铝制、电钢制与复合材料电池包外壳对比

外壳是电动汽车电池包中一个鲜为人见却至关重要的部件。它负责固定电池模组、防止水和灰尘进入、承受碰撞载荷，并在发生热失控事件时争取宝贵的应对时间。 LEAPENERGY作为一家为400V和800V纯电动汽车（EV）及增程式电动汽车（REEV）平台提供产品的电池包制造商，电池包外壳材料的选择被视为整车项目层面的重要决策，而不是默认采用某种材料。本指南参考已公开的工程技术资料和标准，对三大主要材料类别进行比较。

为什么外壳材料如此重要

• 重量与续航里程。 根据 《电动出行工程》（E-Mobility Engineering）的数据，一个典型的70 kWh电池包重量约为500千克，其中外壳和底部防护结构的重量最高可达100千克。
• 市场现状。 同一资料指出，目前约80%的电池包外壳采用铝材，其余采用钢材，而复合材料主要开始应用于上盖和底板。
• 安全与合规性。 碰撞、挤压、防尘防水以及防火等要求，都需要由电池包外壳来满足。
• 成本。 材料、模具、腐蚀防护和连接工艺都会影响电池包的最终价格。

铝制外壳

铝材是注重轻量化设计的主流选择。它具有良好的耐腐蚀性，无需使用厚重的防护涂层；能够通过挤压工艺制成复杂型材（包括冷却通道），并且导热性能良好，有助于通过被动方式扩散热量。 《电池设计》（Battery Design） 以大众ID.3为例，介绍了一种采用成型板材和挤压型材加工组装而成的铝制外壳，并指出，冲压成型、挤压成型后焊接，以及大型压铸，是目前常见的制造工艺。

这些权衡确实存在。铝的刚度低于钢，因此在承受碰撞载荷的区域可能需要进行加固。必须谨慎设计，以应对疲劳和裂纹扩展问题。此外，在达到相同强度的情况下，铝的成本高于钢。另一个值得关注的问题是火灾风险：E-Mobility Engineering 引用了基于一家钢材供应商分析得出的火灾测试数据，其中一块厚度为 1.1 毫米的铝板在约 15 秒内达到熔点。虽然这一数据应视为供应商提供的报告结果，但它也解释了为什么铝制电池包通常配备耐火底板和隔热屏障。

钢制外壳

钢材具有较高的强度、出色的碰撞防护性能，并且易于焊接和成型。其熔点远高于铝，有助于提升耐火性能。日产聆风（Nissan Leaf）电池包就是一个长期应用的典型案例，其外壳采用冲压钢制成的上盖和下盖。

不过，钢材的重量更大、导热性能较差，而且需要通过涂层或其他处理方式防止腐蚀。高硅钢和高强度钢材可以通过减薄壁厚来缩小重量差距。E-Mobility Engineering 总结的一项与供应商相关的分析发现，在年产量达到 20 万辆的情况下，采用高硅钢设计的 70 kWh 电池包，其制造成本相比同等铝制方案最高可降低 50%，同时重量和碰撞性能基本相当。这类结果取决于生产规模、材料等级和设计方案，因此应结合自身平台进行验证。

复合材料外壳

“复合材料”涵盖多种材料，包括片状模塑料（SMC）、玻璃纤维热塑性材料和碳纤维。这些材料具有耐腐蚀、可塑造成复杂形状以及高比强度等优点。Battery Design 指出，福特 Mustang Mach-E 使用了 SMC 上盖，而第一代 Formula E 电池包采用了碳纤维结构外壳。这种方案适用于赛车运动，因为在该领域，重量比成本更为重要。

复合材料也存在局限性。除非通过加入导电嵌件进行混合材料设计，否则其导热性能较差；此外，通常还需要通过添加金属箔或涂覆导电纤维来实现电磁干扰（EMI）屏蔽。E-Mobility Engineering 报告称，与全铝设计相比，热塑性材料方案可减轻约 20% 的重量。此外，一项由德国联盟开展、针对 20 种多材料概念的研究发现，重量最多可降低 36%，成本最多可降低约 20%。不过，夹层结构通常会牺牲约 5% 的内部模组空间。目前，汽车制造商通常先将复合材料应用于上盖和底板等风险较低的部件，然后再逐步推广到结构托盘。

并列对比

因素	铝	钢	复合材料
重量	重量轻；是长续航电池包的常见选择	重量最大，但高强度钢材可以采用更薄的壁厚	已发表研究中重量最轻（比铝轻约 20% 至 36%）
材料成本	在达到相同强度的情况下，成本高于钢	通常较低	因方案而异；部分设计成本更低，但模具成本可能较高
导热系数	良好	更低	除非经过混合改性，否则性能较差
防火性能	熔点较低，需要设置隔离屏障	熔点较高	取决于树脂、纤维和阻燃剂
耐腐蚀性	天然耐腐蚀	需要进行涂层处理或表面处理	不会发生腐蚀
电磁干扰（EMI）屏蔽	固有特性	固有特性	需要增加额外层
典型用途	托盘、框架、冷却板	注重成本和高强度的托盘及盖板	盖板、底板、赛车运动结构件

资料来源：E-Mobility Engineering 和 Battery Design，链接见上文。评级为相对评价，具体表现因合金、材料等级和设计而异。

消防安全与标准

材料选择不能与验证测试分开考虑。A 《热分析与量热学杂志》发表的一项同行评审研究 指出，壳体材料的燃烧特性对耐火性能具有重要影响，UNECE R100汽油池火测试是电动汽车的强制性测试，而中国GB 38031-2020标准已纳入热扩散和外部火烧测试。

在中国， UL 2580 涵盖电动汽车电池，并包括挤压、浸水、盐雾、振动和外部火烧暴露测试，所有这些测试都会直接对电池外壳施加应力。

可持续性也是决策的重要考量因素。2025年一项 田纳西大学开展的生命周期评估研究 对钢材、铝材和玻璃纤维复合材料电池箱进行了评估，结果发现，当行驶里程超过约13,000公里时，玻璃纤维复合材料方案表现最佳；当行驶里程超过约155,000公里时，铝材的表现则优于钢材。钢铁行业的相关资料报告了不同的数据，因此，最终结果取决于材料等级、再生材料含量以及研究范围。

不同应用场景适合哪种材料？

应用	常见选择方案	采购团队实际上是如何比较
长续航乘用电动汽车	铝制托盘和框架	主要驱动因素是减轻重量
对成本敏感或大批量生产的平台	钢材或高强度钢	材料成本、强度和焊接性能
电池盖板和底部护板	复合材料或热塑性材料	重量、耐腐蚀性和设计灵活性
赛车运动及小批量特别版车型	碳纤维	在成本次要的情况下，实现最大程度的减重

本表反映的是典型的工程实践，并非固定规则。热管理布局、碰撞安全目标和生产规模都可能改变最终选择。

LEAPENERGY 如何处理电池包外壳设计

LEAPENERGY 的 电动汽车/增程式电动汽车（EV/REEV）电池包 网页列出了金属板材外壳，并介绍了其安全设计中采用的高强度钢外壳。电池包采用液冷技术，温差控制在 2 °C 以内，支持 400V 和 800V 平台，并采用基于 CTP 和 CTC 结构的 LFP 方形电芯。其列出的验证项目包括 100 kN 挤压测试、5 米跌落测试、130 秒电池包火烧测试和热扩散测试，以及 40 多项滥用测试。标准电池包的防护等级为 IP67，产品常见问题解答中还注明已通过 UN 38.3 认证，并可按需提供 IEC 62660 和 UL 2580 相关文件。

其背后依托的是 研发与验证能力 LEAPENERGY 网站对此进行了介绍，包括结构与热失控仿真、相当于行驶 40 万公里的振动测试、底部冲击测试以及 IPX9K 验证。对于正在制定验收标准的采购方，LEAPENERGY 关于 电池包下线测试 的文章是一份实用的参考资料。

核心要点

• 在以轻量化为首要考虑因素的情况下，铝材仍然是最常见的选择。
• 钢材在成本、强度和防火性能方面具有优势，尤其是采用现代高强度钢材时。
• 复合材料的应用日益广泛，主要用于上盖和底板，同时需要做好电磁干扰（EMI）和热管理方面的规划。
• 应根据实际适用情况，依据 UN R100、UL 2580 或 GB 38031 标准对整个系统进行验证，而不仅仅是材料本身。

联系 LEAPENERGY，了解您的电池包外壳方案

有了测试数据和明确的平台目标，选择外壳材料就会更加容易。LEAPENERGY 为整车制造商（OEM）和车队项目提供适用于电动汽车（EV）、增程式电动汽车（REEV）和插电式混合动力汽车（PHEV）的电池包，支持 400V 和 800V 架构，并拥有内部仿真、结构分析和电池包级验证能力。标准电芯提供三种方形电芯宽度（148、208 和 300 毫米），以适配不同车型平台；定制服务涵盖结构、尺寸、电气规格和接口。样品交付周期为 3 至 4 周，最低起订量为 5 件，具体可根据项目协商。启动合作时，请提供您的电压、能量、安装空间、碰撞和防火要求以及目标认证标准，我们的工程师将评估适合您项目的方案。定制电池包的外壳材料将由工程团队最终确认。请访问 LEAPENERGY or 联系我们 以申请报价。

常见问题

哪种电池包外壳材料综合性能最好？

没有一种材料在所有方面都占据绝对优势。铝材因轻量化而受到青睐，钢材在成本和强度方面具有优势，而复合材料则具有良好的耐腐蚀性和设计自由度。正确的选择取决于碰撞性能目标、热设计、生产规模和预算。

复合材料电池外壳在火灾情况下安全吗？

这取决于树脂、纤维和阻燃系统。已发表的研究表明，长纤维复合材料具有良好的耐火焰性能，但最终仍需以完整电池包的防火测试结果为准。电池包仍必须通过 UN R100 和 GB 38031 等法规要求的防火及火焰蔓延测试。

外壳会影响快充性能吗？

会产生间接影响。导热性能会影响热量在电池包内部的传递方式，但大部分散热工作仍由冷却板和热管理系统承担。根据 LEAPENERGY 产品页面的信息，其部分平台的电池包最高支持 4C 充电。

电动汽车电池包应具备什么 IP 防护等级？

IP67 是防尘和防水浸泡的常见要求，LEAPENERGY 标准电池包的防护等级为 IP67。具体车型的要求应以整车制造商（OEM）的技术规格为准。