电动汽车要想充得快，导热胶很重要！

日期：2021-11-05 浏览次数：次

节能减排(pai)的口号喊了那么多年，电(dian)动汽(qi)车(che)(che)总(zong)算是普(pu)及到了大江南北(bei)，随处都可以看见(jian)绿牌车(che)(che)的身影。

电动汽车要想充得快，导热胶很重要！

但纵使电动(dong)汽(qi)车(che)拥(yong)有(you)百(bai)般(ban)好处(chu)，现阶段燃油车(che)的(de)数量还是(shi)远多(duo)于电动(dong)车(che)，对(dui)于那些还未(wei)更(geng)换电动(dong)汽(qi)车(che)的(de)普(pu)通群(qun)众(zhong)来说(shuo)，除(chu)了电动(dong)车(che)的(de)安全性外，他们最担忧(you)的(de)就是(shi)电动(dong)汽(qi)车(che)的(de)充能不够便捷和快(kuai)速，在(zai)一定程度上会(hui)影响到日常(chang)出行。

比如(ru)说冬天就常(chang)常(chang)被(bei)称为是电动车主的(de)“噩梦”，不仅耗电多，而且充电还慢，各个车主的朋友圈此时也是金句频出：

“电动(dong)车(che)空调(diao)不加热了(le)，我在车(che)里带上了(le)羽(yu)绒服帽子，外加手(shou)套，甚至还盖上了(le)小毛毯。”

“电(dian)动爹(die)不是盖的，充满电(dian)先掉100公(gong)里续航！这(zhei)天(tian)气开空调(diao)吧(ba)，担(dan)心(xin)车开不到公(gong)司(si)，不开空调(diao)又(you)担(dan)心(xin)人到不了(le)公(gong)司(si)。”

“不(bu)敢(gan)(gan)跑(pao)高速，生怕续航挺不(bu)住；不(bu)敢(gan)(gan)开暖风(feng)，就怕续航掉的猛。”

电动汽车要想充得快，导热胶很重要！

那熬(ao)过了(le)冬天是(shi)不是(shi)就好了(le)呢？事实(shi)告诉你，你还是(shi)太(tai)天真了(le)！到了(le)夏(xia)天，气温(wen)攀(pan)高(gao)，尤其在全球(qiu)变暖的大(da)趋势下(xia)，许(xu)多地区夏(xia)天的最高(gao)温(wen)可达38℃以上。在这样的高温环境下，电动车需要避免充电，以免导致电池出现过热的情况，破坏电池和减少充电器的寿命。

“温度高导(dao)致充电(dian)受限”的情况还(hai)出现在了(le)万众期待(dai)的“快(kuai)速(su)充电”中。上面提到了(le)温度过(guo)高容易导致电池过(guo)热，曾(ceng)有机构做过(guo)这方(fang)面的研究，他们使(shi)用不同(tong)倍率对26Ah/3.7V的三元锂电芯进行充电，然后记录下电芯表面的升温幅度。结果发现：

1倍充(chong)电(dian)(dian)功(gong)率(lv)(1C)下电(dian)(dian)芯的(de)温(wen)(wen)度只(zhi)(zhi)上升到(dao)26℃；但是当充(chong)电(dian)(dian)功(gong)率(lv)升高到(dao)3倍(3C)时，电(dian)(dian)芯的(de)结温(wen)(wen)一(yi)下就(jiu)飙到(dao)了58℃，几乎触(chu)及了动力电(dian)(dian)池安全温(wen)(wen)度的(de)上限。显然，如果(guo)没有办法解决高温(wen)(wen)这个(ge)问(wen)题，快速充(chong)电(dian)(dian)终究只(zhi)(zhi)是一(yi)个(ge)遥(yao)不可(ke)及的(de)梦。

电动汽车要想充得快，导热胶很重要！

动力电池“充电功率vs结温”的关系

那要如何(he)解决(jue)温度过高的(de)问题呢？最直接的(de)解决(jue)途径就是散热！目前汽车(che)动(dong)力锂离子(zi)电池(chi)组液(ye)(ye)冷散热(re)部分由液(ye)(ye)冷管和导(dao)(dao)热(re)胶粘剂(ji)组成。液(ye)(ye)冷管包括内部的冷却液(ye)(ye)，主(zhu)(zhu)要完成锂离子(zi)电池(chi)组工作(zuo)出现热(re)量的散热(re)，导(dao)(dao)热(re)胶粘剂(ji)主(zhu)(zhu)要完成电芯与液(ye)(ye)冷管之间(jian)的热(re)传(chuan)导(dao)(dao)，胶的具体使用形(xing)式包括垫片、灌封、填(tian)充等。

导热胶(jiao)的优势如(ru)下：

①广泛(fan)适用性：随(sui)着电(dian)子器(qi)件(jian)设计(ji)复杂度的提高(gao)，相较于(yu)传(chuan)统众(zhong)多的导热(re)材料，导热(re)胶可以更好(hao)填(tian)充元器(qi)件(jian)不规则的间隙及(ji)克服(fu)零件(jian)的公差。

②适合大规模自动(dong)(dong)生产：导热胶可(ke)以(yi)配合自动(dong)(dong)化设备进行快速施胶，适应工业领域自动(dong)(dong)化生产工艺的需(xu)求。

③长效可靠性(xing)：导热胶在众多的(de)测试以及实际应用的(de)过(guo)程中表现(xian)优异，如热稳定(ding)性(xing)，耐热冲击，电气绝缘性(xing)及振(zhen)动老化等(deng)测试。

导(dao)热胶的导热机制

导热(re)胶主要由树脂基体（环(huan)氧(yang)树脂、有(you)机(ji)硅和聚氨酯等(deng)）和导热(re)填料(liao)组(zu)成。其导热(re)原理为：固体(ti)内(nei)部(bu)(bu)导热(re)(re)(re)载体(ti)主要为电(dian)(dian)子(zi)、声(sheng)子(zi)。金(jin)(jin)属(shu)内(nei)部(bu)(bu)存(cun)在着大量(liang)的(de)自(zi)(zi)由(you)电(dian)(dian)子(zi)，通(tong)过电(dian)(dian)子(zi)间的(de)相互碰(peng)撞(zhuang)可(ke)传(chuan)递热(re)(re)(re)量(liang)；无机非(fei)金(jin)(jin)属(shu)晶体(ti)通(tong)过排(pai)列整齐的(de)晶粒热(re)(re)(re)振动导热(re)(re)(re)，通(tong)常用声(sheng)子(zi)的(de)概念来(lai)描述(shu)；大多(duo)数聚合(he)物(wu)是(shi)饱和体(ti)系，无自(zi)(zi)由(you)电(dian)(dian)子(zi)存(cun)在。因此，在胶(jiao)粘剂中(zhong)加(jia)入(ru)高导热(re)(re)(re)填料是(shi)提(ti)高其(qi)导热(re)(re)(re)性能(neng)的(de)主要方法——导热(re)(re)(re)填料分散于树(shu)脂基体(ti)中(zhong)，彼(bi)此间相互接触，形成导热(re)(re)(re)网(wang)络，使热(re)(re)(re)量(liang)可(ke)沿着“导热(re)(re)(re)网(wang)络”迅速传(chuan)递，从而达(da)到提(ti)高胶(jiao)粘剂热(re)(re)(re)导率(lv)的(de)目的(de)。

电动汽车要想充得快，导热胶很重要！

填(tian)料对导热胶性能的影响

导热(re)胶的(de)(de)热(re)导率主要取决于树脂基体、导热(re)填(tian)料(liao)及两者形成的(de)(de)界面(mian)。而导热(re)填(tian)料(liao)的(de)(de)种类、用量、粒径(jing)、几何形状，混杂(za)填(tian)充及表面(mian)改(gai)性(xing)等(deng)因(yin)素均会对胶粘(zhan)剂的(de)(de)导热(re)性(xing)能产生(sheng)影响。

①导热填料的种类和用(yong)量(liang)

目(mu)前常用(yong)的导热填料(liao)有(you)金属材料(liao)（Fe、Mg、Al、Cu、Ag）、碳基材料（碳纳米管、石(shi)墨烯、石(shi)墨）、氧化物（Al₂O₃、ZnO、BeO、SiO₂）、氮化物（AlN、BN、Si₃N₄）。其中氧化(hua)(hua)硅、氧化(hua)(hua)铝(lv)具有优(you)良的电绝缘性(xing)能，而且(qie)价(jia)格(ge)低廉，得到了广泛使(shi)用。氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)绝缘材料(liao)中氮(dan)化(hua)(hua)硅、氮(dan)化(hua)(hua)硼由于热(re)导率高、热(re)膨胀系(xi)数低等优(you)点，成为人们研(yan)究的热(re)点，但价(jia)格(ge)较昂贵。

填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)用量(liang)也(ye)会对胶(jiao)粘(zhan)(zhan)剂热导(dao)(dao)率(lv)产生影响。当(dang)填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)较少时(shi)，填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)被(bei)基(ji)体树脂(zhi)完(wan)全包裹，绝大(da)多数填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)粒子之间未能直接(jie)(jie)接(jie)(jie)触，此(ci)(ci)时(shi)基(ji)体成为填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)粒子之间的(de)热流障碍，抑制了填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)声子的(de)传递。随着填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)用量(liang)的(de)增加(jia)，填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)在基(ji)体中逐渐形成稳定的(de)导(dao)(dao)热网络，此(ci)(ci)时(shi)热导(dao)(dao)率(lv)迅速(su)增加(jia)，并(bing)且填(tian)(tian)(tian)充高(gao)(gao)热导(dao)(dao)率(lv)填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)更有利于提(ti)高(gao)(gao)胶(jiao)粘(zhan)(zhan)剂的(de)热导(dao)(dao)率(lv)。然而，填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)的(de)热导(dao)(dao)率(lv)过大(da)也(ye)不利于体系(xi)热导(dao)(dao)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)(gao)。研究表明：当(dang)填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)与基(ji)体树脂(zhi)的(de)热导(dao)(dao)率(lv)之比超过100时，复合(he)材料(liao)热(re)导(dao)率的提高并不显著。

②导热填料的(de)粒径和(he)几何(he)形状

当填料(liao)用(yong)量(liang)相(xiang)同时(shi)，纳(na)米(mi)粒(li)(li)子(zi)比(bi)微米(mi)粒(li)(li)子(zi)更有利于(yu)提高胶粘(zhan)(zhan)剂(ji)的(de)热(re)导率(lv)(lv)(lv)。纳(na)米(mi)粒(li)(li)子(zi)的(de)量(liang)子(zi)效(xiao)应使晶(jing)界数目增加，从而使比(bi)热(re)容增大且共价键(jian)变(bian)成金(jin)属键(jian)，导热(re)由(you)分子(zi)（或晶(jing)格）振动(dong)变(bian)为自(zi)由(you)电子(zi)传热(re)，故纳(na)米(mi)粒(li)(li)子(zi)的(de)热(re)导率(lv)(lv)(lv)相(xiang)对(dui)更高；同时(shi)，纳(na)米(mi)粒(li)(li)子(zi)的(de)粒(li)(li)径小、数量(liang)多，致使其比(bi)表面积较大，在基体中易(yi)形(xing)成有效(xiao)的(de)导热(re)网络，故有利于(yu)提高胶粘(zhan)(zhan)剂(ji)的(de)热(re)导率(lv)(lv)(lv)。

对微米粒子(zi)而(er)言，填料(liao)用量相(xiang)同时。更大粒径(jing)的导(dao)热填料(liao)比表面积较小，不易(yi)被胶(jiao)粘剂(ji)包裹(guo)，故彼(bi)此连(lian)接的概率(lv)(lv)较大（更易(yi)形(xing)成有(you)效(xiao)的导(dao)热通路(lu)），有(you)利于胶(jiao)粘剂(ji)热导(dao)率(lv)(lv)的提高，如20和2 μm的Al₂O₃填充体系相比(bi)，前者热导率(lv)更高。

③导热填料(liao)的(de)混杂填充

与单一(yi)粒(li)(li)径的(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)填(tian)(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)体系相比(bi)(bi)，不同(tong)粒(li)(li)径大小(xiao)、同(tong)种填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)的(de)混(hun)杂填(tian)(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)更(geng)有利于提(ti)高胶(jiao)粘(zhan)剂的(de)热导(dao)(dao)率(lv)。同(tong)种填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)不同(tong)形态的(de)混(hun)杂填(tian)(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)比(bi)(bi)单一(yi)球(qiu)形填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)填(tian)(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)更(geng)易(yi)获得高热导(dao)(dao)率(lv)的(de)胶(jiao)粘(zhan)剂。不同(tong)种类的(de)填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)在(zai)适当配比(bi)(bi)时(shi)，混(hun)杂填(tian)(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)亦优于单一(yi)种类填(tian)(tian)(tian)(tian)料(liao)填(tian)(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)。这归因于上述混(hun)杂填(tian)(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)均较易(yi)形成紧密堆(dui)积结构，而且混(hun)杂填(tian)(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)时(shi)高长径比(bi)(bi)粒(li)(li)子(zi)易(yi)在(zai)球(qiu)形颗粒(li)(li)间起到架桥作用，从而减小(xiao)了接触热阻，进(jin)而使体系具有相对更(geng)高的(de)热导(dao)(dao)率(lv)。

④导热填料(liao)的表面(mian)改性

无机粒(li)子(zi)和(he)树脂基(ji)体界(jie)面(mian)间存在极性差(cha)异，致使两者相(xiang)容性较差(cha)，故填料在树脂基(ji)体中易聚集成团(tuan)。另外，无机粒(li)子(zi)较大的表面(mian)张(zhang)力使其(qi)(qi)表面(mian)较难被树脂基(ji)体所润湿，相(xiang)界(jie)面(mian)间存在空隙(xi)及缺陷，从而增大了(le)界(jie)面(mian)热阻。因此，对(dui)无机填料粒(li)子(zi)表面(mian)进行修饰(shi)，可(ke)改善其(qi)(qi)分散(san)性、减少界(jie)面(mian)缺陷、增强界(jie)面(mian)粘接强度、抑制声子(zi)在界(jie)面(mian)处的散(san)射和(he)增大声子(zi)的传(chuan)播(bo)自由(you)程，从而有利于提高体系(xi)的热导率(lv)。

基体对导热胶性能的影响(xiang)

导(dao)热胶(jiao)的(de)基体(ti)主要分为(wei)：环(huan)氧树脂灌、有机硅橡(xiang)胶(jiao)、聚(ju)氨酯(zhi)灌封胶(jiao)，三者各(ge)有长短：

①环氧(yang)树脂

优点：对材质的粘接力较好(hao)以及较好(hao)的绝缘性(xing)，固化物耐(nai)酸碱性(xing)能好(hao)，具(ju)有较好(hao)的透光性(xing)，价格(ge)相(xiang)对便宜；

缺点(dian)：抗(kang)冷(leng)热变化能力弱，受到冷(leng)热冲击后容易产(chan)(chan)生裂缝，防潮能力差；固化后胶体(ti)硬度较(jiao)高(gao)且较(jiao)脆，无法(fa)打开，因此(ci)产(chan)(chan)品为“终(zhong)身”产(chan)(chan)品，无法(fa)实现元器(qi)件的更(geng)换(huan)；光照(zhao)或高(gao)温(wen)条件下易产(chan)(chan)生黄变。

②有机硅(gui)橡(xiang)胶

优点：材(cai)质(zhi)(zhi)较软(ruan)，能(neng)够消除(chu)大多数(shu)的机械应力并(bing)起(qi)到减震保护效果。物理化学性(xing)质(zhi)(zhi)稳定，具(ju)备较好的耐高低温性(xing)、优异(yi)的耐候性(xing)、电气性(xing)能(neng)和绝缘能(neng)力；具(ju)有返修能(neng)力。

缺点：粘结(jie)性(xing)能稍(shao)差。

③聚氨(an)酯(zhi)

优点：具有较(jiao)为优异的耐低温性(xing)能，材质稍软，对一(yi)般灌封(feng)材质均(jun)具备(bei)较(jiao)好的粘结(jie)性(xing)；具备(bei)较(jiao)好的防水防潮、绝缘性(xing)。

缺点：耐高温(wen)能力差(cha)且(qie)(qie)容易(yi)起泡(pao)，必须采用真空脱泡(pao)；固化后胶(jiao)体(ti)(ti)表面不平(ping)滑且(qie)(qie)韧性较差(cha)，抗老化能力、抗震(zhen)和紫外线(xian)都(dou)很弱、胶(jiao)体(ti)(ti)容易(yi)变色。

综合(he)来看，有机硅由(you)于(yu)具备诸(zhu)多(duo)(duo)优异性能，因此(ci)成(cheng)为敏(min)感(gan)电(dian)路和电(dian)子(zi)(zi)器件灌封(feng)保护的较佳灌封(feng)材(cai)料，不过它的成(cheng)本也是(shi)三者之中最高的。然而动力电(dian)池(chi)在利(li)润率上比电(dian)子(zi)(zi)通讯等(deng)行业(ye)低很多(duo)(duo)，而且(qie)单台电(dian)池(chi)包里(li)导(dao)热胶的使用量又特别大，因此(ci)新能源(yuan)很难像其他行业(ye)一样“财大气粗”挥挥手就上最好的材料，只能想尽办法在性能达标的基础上，降(jiang)低(di)的导(dao)热材料成本(ben)，最终反(fan)而是(shi)成本(ben)最低(di)的聚氨酯导热胶(jiao)受到(dao)了(le)欢迎(ying)。

为(wei)了(le)(le)(le)提(ti)高(gao)聚氨酯导热胶(jiao)的热导率(lv)，近年来不(bu)(bu)少厂家也在不(bu)(bu)断(duan)地改进其性能，比如说杜(du)邦(bang)今年推出的聚氨酯体(ti)系的导热填缝胶(jiao)产品(pin)的导热率(lv)就上升了(le)(le)(le)不(bu)(bu)少，突破了(le)(le)(le)常规聚氨酯体(ti)系导热胶(jiao)的2.0W/m.K瓶颈，一举拿下3.0W/m.K的导热率，可以说现在电动车离快速充电又近了一步。

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