铜铝排专题：电池包中铝及铝合金应用

一、铝与铝合金的概念

铝是一种银白色轻金属，原子量为 26.98，具有面心立方晶格，密度仅 2.70g/cm³（约为铁的 1/3），熔点 660℃，是地壳中含量最丰富的金属元素之一。纯铝具有良好的导电性、导热性和塑性，但强度较低，通常通过加入其他合金元素（如铜、镁、硅、锌、锰等）形成铝合金，以提升其力学性能。

1、概念

铝合金是铝与其他金属或非金属元素融合而成的合金材料。根据国际焊接学会（IIW）的分类，铝合金可分为锻造铝合金与铸造铝合金，以及热处理强化铝合金与非热处理强化铝合金。

其中，热处理强化铝合金（如 2000 系 Al-Cu 合金、6000 系 Al-Mg-Si 合金、7000 系 Al-Zn-Mg 合金）通过 “固溶退火 – 淬火 – 时效” 工艺提升强度；非热处理强化铝合金（如 3000 系 Al-Mn 合金、5000 系 Al-Mg 合金）则通过固溶强化、加工硬化等方式增强性能。

2、铝及铝合金四位数字标记(EN573-1)方法

铝及铝合金四位数字标记有着特定含义，以 6061 为例：

第一位数字：代表主要合金元素分组，“6” 表示该合金属于 Al-Mg-Si 合金系列 。这类合金以镁（Mg）和硅（Si）为主要合金元素，并以 MgSi 相为强化相，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性和氧化效果，广泛应用于要求一定强度和抗蚀性的工业结构件，如汽车、建筑等领域。

第二位数字：表示改型情况，或对杂质及组合元素的控制情况 。“0” 表示原始合金，没有对合金进行特殊改型 。若数字为 1-9，则表示对原始合金进行了相应次数的改型 。

第三和第四位数字：对于 2xxx – 8xxx 组，这两位数字没有特定含义，仅用作顺序号，以识别同组中的不同铝合金 。“61” 是用来区分 6xxx 系列中不同铝合金的编号，并不直接代表成分或性能特点 。

而对于 1xxx 组（纯铝），最后两位数字表示纯铝最低百分含量（99.00%）的小数点后面的两位数字 ，例如软铝排 1060，表示铝含量为 99.60%。

3、各系列铝合金特点及典型应用

二、铝与铝合金的核心特性

铝及铝合金的特性使其成为动力电池领域的理想材料，主要体现在以下方面：

1、轻量化优势：纯铝密度仅 2.70g/cm³，远低于钢（7.87g/cm³），铝合金通过合理合金化设计，可在保证强度的同时维持低密度特性。例如，6000 系铝合金的密度约 2.71g/cm³，比高强度钢轻约 60%，能显著降低动力电池包的重量，提升电动车续航能力。

2、优异的力学性能：铝合金可通过强化工艺实现高强度与高韧性的平衡。例如，7000 系 Al-Zn-Mg 合金的抗拉强度可达 500MPa 以上，5000 系 Al-Mg 合金具有良好的抗冲击性，能满足动力电池包的结构承载与碰撞安全需求。

3、铝替代铜电气趋势：铝及铝合金具有一定的导电性能，纯铝的电导率约为 61% IACS（国际退火铜标准），虽低于纯铜的 100% IACS，但铝的密度仅为铜的约 1/3。从导电效率与重量的综合角度看，在相同重量下，铝的导电总量更具优势，能满足动力电池包内部电气连接的需求，如电气系统中使用的 6101 硬铝排和 1060 软铝排，在实现高效导电的同时有助于减轻电池包整体重量。

4、良好的导热与散热性：纯铝的导热率为 235W/m・k，铝合金（如 6061）导热率约 167W/m・k，远高于钢（约 50W/m・k），可快速传导电池工作时产生的热量，配合冷却系统实现高效散热，避免电池过热。

5、耐腐蚀性能：铝表面易形成一层致密的氧化膜（Al₂O₃），能阻止内部材料进一步氧化；5000 系 Al-Mg 合金等还具有优异的耐电化学腐蚀能力，可适应动力电池长期处于潮湿、多电解质环境的使用场景。

6、易加工性：铝及铝合金具有良好的塑性和成型性，可通过挤压、轧制、焊接等工艺制成复杂结构件（如电池包托盘、横梁），且加工能耗低于钢，适合大规模量产。

三、动力电池中铝及铝合金的应用部位

动力电池系统（尤其是电池包）的多个核心部件依赖铝及铝合金的特性，大概应用如下：

1、下托盘与底板
下托盘和底板主要采用 6 系铝合金中的 6061、6064、6005A 等，6 系铝合金具备中等强度、良好的耐腐蚀性和加工性能，两者共同构成电池包稳固的底部支撑结构，能有效抵御来自路面的冲击，为内部电芯营造安全稳定的环境。

2、横梁与支架
横梁采用6 系铝合金中的 6082 铝合金，6082 铝合金在 6 系合金里强度较高，具有出色的挤压性能与焊接性能，用于固定模组并预留布置空间。端部支架采用 6061 铝合金，能缓冲车辆行驶振动带来的冲击力，起到连接和稳定结构的作用。

3、侧面防撞梁
侧面防撞梁由6 系铝合金中的 6082 铝合金制成，通过辊压成型工艺，利用该铝合金的高强度及可设计的变形特性，配合溃缩结构在车辆侧面碰撞时吸收能量，降低对内部电芯的影响，提升电池包安全性。

4、冷却系统部件
电池冷却系统的材料选择多样化，具体如下：

（1）平板式冷却板（冲压流道板）：采用 3 系列铝中的 3003 合金（对应国标牌号 LF21）。3 系列铝因优异的耐腐蚀性及焊接性能，是汽车热交换器相关材料的首选，能适应冷却系统的潮湿环境，满足冲压成型工艺要求。

（2）挤压型材式、搅拌摩擦焊及铣槽式冷却板：选用 6 系列铝合金（6063 或 6061 合金）。6 系铝具备高强度、优异的加工和导热性能，适用于电子散热领域的热沉，可支撑复杂流道结构，保障散热效率。

（3）扁管：精密挤压工艺以 1 系和 3 系铝为主，辊弯成型工艺则采用 3003 管板料加工，利用其良好的成型性和耐腐蚀性保证扁管的密封性与耐用性。

（4）吹胀式冷却板：受工艺限制，以 1 系铝居多，少部分采用 3 系铝，利用其延展性实现均匀变形。

（5）压铸式冷却板：采用铸造铝合金 ADC12、ADC1 等再生铝合金，适合复杂结构的一体压铸成型，兼顾成本与结构强度。

5、电芯的铝壳
电芯铝壳多采用 3003 铝合金，其属于 Al-Mn 系合金，具有良好的密封性、导热性和耐腐蚀性，能保护内部化学物质并传导热量，通过冲压等工艺可制成精密形状，减轻电芯整体重量。

6、模组的端板与侧板
模组的端板和侧板常选用 A380、5083 等铝合金，A380 属于 Al-Si-Cu 系铸造铝合金，能为模组提供坚实支撑，精准塑造复杂形状。5083 铝合金属于 Al-Mg 系合金，在不可热处理合金中强度良好，耐腐蚀性优异，尤其适应电池包内部环境，焊接和加工性能出色，能抵御振动产生的应力，保障模组结构稳定。

7、电气系统的软硬铝排
电气系统中，硬铝排材质选用 6101 铝合金，其电导率高达 61% IACS，耐腐蚀性与焊接性良好，可满足高电流传输需求。软铝排采用 1060 纯铝，由多层 0.1mm 软态铝片焊接而成，导电性优良且质地柔软，便于加工成复杂形状。与铜排相比，铝排重量更轻，有助于减轻电池包整体重量，提升车辆续航能力。

四、总结

铝及铝合金凭借轻量化、高强度、导热性好、耐腐蚀等特性，在动力电池系统中应用广泛。从底部的托盘、固定模组的横梁，到安全防护的防撞梁、高效散热的冷却系统，再到电芯外壳、模组部件及电气系统的铝排，不同系列的铝合金（如 3 系、5 系、6 系等）通过各自的性能优势，满足了电池包在重量、安全、散热等多方面的需求，为电动车的续航提升与安全保障提供了重要支撑。

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