汽车复合材料的电气化需求

在航空航天及先进空中交通（AAM）等先进交通领域，复合材料的应用成效备受瞩目。回顾行业发展，波音 737 的复合材料占比不足 10%，而空客 350XWB、波音 787 等新一代机型（按结构重量计算）的复合材料占比已超 50%—— 过去 50 年间，航空航天业全面拥抱了复合材料。

但若对比汽车行业的发展历程便会发现，尽管在实现减重与可持续发展目标的紧迫性上，汽车行业与其他交通领域不相上下，但其对复合材料的整合进度却明显滞后。目前，普通乘用车的平均复合材料含量仍维持在 10% 左右，更高渗透率的应用仍主要局限于超高端车型。

汽车行业广泛采用复合材料的核心制约因素之一，在于其高昂的成本。在乘用车领域，与当前主流的钢、铝等材料相比，玻璃纤维增强聚合物通常可使部件重量减轻 14% 至 25%，而碳纤维增强聚合物（CFRP，又称碳纤维增强塑料）则可实现 25% 至 40% 的减重。然而，汽车级复合材料（尤其是 CFRP）每公斤的综合材料与加工成本，比钢或铝高出十倍以上，因此如其所述，其大规模应用仅在豪华车领域具备经济可行性。

表 1：常用汽车材料每公斤（材料 + 加工）的平均成本（来源：CAR Research）

尽管乘用车领域复合材料平均渗透率仅约 10%，但汽车行业庞大的全球产量，仍催生出巨大的复合材料需求。仅 2024 年，该行业对复合材料的需求价值便超过 120 亿美元（102.4 亿欧元），需求量突破 330 万吨。

非线性的生产需求格局

从生产端来看，以中国为核心的亚太地区在全球汽车产业中占据主导地位，预计到 2025 年，该地区汽车年产量将突破 5000 万辆，其中中国占比约 60%（即超过 3000 万辆）；欧洲紧随其后，年产量约为 1800 万辆。

有趣的是，尽管亚太与欧洲的汽车产量差距悬殊，两地的复合材料需求却基本相当 —— 这一现象的核心原因在于，欧洲车型的单车平均复合材料含量显著更高。北美地区的汽车产量虽位居第三，但其复合材料需求预计将成为全球最大：这一需求特点与北美车队结构密切相关，当地道路上以轻型商用车（尤其是小型货车）为主，而其他地区则以乘用车为绝对主力。因此，尽管北美汽车生产规模相对较小，但得益于轻型商用车的复合材料含量通常更高，该地区的复合材料需求量呈现出 “规模不高但需求强劲” 的特点。

截至 2025 年，北美地区的复合材料需求约占全球汽车复合材料总需求的 35%，对应需求量约 130 万吨，其中预计 70% 的需求将直接来自轻型商用车（LCV）本身。

从内燃机到电动汽车的复合材料部件

在内燃机乘用车中，复合材料的典型应用场景包括弹簧、车身外板、引擎盖、后备箱盖及进气歧管；而在高端跑车与轻型商用车领域，复合材料的应用范围进一步拓展，涵盖扰流板、A 柱、单体壳底盘段、隔板、保险杠、卡车车厢及其他结构件或空气动力学部件。

截至 2025 年，美国市场的电动汽车渗透率约为 25%，其中纯电动汽车（BEV）占比仅 10%。从需求端来看，这一市场格局为汽车复合材料开辟了多条发展路径：一方面，持续扩张的电动汽车车队本身具有 “复合材料密集型” 属性 —— 与同级别内燃机汽车相比，电动汽车通常会采用更多复合材料部件（如电池盖、模块托盘、接线盒盖等），直接推动复合材料需求增长；另一方面，受电池组影响，电动汽车通常比同级别内燃机汽车重 10% 至 15%，额外的重量叠加消费者对续航里程的焦虑，使得 “轻量化” 对电动汽车而言愈发重要。

从数据来看，电动汽车每减重 15 至 20 公斤，续航里程可延长约 2 至 2.5 公里；若将减重空间转化为电池容量提升，续航里程甚至可增加多达 5%。此外，当前美国电动汽车市场以乘用车为主，轻型商用车的电动化仍存在较大空白 —— 而轻型商用车本身就是复合材料采用率相对较高的领域，其电动化进程将进一步扩大美国的复合材料需求。其中，皮卡的潜力尤为突出：电动皮卡的平均重量，比传统轻型商用车重约 2000 磅（907 公斤），对轻量化材料的需求更为迫切。

燃料电池电动汽车（FCEV）与电池外壳的复合材料转型

当前车队电气化进程中，除纯电动汽车（BEV）外，燃料电池电动汽车（FCEV）也是重要组成部分。尽管目前全球 FCEV 车队规模仅约 8 万辆，但随着业界逐渐意识到其碳足迹远低于高碳排的纯电动汽车，预计到 2029 年，这一数字将增至 25 万辆。

与纯电动汽车不同，FCEV 以复合材料密集型储罐（即压力容器）替代了电池外壳与托盘。尽管目前纯电动汽车的市场需求量远超 FCEV，但 FCEV 对复合材料市场的影响仍不容忽视：当前 FCEV 压力容器对复合材料的年需求量约为 9 万吨，到 2029 年有望增至 12 万吨。

具体来看，FCEV 中最重要的复合材料密集型部件是储氢罐；与之相对，纯电动汽车中最具潜力的复合材料应用场景则是电池外壳。不过，尽管复合材料储氢罐已实现广泛应用，复合材料电池外壳的普及程度却远不及此 —— 目前约 70% 的电动汽车仍采用铝制或钢制电池外壳。

从技术层面看，复合材料作为电池外壳材料，性能显著优于铝材：不仅能大幅减重，还具备出色的隔热性能。以 CFRP 为例，其导热系数仅为铝的约 1/200，且通过合理添加阻燃添加剂，可满足严苛的防火、防烟与防毒性（FST）标准。这些特性对于降低电动汽车电池热失控风险至关重要。

业界已充分认识到复合材料电池外壳的优势，其替代传统金属外壳的进程正在加速。与多数汽车复合材料应用场景一致，玻璃纤维在电池外壳领域的渗透率仍高于碳纤维；树脂类别方面，热塑性塑料占据主导地位 —— 无论是电池外壳应用，还是更广泛的汽车复合材料领域，热塑性塑料均为核心选择。Stratview Research 的测算显示，未来 5 年全球汽车复合材料需求中，约 75% 将来自热塑性复合材料，这一数据既体现了热塑性塑料的主导地位，也反映了行业对其的长期信任。

重量悖论

尽管复合材料因轻量化优势广受认可，但对各细分市场平均车辆质量的分析却揭示了一个 “重量悖论”：即便复合材料的集成度不断提升，车辆平均重量仍在持续增加。

以美国车型为例，其平均整备质量从 2000 年的约 1.7 吨（3800 磅）增至 2025 年的 2 吨（4400 磅），增幅达 15%；若与 1980 年相比，这一数值更是增长了约 40%。这种重量增长背后，是更严苛的安全法规（以及随之增加的安全气囊等组件）、信息娱乐与驾驶辅助系统的普及，以及消费者对大型车辆的偏好等多重因素；但与此同时，这也凸显了复合材料在抵消上述增重趋势、为行业带来实质性减重效益方面的潜力尚未被充分挖掘。

因此，汽车行业若想通过复合材料实现 “真正的减重”（而非仅在增重车辆中搭载轻量化部件），可成比例降低总体碳排放量。另一种同样有效的解决方案是采用天然纤维复合材料 —— 从部分部件的初步应用情况来看，这类材料可将生命周期碳排放量降低高达 90%。

此外，将回收复合材料部件集成至车辆中，也是减少碳足迹的重要途径。尽管碳纤维回收技术已问世多年，且众多商业回收商将汽车行业视为核心终端应用市场，但目前汽车制造业中实际应用的回收碳纤维仍为数不多。行业主导的相关举措同样有限，不过 FlBlAS++ 项目是一个显著例外 —— 该项目于 2025 年 3 月启动，吸引了 Stellantis 等领先汽车原始设备制造商（OEM）参与，核心方向便是在汽车应用中推广回收复合材料的使用。