西青区人民政府.“创新材料引领汽车发展新机遇”——2019中国车用材料（西青）国际论坛论坛资料[C].中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、天津市西青区人民政府：中国汽车技术研究中心有限公司，2019：16.

[4]张立侃.碳纤维复合材料在新能源汽车行业中的应用[J].汽车与驾驶维修（维修版），2017（06）：140-141.

[5]宋坤.新材料在新能源汽车中的应用[J].科技资讯，2017，15（35）：29-30.

[6]李龙，夏承东，宋友宝，周德敬.铝合金在新能源汽车工业的应用现状及展望[J].轻合金加工技术，2017，45（09）：18-25+33.