新格局下铝消费结构的转变-汽车篇

一、汽车轻量化大势所趋

1.1 汽车轻量化推动行业实现节能减排

严峻的能源和环境问题是汽车产业在可持续发展道路上必须要面对的重大挑战。我国汽车保有量在过去20年不断增加，截至2022年已达3.19亿量。目前汽车行业已成为石油资源的最大消费领域，2020年发布的《第二次全国污染源普查公报》显示，我国机动车排放的氮氧化物、挥发性有机物也分别达595万吨和196万吨，占全国排放总量的33.3%与19.3%。在“蓝天保卫战”和“双碳”政策压力下，汽车行业节能减排势在必行。

　　依照国家部委发布的《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》，我国乘用车新车平均燃料消耗量水平在2020年应下降至5L/100km左右，2025年达到4L/100km。而根据工信部每年发布的双积分成绩来看，随着标准逐年收紧，2016年至2020年，车企不合格率逐年攀升，2020年达到67.16%。直到2021年，乘用车平均燃料消耗量水平仍在5L/100km以上，尚未完成2020年5L/100km目标，距离2025年4L/100km目标还比较遥远。而根据国家部委发布的2021年度《中国乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分核算情况表》推算得知，2021年传统能源乘用车（包括混合动力和非混合动力）平均油耗在6.0L/100km，距离《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中提出的2025年混合动力新车占传统能源乘用车的50%-60%，平均油耗5.2L/100km（WVLTC工况和）非混合动力新车平均油耗6.2L/100km总体目标，还需减少0.3-0.4L/100km。

　　对于燃油乘用车，三厢轿车、两厢轿车、运动型多用途汽车（SUV）和多用途汽车（MPV）而言，每减重100kg，节油量分别为0.37L/100km、0.31L/100km、0.46L/100km和0.45L/100km。由此可见，想要达到《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中提出的2025年目标，在加大混合动力乘用车比例的同时，平均每车需减重100kg左右的整备质量。

　　1.2 汽车轻量化有助于提高电车续航里程

提高新能源汽车续航里程，发展电池能力和汽车轻量化是两个并行的主要方向。目前电池能力逐渐达到极限，发展汽车轻量化的动力进一步增强。《节能与新能源汽车技术路线图2.0》显示，通过有关模拟，从续驶里程的角度，其结果是，当有能量回收时，每减少100kg的质量，A级车的续驶里程增加12.3km，C级车的续驶里程增加13.0km；如果除动力蓄电池以外的部件减少10kg的质量，并将减少的质量分给动力蓄电池，保持整车的整备质量不变，则A级车的续驶里程将增加12.5km，C级车的续驶里程将增加9.3km。另外，减轻减轻汽车其他部件的质量的同时，也可考虑增加电池容量，保持汽车质量不变的情况下，实现更长的续航里程。从经济性的角度考虑，增加电池容量的成本高于汽车减重的成本。欧洲铝业协会(EAA)的研究表明，对于高尔夫之类大小的电动车型，相同续航里程下，使用全铝车身将增加1015欧元成本，但可以节省电池成本1650欧元，总成本将减少635欧元。

　　二、三大途径实现汽车轻量化

　　2.1 材料轻量化：高强度钢和铝合金应用较为广泛

目前汽车制造中用到的轻量化材料有：高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料、工程塑料等。其中高强度钢和铝合金性价比高，特点明显，在汽车轻量化的材料中占比较高。根据赛瑞研究和中国产业信息网数据，预计2020年高强度钢和铝合金占据了汽车轻量化市场的85%以上，其中铝合金的比例接近65%。镁合金减重效果略好于铝合金，但化学性质不稳定，易燃易被腐蚀，应用范围较为狭窄，一般仅用于内饰、轮毂和动力总成中。碳纤维复合材料减重效果远胜于金属材料，但成本上也远高于一般常用材料，目前仅应用于赛车、超级跑车。

　　2.1.1 铝合金：耐腐蚀延展好，多用于零部件

在诸多轻量化材料中，铝是最先替代钢材的制造材料，目前在汽车制造中的用量仅次于钢材和铸铁。铝合金价格为钢的2.5倍，在各种轻量化材料中并不算贵，目前代替低碳钢可实现40%～50%的减重。铝合金化学性质稳定，不易腐蚀，延展性好，在轮毂和气缸中的应用较为成熟，也常作为汽车车身的覆盖件，在车身受到冲击时，可以大量吸收冲击力，保护驾乘室安全。此外，汽车底盘铝化和新能源汽车电池壳铝化有望成为单车用铝量增加的新动力。据欧洲铝协预测，未来汽车铝化的极限可达到50%。

　　我国汽车用铝原料供应充足，但工艺上仍有差距。我国是电解铝的生产大国，2022年国内电解铝产量4007.29万吨，约占全球产量的59%，在电解铝的供应上不成问题。但汽车制造使用的铝合金中，70%以上为压铸铝合金，国内在铝合金压铸工艺上对比美国、日本还有一定差距，挤压铸造产品存在质量稳定性差、废品率高等诸多问题。

　　2.1.2 高强度钢：成本低强度高，多用于驾驶室

高强高韧、低密度是国际汽车用钢的重要发展方向，也是实现汽车轻量化、改善材料成形质量的重要指标。高强度钢相比于传统低碳钢可减重15%-25%，目前通过热成型工艺制造的高强度钢屈服强度和抗拉强度均能超过1000Mpa，是普通铝合金的3-5倍。在材料成本上，高强度钢也低于镁铝合金和碳纤维复合材料。

当车辆前后方发生碰撞时，保护车内乘员安全的乘坐室不应发生过多变形，所以对于驾乘室的框架，如横梁、纵梁、ABC柱等，基本都会采用高强度钢作为材料。以安全著称的沃尔沃汽车在XC90上的高强度钢使用占比超过40%，即便是以“全铝车身”的著称的奥迪A8，特斯拉Model Y在其驾乘室的框架上，也同样会选用了高强度钢作为原材料。

　　2.2 结构轻量化：尺寸优化和拓扑优化使用广泛

车身结构轻量化主要通过对车身整体及零部件进行结构分析和优化，改进车身结构，使部件薄壁化、中空化、小型化和复合化。根据设计变量及优化问题类型的不同，结构优化分为尺寸优化、形状优化、形貌优化、拓扑优化四种。

尺寸优化顾名思义，以零部件的尺寸作为优化的参数变量。通过板材厚度、杆件横截面面积等尺寸关系，寻找最优设计参数的组合。

　　形状优化通过适当改变零部件的外形使结构更加均匀地受力，形貌优化则是根据汽车各部件的强度要求和使用频率的不同，在强度要求高的部位储存或增强材料，在强度要求低的部位减薄或去除材料。

　　拓扑优化是在给定设计空间的前提下，通过拓扑算法，对材料分布进行分析，最终得到最优化的动力传递路径以达到尽可能多节省材料的目标。以克莱斯勒汽车公司某款SUV为例，汽车设计方按照造型、总布置、人机等要求，定义好车身拓扑优化设计空间，进行网格划分并设定加载工况。该加载工况主要考虑静态弯曲、扭转刚度，动态正碰、侧碰及后碰等工况要求，等效成拓扑静态线性工况及约束条件。在经过20多次迭代之后，实现质量减小79kg（15.3%），超出预计减重13%的目标。车身扭转刚度达到19100 N·m/deg，弯曲刚度达到30200N/mm；白车身模态一阶扭转频率达到35.3Hz，一阶弯曲频率达到46Hz，实现既定目标要求。

　　2.3 工艺轻量化：造车新势力引领一体化压铸

轻量化制造工艺是保证高强度材料、轻质材料与多材料混合等轻量化方案成功应用的必要手段，是一座连接轻量化材料和轻量化结构的桥梁。轻量化材料通过轻量化的工艺进行加工、拼接，最终实现轻量化结构的设计效果。对于材料轻量化中运用最为广泛的高强度钢和铝合金，对应的制作工艺分别有热成型法和一体化压铸。

　　2.3.1 热成型

目前热成型工艺在汽车工业中应用最为广泛。热成形工艺是将热成形钢的原料放进炉中加热，经过模内热成形并保压淬火后，使高强度钢板由淬火前抗拉强度Rm=500-600MPa提高1000-1600MPa。热成型工艺制造的钢材相比于传统软钢质量更轻，强度更高，特斯拉官方数据显示，Model 3的材料选用中，使用热成型工艺制作的超高强度钢和高强度钢用量占比分别达到了18.7%和38.3%，而软钢仅占比12.5%。

　　2.3.2 一体化压铸

压铸是汽车常用的铸造方式之一，原理是通过压机将金属液压射到模具中，汽车上压铸件通常是镁、铝合金。受制于压铸机锁模力的大小，过去常以小型零件为主。压铸一体化优点在于一个铸件可以取代原本几十个零件，实现了零件高度集成化、模块化。同时在其设计和铸造时，可通过变化截面、布置加强筋等手段，使得部件的性能更高、质量更小。2021年3月特斯拉率先使用6000T超大型压铸单元进行压铸，将Model Y后底板70多个零件减少至2块，车辆后部重量减轻了30%，制造成本降低了40%。目前我国一体化压铸企业有广东鸿图、文灿集团、旭升股份等，其中部分企业已经获得了蔚来汽车、理想汽车相关的一体化压铸订单。沃尔沃、奔驰等外资企业也陆续推进一体压铸厂房改造和底盘一体化结构件生产。

　　三、各系统轻量化中用铝量测算

　　汽车的基本结构大体可分为四大部分，分别是车身，发动机，底盘和电气设备。其中车身、底盘、动力与传动系统占汽车总重的比重分别为：27.2%、22.5%、20.4%，合计占比70%左右，上述系统减重是汽车轻量化的主要突破方向，因此下文将着重预测这三部分的轻量化情况。

　　3.1 车身轻量化：目前以钢为主，铝合金渗透率增速较快

汽车车身主要由车身结构件、车身覆盖件及车身加强件组成。其中车身结构件占整车质量的20%-30%，其主要目的是为车身起到支撑作用，类似于“人体骨骼”。车身结构件主要包括：前后总成、A/B/C柱、左右减震器悬挂部分、左右纵梁、横梁、上边梁等零部件。由于车身结构件需支撑起整个车身，因此对其强度要求较大。目前使用的材料有普通钢、高强度钢、铝合金等，其中高强度钢为主流材料。与高强度钢相比，铝合金成本更高且不易焊接，在实际应用中有所受限。主要应用在前、后减振器塔、顶盖横梁与CD柱连接件、挤压型材骨架结构件（纵梁、门槛及顶盖横梁等）、管材结构件等。不过一体化压铸技术的推出，为铝合金的应用带来了广阔前景，其中Model Y后底板70多个零件减少至2块。从焊接点来看，传统的组装过程约有3000个焊接点。而一体化压铸铝合金车身工艺，通过减少焊接点显著降低了加工成本。目前由于技术限制一体化压铸并未得到广泛应用，在成本和轻量化驱动下，未来有望得到广泛应用，由此铝合金车身结构件中的份额将会随之提高。

　　车身覆盖件是车身轻量化的重要领域。车身覆盖件占整车的1/4到1/3，主要包括：左右前后车门、车顶、引擎盖、翼子板、后车厢等。车身覆盖件起到美观和疏导气流的作用，在发生碰撞事故时，车身覆盖件的保护作用较小，因此对其强度要求较低。此时，铝合金凭借其质量较轻的特点脱颖而出。根据市场研究机构Ducker的数据，2020年铝合金引擎盖渗透率为73%，预计2025年可达85%。而车门等渗透率相对较低。

　　为了测算车身用铝量，我们分别测算车身结构件及车身覆盖件的用铝量而后加总。就车身结构件而言，根据信公咨询数据，传统钢制车身重量为350-450kg，全铝冲焊车身重量为200-250kg，一体化压铸铝合金全车身重量为200-250kg，因此我们将铝制车身结构件的重量认定为中间值230kg。Ducker Worldwide预测，2025年全铝车身渗透率为18%，考虑到一体化压铸技术的快速推广，这里将2025年的渗透率提升至20%，其余不变。

就车身覆盖件而言，根据南山铝业公告显示，以新能源汽车全铝车身为例，单辆车使用的四门两盖及电池托盘等产品的合计重量约为300公斤。而电池盒重量约为50-80kg，因此我们推演汽车覆盖件重量约为235kg。另外，综合Ducker Worldwide预测的各部件渗透率，我们预测2025年铝合金车身覆盖率为65%。

　　根据预测，2025年全国车身部分总用铝量达468.47万吨，2021-2025年CAGR为：17.3%。其中覆盖件用铝量达348.87万吨，结构件用铝量达119.6万吨。2021-2025年复合增长率分别为：15.6%、23.1%。相对而言，结构件增速更快，主要受两方面因素影响，一是目前全铝车身渗透率较低，基数较小；二是一体化压铸技术刚刚兴起，未来有望得以广泛应用。

　　3.2 底盘轻量化：渗透率低，前景广阔

一般认为，对汽车底盘实施轻量化在油耗和操控等方面的收益，要远高于同等程度其他部位的轻量化，行业中流传着“簧下1斤，簧上10斤”的说法。在保证底盘对车身提供足够支撑力的前提下，提升簧上质量与簧下质量的比值，相当于卸下了绑在腿上的沙袋，可以显著提高汽车加速、制动和转向时的响应速度和舒适性。

　　从目前的市场情况来看，汽车动力系统的铝合金渗透率已经较高，车身由于成本和安全的限制，短期内铝合金渗透率难以提高，而底盘轻量化则是一片蓝海市场。汽车底盘是一个统称，主要是由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统组成。而底盘用铝量主要集中在四大系统的转向节、副车架、控制臂，制动钳等零部件上。使用铝制底盘零部件替换钢制零部件，可减重约40%，单位油耗可减少约0.15L/100km。在汽车轻量化发展的洪流下，底盘零部件均有由钢向铝转变的倾向。

　　转向节（羊角）是汽车转向桥中的重要零件之一，能够使汽车稳定行驶并灵敏传递行驶方向。转向节的主要功用是传递并承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。目前铝制转向节在豪华汽车的渗透率超过90%，在普通汽车的渗透率约在20%-30%，所有品牌平均渗透率仅为35%左右。单个转向节由钢材转为铝合金能够减重2.6kg，平均每千克成本上升13.5元。由于转向节属于小件零部件，在设计、加工上研发和量产速度都较快，而随着底盘轻量化持续推进，铝合金转向节将由高端品牌向其他品牌逐步渗透。在汽车轻量化趋势的下，铝制转向节渗透率有望进一步提高，我们预测到2025年铝制转向节渗透率达60%。由此可以得出未来铝制转向节带来的用铝量为11.2万吨。

　　控制臂作为汽车悬架系统的导向和传力元件，将作用在车轮上的各种力传递给车身，同时保证车轮按一定轨迹运动。汽车控制臂分别通过球铰或者衬套把车轮和车身弹性地连接在一起。汽车控制臂(包括与之相连的衬套及球头)应有足够的刚度、强度和使用寿命。铝合金下摆臂优点在于经久耐用、维护成本低。同样重量下，铝制件强度比铁的强度更高。目前，国内市场铝制控制臂渗透率为23%，根据The Aluminum Association在2012年统计，北美汽车市场的底盘零部件中，铝合金控制臂的渗透率约为40%。企业可通过改良制造工艺、提高生产效率、降低生产成本，以提高铝制控制臂渗透率。预计2025年国内铝合金控制臂渗透率将达到美国渗透水平，即达到40%。由此，计算出2025年铝制控制臂带来的用铝量为7.5万吨。

　　副车架可以看成是前后车桥的骨架,是前后车桥的组成部分。副车架的作用是阻隔振动和噪声，减少其直接进入车厢。从性价比的角度来看，使用铝合金副车架需要加价700-1500元，减重19kg左右，每千克减重成本远高于转向节。受成本和工艺的制约，目前铝合金副车架在国内的渗透率约在13%左右。铝合金副车架对性能有较高要求，即具有较高的准入门槛，大量的铝合金副车架的需求来源于中高端汽车。考虑到制造工艺技术不断更新、材料成本不断下降，根据中国产业信息网的数据，我们预测，2025年国内副车架铝合金渗透率将达25%，届时带来的用铝量为16.3万吨。

　　制动卡钳是整个制动系统的一部分，作用是向刹车盘施加作用力，从而起到减速或者停车的作用。使用铝合金制动钳在减震、降速、平稳性上有更强的优势，能够直接提高消费者的驾车体验。目前铝合金制动钳在国内汽车品牌的渗透率偏低，在豪华汽车中的渗透率也仅有20%左右。随着驾车体验需求的提升，预计2025年铝合金制动钳的渗透率达20%，用铝量将达2.5万吨。

　　除上述零部件外，轮毂为底盘轻量化的重头戏。轮毂是车轮中心安装车轴的部位，由于轮毂属于高速旋转零件，其材料要求具有高刚度及耐劳度。目前主要有铝合金轮毂和钢制轮毂。钢制车轮以成本较低、承压能力较强为优点，占据过去的主要市场，但由于其重量大、惯性阻力大的缺点，目前仅运用于低端车和一些特种车辆中。铝合金车轮凭借外表美观、重量较轻等特有的优势，正逐渐取代钢制车轮成为主流选择，目前铝制轮毂广泛应用于中高端乘用车中。根据华经产业研究院数据，2021年我国铝合金轮毂渗透率达79%，假设未来渗透率保持增速不变，因此预计2025年我国铝合金轮毂渗透率将达83%。

　　上文的分析中，已经给出各底盘部件铝合金渗透率情况，测算底盘轻量化过程中用铝量时，本文采用的推演逻辑为：部件用铝量=乘用车销量×铝制部件渗透率×铝制部件单个重量×单车所用件数；最后将上面公式所计算的各部件用铝量加总得出底盘轻量化过程中的用铝量。

　　轮毂首当其冲，副车架、转向节紧随其后拉动底盘轻量化用铝量。根据上文我们的预测，2025年底盘轻量化带来的用铝量达105.6万吨左右，2021-2025年复合增长率为10.56%。其中占比较大的为轮毂用铝量、副车架用铝量及转向节用铝量，2025年分别达68.1万吨、16.3万吨、11.2万吨，2021-2025CAGR分别为：6%、24%、20%。主要原因为：对轮毂而言，铝合金轮毂渗透率大且单车用量较高，因此用铝量最大，但未来增速较慢。对副车架而言，自身重量本身较大，且使用铝制副车架替换带来的减重效果也较好，因此未来用铝量较大，且前景较好。对转向节而言，目前国内渗透率水平一般，但铝制转向节性价比最高，每kg减重成本仅需13.5元，因此未来轻量化空间较大，引致的用铝量也较大。

　　3.3 动力系统轻量化：铝合金发动机渗透率处于高位，电池盒成为汽车用铝新增量

3.3.1 燃油汽车

对于传统燃油汽车而言，汽车发动机是为汽车提供动力的装置，是汽车的心脏，决定着汽车的动力性、经济性、稳定性和环保性，占到全车重量的12%左右。发动机的轻量化主要依靠结构轻量化和材料轻量化。结构轻量化指可采用尺寸优化和形状优化等方式减轻质量。同时通过模块化设计，将不同零部件进行组合，减少零件数量，达到发动机轻量化的目的。

就材料轻量化而言，发动机在高温、高压、摩擦磨损及振动的环境中工作，要求材料具有较好的导热性和抗腐蚀性。因此材料的选择要在保证强度和安全性能的前提下做到轻量化。目前发动机选材主要是铸铝和铸铁，在同等排量的发动机中，使用铝制气缸体发动机，能减轻20公斤左右的重量，可减重20%-30%。铝合金在发动机中的推广较为顺利，目前铝合金发动机已经比较成熟。未来耐蚀镁合金和钛合金也可能在发动机轻量化中发挥一定作用。

　　发动机用铝主要为气缸体、气缸盖及活塞。气缸体是发动机最基础的零部件，作用为支承发动机所有的运动件和各种附件，承载曲轴、活塞、连杆等结构件。气缸盖镶嵌在缸体上用以支撑活塞往复运动。因此气缸与气缸盖的材料一般选用耐磨性好和耐高温的材料，而铝合金材料相较于铸铁材料更轻，同时在散热上也有着更为优秀的表现，目前乘用车发动机气缸体铝合金使用率均达到80%以上。

　　根据GM Group调研数据，气缸体、气缸盖、活塞及其他零部件用铝量约为26.6kg，最大用铝可达32.8kg，目前达最大用量的81%左右。目前铝制缸体渗透率达80%以上，活塞渗透率达92.7%，其他发动机零部件渗透率达78.2%，在此假设当前铝制发动机渗透铝约为80%。中研网预测，到2025年铝合金的市场渗透率预计将达到85%。由此估算2025年汽车发动机用铝约为24.9万吨，且呈现递减趋势，主要是受传统燃油车销量下降拖累。

　　3.3.2 电动汽车

动力电池是电动汽车的心脏，占全车重量的20%-30%，是新能源汽车核心动力来源，为整车提供驱动电能，由电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和电池管理系统BMS组成。电芯按照一定的规律串并联组成模组，模组有序排列在电池箱体内，由BMS、热管理系统进行监控，以确保电池包系统的安全及持续输出。目前，动力电池的轻量化主要有两大途径：结构轻量化和材料轻量化。

　　结构轻量化是指通过合理设计电池系统配件结构，减少材料的使用，以提高空间利用率，并结合计算机辅助工程(CAE)仿真分析，在配件安全性能不变的情况下达到轻量化目的。自2019年起，动力电池企业及各大车企不断探索动力电池结构创新。探索大抵可以分为电池结构轻量化和电芯形状轻量化。动力电池结构的发展历程可简单概述为：模组标准化—CTP（大模组、去模组化）—CTC（电池底盘一体化）。传统电池系统集成过程为由电芯组成模组再组成电池包，并安装在底盘上。模组标准化则是在这一集成过程中的优化，通过标准化电池模组以争取规模化生产实现降本增效，同时为后期制造组装及更换提供便利。CTP技术则是省去模组环节，直接将电芯组合进电池包，再将电池包安装在底盘上。在应用过程中，CTP包含大模组盒、去模组两种形式。这种方式可将电芯在电池包中的空间利用率提高到40%以上，部分车企甚至可提高到70%以上。CTC技术则是省去模组和电池包两个过程，直接将电芯集成在车身地板框架内部，实现电池底盘一体化，从根本上改变了电池的安装形式。以零跑汽车为例，CTC技术带来10%综合工况续航的增益。

　　电芯形状方面，目前市场上现有的电芯有：圆柱电芯、方体电芯和软包电芯。在结构轻量化中，铝增量主要体现在电芯形状变化中。对应不同形状电芯，电池壳形状和材质有所差异。其中圆柱、方体电芯均使用硬壳封装。从材质来看，圆柱电芯壳体多采用不锈钢或镀镍钢；方体电芯壳体多采用铝合金。对比来看，不锈钢具有物理稳定性强、抗压力、抗冲击力大、不生锈且容易焊接的优点。但不锈钢密度较大导致电池和整车质量大，从而拖累电动汽车续航。相比于钢壳，铝壳成本较高。但铝质材料密度低、延展性好的特点使汽车轻量化上升空间更大。在安全性能上，铝材质的金属鼓胀系数高于钢材质，当电池内部发生短路时，铝材质在一定程度上减小了爆炸机率。

　　相较于钢壳、铝壳这类硬壳，铝塑膜的使用赋予软包电池两个显著优点。一是安全性更高。软包电池在结构上采用铝塑膜包装，在发生安全隐患的情况下软包电池一般会先鼓起，或者从封口处裂开释放能量，并不会像硬壳电池一样有爆炸的风险。二是电池重量轻。动力电池通常选用152μm厚的铝塑膜,铝塑膜的使用可大幅减少电池重量，相较于钢壳电池，软包电池轻40%，相较于铝壳电池轻20%。另外，软包电池的容量较大，同等规格下，较钢壳电池高10～15%，较铝壳电池高5～10%。除上述优点以外，软包电池本身内阻较小且设计相对灵活。但目前软包电池受限于供应链不完善、生产成本较高，在国内并未能得到广泛应用，主要在欧洲得以应用。

　　除电池壳体外，动力电池带来的铝增量，还体现在电池盒上。电池盒是动力电池的重要结构件。主要用于承载电池模组、冷却系统等电池系统部件，保护电池在受到外界碰撞、挤压时不受损坏。电池盒由上盖、托盘（下壳体）组成。上盖相对托盘更轻薄，主要材料为金属或复合材料，比较成熟的轻质材料有铝镁合金和复合材料。单从性能而言，碳纤维复合材料较为优异，但碍于成本限制，目前上壳体主要采用冲压钢板和冲压铝板，未来可能会采用碳纤维复合材料作为进一步升级。而托盘要求能够承载电池模组等部件的重量，因此材料多为强度较大的金属材料。铝合金凭借其优异的性能，目前为托盘的主流材料，同等尺寸下，相较于钢可减重20%-30%。

　　虽然上盖与托盘都使用铝合金材料，由于二者功能的差异，铝合金生产工艺有所不同。电池盒上盖多采用冲压-拼焊铝箱，而托盘采用压铸型铝箱与挤压-拼焊铝箱，其中挤压为主流工艺。

　　为了估算出未来动力电池所带来的用铝量，这里分别预测电池壳和电池盒的用铝量。电池壳方面：由于不同形状电池壳所用材料差异，铝绝大部分用在方体电池和软包电池中，因此，推演逻辑为：首先根据动力电池装机量和各电池市场份额计算出各类电池装机量，对方体电池壳来说，电池壳和电芯存在一一对应关系，根据方体电池装机量和单个电池电池容量计算出方体电池装机个数，则：

方体电池壳用铝量=单个电池用铝量*方体电池装机个数

对软包电池而言，根据紫江新材产销数据，结合GGII分析：1GWh软包动力电池大概对应120万平米铝塑膜，计算出动力电池软包电池1GWh大概需要铝262吨。因此只需计算出软包电池装机量，则：

软包电池壳用铝量=262吨/1GWh*软包电池装机量

全球动力电池呈现蓬勃发展，全球动力电池装机量从2017年的64.3GWh增长至2021年293.7GWh，复合年增长率为46.2%。2021年中国动力电池装机量达154.5GWh，2017-2021年复合增长率43.5%，2022年国内动力电池装机量将达261GWh。根据亿欧智库数据预测2025年将达755 GWh。目前圆柱电池因其空间利用率低等因素，仅占6%左右份额，主要是特斯拉在使用，预测未来份额维持在6%左右。方壳电池在市场中被广泛应用，占近80%份额。诸多企业如宁德时代、比亚迪等均布局方体电池。而软包电池市场份额约10%左右，主要是欧洲企业布局，根据EVSales数据显示，2020年欧洲销量前20名的电动汽车中，有15款车型采用了软包电池，包括戴姆勒、日产、雷诺、大众、现代、奥迪、沃尔沃等，市场占比超过70%。未来软包电池凭借其优异的性能市场份额有望提升，这将挤占方体电池份额。因此预测2025年方体电池市场份额为70%，软包电池为24%左右。由此则可得出：

各类电池装机量=国内动力电池装机量*所占份额

　　为估算方体电池单位装机量，本文选用宁德时代产品三元方体电芯为参考，参数为3.65V、150Ah，则其能量为547.5Wh。考虑到市场上宁德时代技术可能领先市场，因此估算方体电池单位装机量为545Wh，并随着年份增长。由此则可推算出2022年方体电池壳需求数量为39258.8万件。另外参考震裕科技产销数据，估算出每万件方体电池壳需用铝1.24吨，根据这一数据则可推演出方体电池总用铝量。

由上文可知，软包电池装机量=国内动力电池装机量*软包电池市场份额，1GWh软包动力电池大概对应262吨铝箔，则软包电池壳用铝量=软包电池装机量*262吨/1GWh，最终得出用铝量。

　　电池盒方面：电池盒是动力电池的重要结构件，动力电池占全车重量的20%～30%，而电池盒则占动力电池重量的20%～30%。从减重效果看，钢制电池盒重量约为120kg，而铝制电池盒质量为50～80 kg，同等体积下，铝合金电池包的质量更轻，可以多配置同等质量的电池，延长续驶里程。因此，铝制电池盒几乎完全覆盖市场，本文假设铝制电池盒覆盖率为100%。另外，在型材铝电池盒广泛应用下，铝电池盒重量有望进一步减重。本文估计市场上电池盒平均单位重量2022年为70kg，考虑到未来规模经济进一步显现以及技术进步，预估2025年平均重量达55kg。

国内新能源汽车销量仍处于快速增长阶段，由2019年的120.6万辆增长至2021年的352.1万辆，年复合增长率达70.87%，根据中国工程院院士丁荣军预测2025年中国新能源汽车销量将达1500万辆，未来保持增长态势。由于基数增大，预测增速有所放缓，2022-2025年，新能源汽车销量CAGR为：29.6%。

　　综上，电池盒用铝量推演逻辑为：

电池盒用铝量=新能源车销量*铝制电池盒渗透率*铝制电池盒单位重量

　　水涨船高，新能源汽车行业发展带动铝产业。2022年动力电池用铝量达53.8万吨，其中电池壳用铝量达5.5万吨，电池盒用铝量达48.2万吨。可见，动力电池板块新增的用铝量主要用于制造电池盒。预计2025年动力电池用铝量达99.1万吨，增速逐渐放缓，2022-2025年复合增长率为22.6%。其中电池壳用铝量和电池盒用铝量分别为16.56万吨、82.5万吨，CAGR分别为：44.0%、19.6%，电池盒用铝量增长较慢的原因主要为前市场上铝制电池盒几乎全覆盖，且随着技术进步和规模效应显现，单体用铝量呈下降态势，这抵消了部分动力电池行业的增长。

　　四、国内汽车用铝市场规模测算：轻量化浪潮中，国内乘用车用铝快速攀升

轻量化发展刺激汽车用铝需求，新能源车引领汽车用铝。政策导向叠加汽车电动化发展，汽车轻量化趋势渐浓。权衡成本和性能，铝材料在轻量化过程中脱颖而出。从销量来看，2025年预计乘用车销量达2600万辆，其中新能源汽车占57.69%，双碳及优惠政策引导下，汽车电动化比例不断提高，而传统燃油车销量则因此受挫。根据前文所述：

乘用车总用铝量=车身总用铝量+底盘总用铝量+新能源动力系统用铝量+燃油车动力系统用铝量

由于在车身及底盘部分并未区分燃油车和新能源车，为计算新能源车用铝量及燃油车用铝量，我们首先算出单车非动力系统用铝量：

单车非动力系统用铝量=（车身总用铝量+底盘总用铝量）/乘用车销量，则：

新能源车用铝量=单车非动力系统用铝量*新能源汽车销量+新能源动力系统用铝量

燃油车用铝量=单车非动力系统用铝量*燃油车汽车销量+燃油车动力系统用铝量

据估算2022年乘用车用铝量为452万吨，预计到2025年达698万吨，增长约0.5倍，增量主要来自新能源汽车。预计新能源汽车用铝由2022年的164.6万吨增长至2025年的430.2万吨，年复合增速达37.8%，占比由2022年的36.4%增长至2025年的61.6%，逐步成为主要用铝车型。而传统燃油车由于其份额受到新能源车的挤占，用铝量有所下降，预计2025年传统燃油车用铝量为267.7万吨。

　　单车用铝量逐步攀升。在汽车轻量化洪流中，燃油车及新能源汽车单车用铝量均有提升。国际铝业协会委托CM Group完成的《中国汽车工业用铝量评估报告(2016-2030)》显示：2021年中国燃油车单车用铝量预计为150kg/辆，新能源车单车用铝量预计为220kg/辆。根据我们的推演逻辑：

乘用车单车用铝量=乘用车总用铝量/乘用车销量

燃油车单车用铝量=燃油车用铝量/燃油车汽车销量

新能源车单车用铝量=新能源车用铝量/新能源车汽车销量

我们预测2025年燃油车单车用铝量将达243kg/辆，新能源车单车用铝量将达287kg/辆。乘用车单车用铝量达268kg/辆。

　　总的来看，在双碳及电动化背景下，汽车轻量化发展势在必行。铝材质质量较轻，在加入其他化学物质后，铝合金硬度、强度等大幅改善，且相较于其他轻量化材料铝成本较低，“性价比”较高。因此，铝在汽车轻量化中得到广泛应用。汽车电动化前景明朗，新能源汽车渗透率逐步攀升，相较于传统车新能源车用铝量更大，为汽车用铝注入新活力。未来随着新能源车的快速发展，汽车轻量化脚步加快，汽车铝需求有望有较大提升。（作者：王贤伟）