影響新能源汽車導熱灌封膠的因素 復合材料云集|復合材料

新能源汽車是解決能源、環(huán)境、城市交通等問題的主流趨勢，也是未來汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向。然而，中國的新能源汽車能走多遠取決于動力電池能走多遠。動力電池作為新能源汽車的核心，是提高范圍和性能的關(guān)鍵。

目前，大多數(shù)動力電池都是鋰離子電池，但鋰離子電池在充電、碰撞等情況下容易引起連鎖放熱反應(yīng)，導致熱失控，導致汽車煙霧、火災(zāi)，甚至**等嚴重事故。動力鋰電池組的性能包括能量密度、使用壽命、放電率受溫度影響，許多部件需要嚴格的熱處理，如：電池、電氣控制、電機、娛樂系統(tǒng)等，需要及時導熱，避免部件損壞和電池過熱火災(zāi)風險，因此動力電池熱管理技術(shù)是新能源汽車的核心技術(shù)之一。

為什么導熱灌封膠能更好地散熱？

目前，車輛熱處理系統(tǒng)中使用的導熱材料有：導熱硅膠片、導熱絕緣材料、導熱灌封膠和導熱填縫材料。

其中，導熱灌封膠是一種廣泛應(yīng)用于新能源電動汽車的硅酮導熱灌封膠材料，可在室溫條件下形成柔軟、彈性、粘附的硅酮彈性體，具有優(yōu)異的電氣絕緣性能。在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域，導熱硅膠灌封膠已廣泛應(yīng)用于電子電源模塊、高頻變壓器、連接器、傳感器等領(lǐng)域，具有絕緣、填充、保護等功能。

導熱灌封膠之所以能作為散熱材料，是因為它的導熱系數(shù)高于空氣，20℃下空氣的導熱系數(shù)為0.0267W/(m.K)，通過配方優(yōu)化，導熱灌封膠可以獲得更高的導熱系數(shù)，從而以更快的速度傳遞電氣設(shè)備產(chǎn)生的熱量。

這就像在炎熱的夏天，直接跳進水里顯然比風扇吹冷卻更快，因為水完全包圍人體，與導熱系數(shù)很小的空氣相比，熱量可以從身體傳遞更快——灌封膠是用液體聚合物系統(tǒng)（通常是兩部分）填充電子設(shè)備周圍空氣空間的過程（如下圖所示）。

灰色和黑色代表兩種不同的表面，淺藍色代表空氣，深藍色代表熱界面材料。當兩個物體的表面接觸在一起時，不可能完全緊密接觸在一起，因為物體的表面會有粗糙度，總會有一些空氣間隙，空氣的導熱系數(shù)很小，導致接觸熱阻相對較大。使用柔軟可塑的熱界面材料可以盡可能地填充空氣間隙，降低接觸熱阻，提高散熱性能。

動力電池Pack封裝灌封膠

影響導熱灌封膠的因素

考慮到電機的實際工作條件，使用的灌封膠應(yīng)具有導熱性高、流動性好、抗裂性強、附著力強等性能，否則在使用汽車電機時會出現(xiàn)灌封困難，增加汽車整體重量，造成汽車能耗比過高的問題。

適用于電動汽車電子元件和動力電池模塊的灌封膠材料可分為：環(huán)氧樹脂灌封膠；硅橡膠灌封膠（硅膠灌封膠）；聚氨酯灌封膠。以環(huán)氧樹脂灌封膠為例，看看影響灌封膠性能的因素。

1、填料對灌封膠耐開裂性的影響

環(huán)氧樹脂在固化過程中會產(chǎn)生一定的收縮。如果使用簡單的環(huán)氧樹脂作為電機密封，當密封膠固化收縮產(chǎn)生的應(yīng)力大于密封膠與外殼之間的附著力時，會導致外殼剝落；當密封膠固化收縮產(chǎn)生的應(yīng)力小于密封膠與外殼之間的附著力，密封膠強度差時，會導致密封膠開裂。因此，為了避免這些現(xiàn)象，有必要降低灌封膠的固化收縮率，增加灌封膠的強度，在灌封膠中加入一定量的填料可以有效降低灌封膠的固化收縮率。

然而，填料的添加量不應(yīng)過多或過少。填料用量過少，灌封膠的固化收縮率較高。雖然灌封膠的固化收縮率可以繼續(xù)降低，但隨著填料的增加，灌封膠的粘度也會顯著增加。

二、填料對灌封膠的導熱性和力學性能的影響

一般導熱材料最常用的導熱填料是Al2O3；金屬氮化物主要用于高導熱性，如：SiN、Aln更常用。導熱材料的導熱性不僅與導熱填料本身有關(guān)，而且與導熱填料的粒徑分布、形狀、界面接觸和分子內(nèi)部的結(jié)合程度密切相關(guān)。

一般而言，纖維或箔片導熱填料的導熱效果較好。此外，由不同粒徑復合填料制成的灌封膠具有良好的導熱性。這是因為單粒填料顆粒不能在灌封膠內(nèi)形成連續(xù)的導熱通道，顆粒之間有間隙，不同粒徑的填料顆粒之間，小粒徑填料可以彌補大顆粒填料之間的間隙，形成完整的導熱通道，達到更好的傳熱效果。

三、阻燃劑用量對灌封膠性能的影響

添加阻燃劑可以提高灌封膠的阻燃性能。目前主要使用氫氧化鋁和氫氧化鎂。但是，當使用單一的氫氧化鋁或氫氧化鎂作為阻燃劑時，阻燃效果不如阻燃劑復合。此外，復合阻燃劑可以降低灌封膠的粘度。

阻燃效果更好的原因可能是氫氧化鋁的分解溫度約為250℃，吸收熱量為1965J/g，氫氧化鎂的分解溫度在300℃以上，具有良好的阻燃性能，其阻燃機制主要是脫水、吸熱。當溫度達到氫氧化鋁的分解溫度時，氫氧化鋁首先會吸收大量的熱量，發(fā)揮阻燃作用。當溫度進一步升高時，氫氧化鎂去除水也會發(fā)揮一定的阻燃作用，所以兩者1:1.復合使用可以減少阻燃填料的用量，這也保證了汽車電機在運行中出現(xiàn)異常情況時膠體不會燃燒。

四、偶聯(lián)劑對灌封膠性能的影響

適當?shù)恼扯炔粌H可以提高灌封膠的流動性，提高消泡能力，還可以提高灌封膠中填料的抗沉降能力，從而保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。偶聯(lián)劑的添加可以有效地解決上述問題。根據(jù)研究，在樹脂與填料混合的過程中，樹脂的粘度會隨著硅烷偶聯(lián)劑添加量的增加而降低，直到趨于穩(wěn)定。

此外，導熱填料的表面處理還可以提高填料的導熱性。利用其與基膠的相容性，增加填充量，可以大大提高灌封膠的導熱性。例如，使用硅烷偶聯(lián)劑KH-55、A-151、用RTV導熱硅橡膠填充六甲基二硅氮烷和二甲基二甲氧基硅烷表面處理的剛玉粉，材料的導熱率可從1.16w/(m.K)提高2.10w/(m·K)，導熱性能提高了近一倍