华中国际汽车展览会是整个中部地区上半年最引人瞩目的汽车盛会，每年都会吸引诸多来自海内外的知名汽车厂家。随着国家对新能源汽车的重视程度不断提高，新能源汽车也逐渐开始在各类车展上崭露头角。通过探访本届车展以及相关企业，形成了对新能源汽车的发展，特别是在新材料的应用方面的初步调研分析。

　　新能源汽车是我国重点发展的战略性新兴产业之一，要加快高性能动力电池、电机等关键零部件和材料等核心技术的研发及推广应用，形成产业化体系。由于能源和生态环境已受到严重的破坏，为了减缓全球气候变暖的速度，人们急需寻找替代能源同时减少汽车温室气体排放，各国纷纷出台政策，明确提出对新能源汽车产业化的种种鼓励措施，因而世界各大汽车厂商对新能源汽车的开发需求急剧增加。

　　2012年7月9日，国务院正式发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，各项产业政策的目标及产业发展路线逐步明确。今后，纯电驱动将是新能源车发展的主要战略取向。当前的主要任务则是推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车，提升我国汽车产业整体技术水平，到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆；到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆，燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展。

　　新能源汽车中的材料

　　新能源汽车中的关键材料主要包括三大类：一是驱动电机材料、二是动力电池材料、三是轻量化材料。

　　（1）        驱动电机材料

　　相对于电池，驱动电机技术相对成熟，经过多年的“863”科技攻关，我国驱动电机形成了一批科技成果，产品技术性能大幅提高，基本满足整车需要。我国产业基础好，是电机生产大国，中小型电机产品系列全，电机制造能力强，产业链比较完整，制造成本低。驱动电机上游部件——驱动系统控制系统元器件基本上依赖进口，部分产品实现了国产化，但技术性能与国际差距较大。

　　在各种驱动电机中，永磁同步电机比较适合于电动轿车对高功率、大密度电机的要求。永磁材料是永磁电机的重要构成部分，而永磁材料必需依赖钕等稀土资源，我国的稀土资源储量居世界首位。被视为开创新型“清洁能源”经济关键的稀土，在新能源汽车中扮演着重要的角色。

　　稀土元素在汽车上的大量应用始于上世纪90年代，汽车中的电机、发动机转速传感器、汽车防抱死系统（ABS系统）的车轮转速传感器等都要使用高性能的稀土磁体。新能源汽车出现后，稀土使用量更是成倍增长。对混合动力车、电动汽车、燃料电池汽车来说，小型化大功率的驱动电机需要大量使用稀土磁体。

　　稀土中钕（Nd）元素是用来制造高功率轻质磁铁——钕铁硼永磁体的重要原料，而混合动力汽车和电动汽车的电机也将使用这种磁体。钕铁硼是现在世界上磁性最佳的永磁体，也是消耗稀土最多的一种稀土新材料。

　　近年来，丰田、尼桑、本田、日产、三菱、现代和通用等汽车厂商都在新能源汽车上压了很大的筹码，而这些新能源汽车多采用稀土永磁电机，如丰田的燃油电动混合动力汽车普锐斯、本田Insight、福特Focus、尼桑全电动汽车Leaf、通用Chevy Volt等。特别是普锐斯以高燃油效率受到欢迎，在全球市场处于领先地位。据介绍，一辆普锐斯需要约30磅稀土金属，丰田公司每年普锐斯产量有数百万辆，每年总共需要几万吨的稀土金属。丰田还计划提高普锐斯的燃油效率，专家称这会使稀土金属的需求量提高一倍。鉴于日本在混合动力汽车方面取得的显著成果，目前各大汽车厂商都朝着使用稀土的方向走。因此可想而知，国外的新能源汽车的电机和电池每年要消耗大量的稀土金属。

　　（2）       动力电池材料

　　我国的电池工业近年来发展迅猛，已成为全球主要的生产国，生产制造能力、原材料配套能力较强。在动力电池方面，我国也已经形成了一条完整的产业链条，具备良好的产业支撑和配套能力。特别是在原材料领域，我国的锂资源储量居世界第三位，从而为锂离子动力电池的发展提供了可靠的资源保证。

　　对镍氢电池来说，金属镍占镍氢电池单体价值的60%；而锂离子电池中的四大类核心材料（正极材料、负极材料、隔膜、电解液）价值占比基本相当。在正极材料领域，一般地，日系电池采用锰酸锂和镍钴锰三元材料为正极材料；美系电池则主要采用磷酸铁锂正极材料；我国当前主要是磷酸铁锂，锰酸锂也有一定发展。在负极材料领域，国内主要集中在人造和天然石墨上，安全性有一定问题，而技术先进的硬碳目前还是空白点。未来的负极材料将向合金类和金属锂方向发展。在隔膜领域，目前全球的电池隔膜被日本旭化成、美国Celgard等少数国际巨头垄断，我国动力电池隔膜基本依赖进口。在电解液领域，目前电解液配套基本已实现国产化，但软肋是占电解液成本约一半的电解质六氟磷酸锂，国内基本没有企业能够生产。国内电解液生产厂家所用的六氟磷酸锂主要从日本和德国进口。

　　稀土同样在动力电池材料方面有用武之地。稀土贮氢合金目前主要用在镍氢小型电池和镍氢动力电池领域。近年来，随着小型电池容量的提高、环保无污染、较好的安全性，镍氢小型电池在数码产品配套应用领域已突显出强劲的增长势头。稀土贮氢合金另一个更广阔的市场就是为混合动力汽车配套的镍氢动力电池。相信未来稀土贮氢合金在汽车行业的市场将会十分广阔。

　　（3）       轻量化材料

　　从汽车产品的整个生命周期看，油耗费用是汽车生命周期总费用的主体，占汽车生命周期费用的71%，汽车客户迫切希望降低油耗费用以节约后期的运行成本。由于汽车质量的大小影响到滚动阻力、爬坡阻力与加速阻力，因此汽车质量与其燃油消耗有着极为密切的关系。据分析，降低油耗的主要方法有：减轻重量（轻量化）占50%，提高发动机效率占20%，降低行驶阻力占30%，其中最有效的方法是汽车轻量化。汽车轻量化的途径很多，主要有以下三种：①结构优化设计；②应用轻量化材料；③采用激光拼焊、液压成型等先进制造工艺。轻量化成为近年来汽车产业发展的一个方向，许多轻量化材料被汽车厂商应用在了汽车上。汽车用轻量化材料包括超轻汽车高强度钢、先进铝合金、镁合金、钛合金材料，工程塑料和复合材料等。

　　铝合金作为在汽车轻量化过程中采用较多的合金，目前被国外汽车厂家较多地应用在轿车上，据报道，2009年美国每辆轿车的平均用铝量至少为100kg。但是，我国每辆轿车的平均用铝量为十几千克到几十千克。有业界专家分析说，我国轿车的平均用铝量小的原因有三：①铝材的的成本比钢材要高；②铝的弹性模量要低于钢，铝合金的性能与钢材相比处于劣势；③铝合金的实际减重效果还没有达到预期，目前铝合金的减重效果在20%左右。铝合金由于强度较低，故要达到钢材的强度则需要进行加肋等处理，这就影响了铝合金的实际减重效果。

　　与技术和应用都比较成熟的铝合金相比，镁合金在汽车上的应用历史还不太长。目前，镁合金主要应用在座椅骨架、仪表盘、转向盘和转向柱、轮圈、发动机气缸盖、变速器壳、离合器壳等一些零部件。但是，镁合金具有一些明显的优势，如：①质量轻，其密度是铝的2/3、钢的1/4，镁合金在汽车上的应用能够更好地减轻整车质量；②比强度高于铝合金和钢、比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷；③良好的流动性、铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低，而且模具的使用寿命也较长，从而可以降低镁合金的生产成本。正是由于镁合金的这些优势，镁合金在汽车业的应用前景很受看好。

　　使用高强度材料降低钢板厚度规格是近年来汽车轻量化的重要方式。当钢板厚度分别减小0.05mm、0.01mm和0.15mm时，相对应的车身减重分别为6%、12%和18%，可见，增加钢板强度是减小板厚、减轻车重的主要途径。此外，汽车用钢板向高强度化发展也是一种趋势。采用高强度结构钢棒代替原使用材料，增加了构件的抗变形能力，在保持高成形性的同时提高了强度和抗凹陷性，为车身钢板的减重和实现轻量化创造了条件。目前，各国都在加速高强度钢和超高强度钢在汽车上的开发和应用。

　　复合材料作为一种新型的汽车轻量化材料，给汽车轻量化带来了新的选择。当前复合材料在汽车上的应用主要有金属基复合材料、陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料。纤维增强树脂基复合材料在航空/航天器制造领域已有较成熟的应用，正呈现多元化的特征，正从军事领域迅速向民用领域扩散。新能源汽车给树脂基复合材料应用与发展带来了新的机遇，但对其降低制造成本、改进材料性能和废弃车用材料回收再利用提出了更高的要求。长期以来，我国在碳纤维等增强树脂基复合材料制备与应用上与发达国家有着很大差距，尤其在材料研制、制备技术（如低成本自动化复合技术）、评价技术、废弃材料的回收再利用等方面，差距更为显著。

　　发展建议

　　（1）        我国汽车行业应与稀土行业组建战略联盟

　　目前来说新能源汽车行业还处于起步阶段，我国相比其他国家来说差距并不大。如果我国汽车行业抓住时机，大力发展混合动力等新能源汽车，或将有机会追上甚至赶超国外。从产业链条的互相联系来看，新能源汽车行业可为钕铁硼、储氢合金粉、荧光级氧化铕等稀土产业链提供进一步发展壮大的空间，同样，稀土行业对于新能源汽车的性能、成本等具有重要的战略地位，因此我国汽车行业应该考虑跟稀土行业进行战略联盟，这也是应对国外汽车发展的重要战略。

　　（2）       重视其他以电池为动力的交通工具

　　据中汽协统计，2011年，中国汽车的产量和销量分别为1841.9万和1850.5万，而新能源汽车的产销均不足万辆。而今年一季度，国内总共销售纯电动汽车1830辆，混合动力汽车则不足1500辆。相比之下，中国电动自行车和电动摩托车的销售却非常红火，2011年的销售总量突破2600万辆，较上一年的2200万辆增长18.2%。此外，我国交通法规中限制发展的社区电动车、老年人代步车等也逐渐发展为一种“地下经济”。有学者指出，如果能将电动自行车、电动摩托车、社区电动车、老年人代步车等所有以电池为动力的交通工具都视为普及新能源车的市场基础，那么，目前销售惨淡的中国新能源车实际上拥有比世界上任何国家都优越的市场条件。

　　（3）       在轻量化材料中重点发展复合材料

　　据估计，汽车重量每减轻10%，就会节省6%~8%的能源消耗。特别是对新能源汽车而言，受制于动力电池等储能技术的发展水平，在电池储能密度短期内难以大幅度提高的情况下，轻量化材料的应用是解决这一突出矛盾的有效手段。以发展轻量化为主导的先进材料成为汽车产业满足节能、环保及安全要求的一项重要措施。目前汽车的轻量化材料种类较多，包括超轻汽车高强度钢，先进铝合金、镁合金与钛合金材料，工程塑料和复合材料等。从整体性能比较来看，复合材料具有人为可造可控性，是唯一有望在综合性能上提高20%以上的新材料，是最有前途的新材料。

　　作者单位：中国科学院武汉文献情报中心