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鄒小姐：13326633089 -
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節能減排的口號喊了那么多年，電動汽車總算是普及到了大江南北，隨處都可以看見綠牌車的身影。
但縱使電動汽車擁有百般好處，現階段燃油車的數量還是遠多于電動車，對于那些還未更換電動汽車的普通群眾來說，除了電動車的安全性外，他們最擔憂的就是電動汽車的充能不夠便捷和快速，在一定程度上會影響到日常出行。
比如說冬天就常常被稱為是電動車主的“噩夢”，不僅耗電多，而且充電還慢，各個車主的朋友圈此時也是金句頻出：
“電動車空調不加熱了，我在車里帶上了羽絨服帽子，外加手套，甚至還蓋上了小毛毯。”
“電動爹不是蓋的，充滿電先掉100公里續航！這天氣開空調吧，擔心車開不到公司，不開空調又擔心人到不了公司。”
“不敢跑高速，生怕續航挺不住；不敢開暖風，就怕續航掉的猛。”
那熬過了冬天是不是就好了呢？事實告訴你，你還是太天真了！到了夏天，氣溫攀高，尤其在全球變暖的大趨勢下，許多地區夏天的最高溫可達38℃以上。在這樣的高溫環境下，電動車需要避免充電，以免導致電池出現過熱的情況，破壞電池和減少充電器的壽命。
“溫度高導致充電受限”的情況還出現在了萬眾期待的“快速充電”中。上面提到了溫度過高容易導致電池過熱，曾有機構做過這方面的研究，他們使用不同倍率對26Ah/3.7V的三元鋰電芯進行充電，然后記錄下電芯表面的升溫幅度。結果發現：
1倍充電功率(1C)下電芯的溫度只上升到26℃；但是當充電功率升高到3倍(3C)時，電芯的結溫一下就飆到了58℃，幾乎觸及了動力電池安全溫度的上限。顯然，如果沒有辦法解決高溫這個問題，快速充電終究只是一個遙不可及的夢。
動力電池“充電功率vs結溫”的關系
那要如何解決溫度過高的問題呢？最直接的解決途徑就是散熱！目前汽車動力鋰離子電池組液冷散熱部分由液冷管和導熱膠粘劑組成。液冷管包括內部的冷卻液，主要完成鋰離子電池組工作出現熱量的散熱，導熱膠粘劑主要完成電芯與液冷管之間的熱傳導，膠的具體使用形式包括墊片、灌封、填充等。
導熱膠的優勢如下：
①廣泛適用性：隨著電子器件設計復雜度的提高，相較于傳統眾多的導熱材料，導熱膠可以更好填充元器件不規則的間隙及克服零件的公差。
②適合大規模自動生產：導熱膠可以配合自動化設備進行快速施膠，適應工業領域自動化生產工藝的需求。
③長效可靠性：導熱膠在眾多的測試以及實際應用的過程中表現優異，如熱穩定性，耐熱沖擊，電氣絕緣性及振動老化等測試。
導熱膠的導熱機制
導熱膠主要由樹脂基體（環氧樹脂、有機硅和聚氨酯等）和導熱填料組成。其導熱原理為：固體內部導熱載體主要為電子、聲子。金屬內部存在著大量的自由電子，通過電子間的相互碰撞可傳遞熱量；無機非金屬晶體通過排列整齊的晶粒熱振動導熱，通常用聲子的概念來描述；大多數聚合物是飽和體系，無自由電子存在。因此，在膠粘劑中加入高導熱填料是提高其導熱性能的主要方法——導熱填料分散于樹脂基體中，彼此間相互接觸，形成導熱網絡，使熱量可沿著“導熱網絡”迅速傳遞，從而達到提高膠粘劑熱導率的目的。
填料對導熱膠性能的影響
導熱膠的熱導率主要取決于樹脂基體、導熱填料及兩者形成的界面。而導熱填料的種類、用量、粒徑、幾何形狀，混雜填充及表面改性等因素均會對膠粘劑的導熱性能產生影響。
①導熱填料的種類和用量
目前常用的導熱填料有金屬材料（Fe、Mg、Al、Cu、Ag）、碳基材料（碳納米管、石墨烯、石墨）、氧化物（Al2O3、ZnO、BeO、SiO2）、氮化物（AlN、BN、Si3N4）。其中氧化硅、氧化鋁具有優良的電絕緣性能，而且價格低廉，得到了廣泛使用。氮化物絕緣材料中氮化硅、氮化硼由于熱導率高、熱膨脹系數低等優點，成為人們研究的熱點，但價格較昂貴。
填料用量也會對膠粘劑熱導率產生影響。當填料較少時，填料被基體樹脂完全包裹，絕大多數填料粒子之間未能直接接觸，此時基體成為填料粒子之間的熱流障礙，抑制了填料聲子的傳遞。隨著填料用量的增加，填料在基體中逐漸形成穩定的導熱網絡，此時熱導率迅速增加，并且填充高熱導率填料更有利于提高膠粘劑的熱導率。然而，填料的熱導率過大也不利于體系熱導率的提高。研究表明：當填料與基體樹脂的熱導率之比超過100時，復合材料熱導率的提高并不顯著。
②導熱填料的粒徑和幾何形狀
當填料用量相同時，納米粒子比微米粒子更有利于提高膠粘劑的熱導率。納米粒子的量子效應使晶界數目增加，從而使比熱容增大且共價鍵變成金屬鍵，導熱由分子（或晶格）振動變為自由電子傳熱，故納米粒子的熱導率相對更高；同時，納米粒子的粒徑小、數量多，致使其比表面積較大，在基體中易形成有效的導熱網絡，故有利于提高膠粘劑的熱導率。
對微米粒子而言，填料用量相同時。更大粒徑的導熱填料比表面積較小，不易被膠粘劑包裹，故彼此連接的概率較大（更易形成有效的導熱通路），有利于膠粘劑熱導率的提高，如20和2 μm的Al2O3填充體系相比，前者熱導率更高。
③導熱填料的混雜填充
與單一粒徑的填料填充體系相比，不同粒徑大小、同種填料的混雜填充更有利于提高膠粘劑的熱導率。同種填料不同形態的混雜填充比單一球形填料填充更易獲得高熱導率的膠粘劑。不同種類的填料在適當配比時，混雜填充亦優于單一種類填料填充。這歸因于上述混雜填充均較易形成緊密堆積結構，而且混雜填充時高長徑比粒子易在球形顆粒間起到架橋作用，從而減小了接觸熱阻，進而使體系具有相對更高的熱導率。
④導熱填料的表面改性
無機粒子和樹脂基體界面間存在極性差異，致使兩者相容性較差，故填料在樹脂基體中易聚集成團。另外，無機粒子較大的表面張力使其表面較難被樹脂基體所潤濕，相界面間存在空隙及缺陷，從而增大了界面熱阻。因此，對無機填料粒子表面進行修飾，可改善其分散性、減少界面缺陷、增強界面粘接強度、抑制聲子在界面處的散射和增大聲子的傳播自由程，從而有利于提高體系的熱導率。
基體對導熱膠性能的影響
導熱膠的基體主要分為：環氧樹脂灌、有機硅橡膠、聚氨酯灌封膠，三者各有長短：
①環氧樹脂
優點：對材質的粘接力較好以及較好的絕緣性，固化物耐酸堿性能好，具有較好的透光性，價格相對便宜；
缺點：抗冷熱變化能力弱，受到冷熱沖擊后容易產生裂縫，防潮能力差；固化后膠體硬度較高且較脆，無法打開，因此產品為“終身”產品，無法實現元器件的更換；光照或高溫條件下易產生黃變。
②有機硅橡膠
優點：材質較軟，能夠消除大多數的機械應力并起到減震保護效果。物理化學性質穩定，具備較好的耐高低溫性、優異的耐候性、電氣性能和絕緣能力；具有返修能力。
缺點：粘結性能稍差。
③聚氨酯
優點：具有較為優異的耐低溫性能，材質稍軟，對一般灌封材質均具備較好的粘結性；具備較好的防水防潮、絕緣性。
缺點：耐高溫能力差且容易起泡，必須采用真空脫泡；固化后膠體表面不平滑且韌性較差，抗老化能力、抗震和紫外線都很弱、膠體容易變色。
綜合來看，有機硅由于具備諸多優異性能，因此成為敏感電路和電子器件灌封保護的較佳灌封材料，不過它的成本也是三者之中最高的。然而動力電池在利潤率上比電子通訊等行業低很多，而且單臺電池包里導熱膠的使用量又特別大，因此新能源很難像其他行業一樣“財大氣粗”揮揮手就上最好的材料，只能想盡辦法在性能達標的基礎上，降低的導熱材料成本，最終反而是成本最低的聚氨酯導熱膠受到了歡迎。
為了提高聚氨酯導熱膠的熱導率，近年來不少廠家也在不斷地改進其性能，比如說杜邦今年推出的聚氨酯體系的導熱填縫膠產品的導熱率就上升了不少，突破了常規聚氨酯體系導熱膠的2.0W/m.K瓶頸，一舉拿下3.0W/m.K的導熱率，可以說現在電動車離快速充電又近了一步。
2021CIBF電池展上發布的BETATECH?
（雪球.com/dupont）
結語
到底“快速充電”什么時候可以實現？電動汽車什么時候能被更多消費者接受？雖然導熱膠只是動力電池散熱系統中的一個小配角，但小配角往往也能起到大作用，讓我們繼續期待導熱膠未來還將有什么突破吧！
資料來源：
鋰離子動力電池熱失控實驗與模擬研究，陶歡。
電動汽車的“超級快充”，與導熱材料的“不可能三角”，王凱。
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