1： 動力電池熱管理的重要性

新能源汽車蓬勃發展，其安全性受到越來越廣泛的關注。動力電池包是新能源汽車相對傳統燃油車作出的最大改動，也是整車安全性設計的核心。目前，動力電池多數是鋰離子電池，而鋰離子電池在過充電、針刺、碰撞情況下易引起連鎖放熱反應造成熱失控，導致冒煙、失火甚至爆炸等嚴重事故。而且，動力電池的性能，包括能量密度、使用壽命、放電倍率等受溫度影響極大，所以電池熱管理技術是新能源汽車的核心技術之一。在這個過程中，一種新型的導熱阻燃材料應運而生。

圖1 典型電池不同溫度、不同循環次數下容量衰減程度實驗結果（左）   Leaf 和Volt 在不同溫度下的續航里程統計（右）

圖2 因熱失控發生爆燃的電動車

2 ：汽車動力電池熱管理系統的目標

汽車是人們出行的重要工具，作為電動汽車的“心臟”，動力電池熱管理系統是決定車體整體性能的關鍵。從產品應用角度出發，動力電池熱管理系統的目標可以細分為如下7個方面：

（1） 保證單體電池處于適宜的工作溫度范圍，能夠在高溫環境中將熱量及時轉移、低溫環境中迅速加熱或者保溫；

（2） 減小單體電池內部不同部位之間的溫度差異，保證單體電池的溫度分布均勻；

（3） 保持電池組內部的溫度均衡，以避免電池間的不平衡而降低性能；

（4） 消除因熱失控引發電池失效甚至爆炸等危險；

（5） 滿足電動汽車輕型、緊湊的要求，成本低廉、安裝與維護簡便；

（6） 有效通風，保證電池所產生的潛在有害氣體能及時排出，保證使用電池安全性；

（7） 溫度等相關參數實現精確靈敏的監控管理，制定合理的異常情況應對策略。

3 ：導熱材料在動力電池包中的關鍵作用

為了更有效地控制電池溫度，越來越多的廠家開始拋棄成本更低但效果較差的風冷設計，新面世的旗艦級純電動車幾乎全部使用了液冷設計。使用液冷設計的電池包，當電池溫度較高時，電池發出的熱量將由冷板中的液體迅速轉移到電池包外部，實現快速降溫。液體的體積比熱容遠大于氣體，在相同流量下，其轉移熱量的效率遠超氣體，故而液體冷卻的能力大幅強于空氣冷卻。可以說，當使用液體冷卻方式時，熱量通過流體的轉移將不再是熱管理系統的瓶頸所在。

圖3 電池包液冷散熱示意圖（左：Panamera S E-hybrid；右：特斯拉Model S）

導熱界面材料在半導體行業的應用由來已久。其在傳統電子產品中的作用可以由下圖簡單闡述：

圖4 導熱界面材料作用示意圖

受限于機械加工精度，剛性接觸面間會存有極細微的凹凸不平的空隙。圖4左圖示意了剛性接觸面間熱量傳遞的路徑。眾所周知，空氣導熱系數極低（25℃時，空氣導熱系數僅為0.026W/m.K），接觸面間的空隙會使得熱量的傳遞變得困難。在界面間填充高導熱柔性材料（導熱系數一般在1.0 W/m.K ~ 6.0 W/m.K之間）是降低接觸熱阻的有效方法。特殊場景中，導熱界面材料它還需要同時具備絕緣、吸波功能。為了保證熱量傳遞的通暢性，在電池包中，電池和冷板之間同樣需要貼附導熱界面材料。然而，汽車動力電池包中的導熱界面材料，由于運用場景和面臨的問題與常規電子產品差異很大，其要求有很強的特殊性。

4： 從LYA-HTS010導熱墊片談動力電池包對導熱材料需求的特殊性

LYA-HTS010是一款專門為動力汽車電池包開發的導熱、阻燃、絕緣襯墊，我們先來看它的性能簡表：

通過采用特殊工藝，LYA-HTS010力學性能極佳，拉伸強度達到6MPa，是常規導熱襯墊的數十倍之多。極限狀態下的伸長率可達300%，完美適應汽車在運行中的各種碰撞、顛簸帶來的機械撕扯。同時，該材料歷經2000h下120C高溫烘烤后，導熱系數仍基本維持不變。而且，LYA-HTS010阻燃效果也達到UL-94 V0等級，使用環保材料，滿足RoHS要求。

圖5 LYA-HTS010導熱、阻燃、絕緣襯墊實物圖

該類型的導熱材料在圓柱形電池中已經廣泛應用，其可靠性已得到充分檢驗。

圖6 LYA-HTS010同類產品在特斯拉動力電池包中的實際運用

除了上述關鍵性能，LYA-HTS010還具備多種其同類材料無法比擬的技術優勢，這些優勢可以減輕電池包整體重量，從而有助于實現更長的續航里程。

4.1力學強度

作為出行工具，汽車經常在高速下運行。汽車各項設計必須能夠應對千變萬化的真實路況。安全性無疑是汽車最關鍵的考核指標之一。汽車碰撞試驗是檢驗車體安全設計是否合格的重要環節。下左圖示意了汽車碰撞試驗圖。顯然，在這樣的撞擊下，車體內部各組件受到的沖擊是非常劇烈的。鋰電池的電極材料以及電解質均有易燃性，過充電、外短路、猛烈撞擊等均可能引發鋰電池自燃，造成安全事故。據美國FAA 的相關統計數據表明：1991~2007年間所發生的電池事故中，68％是由于內部或外部短路造成，15％是由于充電或放電造成，7％由于設備意外啟動，10％為其他原因。由此進證明，各種因素直接或間接造成的電池內、外部短路，是導致鋰電池安全事故發生的主要原因。

圖7 汽車碰撞試驗（左）和動力電池包在車體中的典型位置示意圖（右）

由上述可知，電池包必須有可以緩震并且抗拉的材質來應對這種異常撞擊。可以從LYA-HTS010這一墊片的三個參數來理解它的適用性：

1. 彈性極佳，LYA-HTS010硬度僅為Shore A 55度，在充分保證剛性面間貼合的基礎上，可以有效緩沖外部撞擊，吸收瞬間巨大的撞擊力，降低電池變形的風險

2. 拉伸強度大。傳統電子行業的襯墊，輕輕拉扯即可撕破，但LYA-HTS010的拉伸強度達到6Mpa，這意味著在吸收外力的同時，它自身可以保持不斷裂，避免電池與金屬材質的液冷板接觸，減少電池之間發生短路的可能

3. 伸長率高。車體在遭受巨大撞擊的時候，車身會發生變形。LYA-HTS010拉伸伸長率達到300%，即理想情況下，1m長的襯墊可以延展至3m而維持不斷裂。這可以充分保證在車身變形的情況下，電池仍然可以得到有效保護。

值得注意的是，除硬度外，傳統電子行業，極少關注界面材料的拉伸強度或伸長率。這直接導致絕大多數傳統導熱材料在汽車中并不適用。LYA-HTS010材料的這些機械性能參數，完全是針對汽車的實際工況，進行的定制化研究。

4.2 阻燃特性

雖然力學強度極佳，但由于電池包能量密度極高，在極限沖擊狀態下，個別電池仍然有可能出現異常，發生爆燃。非常容易理解的是，作為緊密包裹在電池外的導熱界面材料，必須具備極佳的阻燃特性，防止燃燒的蔓延。可燃性UL94等級是應用最廣泛的塑料材料可燃性能標準。它用來評價材料在被點燃后熄滅的能力。根據燃燒速度、燃燒時間、抗滴能力以及滴珠是否燃燒可有多種評判方法。每種被測材料根據顏色或厚度都可以得到許多值。當選定某個產品的材料時，其UL等級應滿足塑料零件壁部分的厚度要求。UL等級應與厚度值一起報告，只報告UL等級而沒有厚度是不夠的。塑料阻燃等級由HB，V-2，V-1向V-0逐級遞增。LYA-HTS010阻燃等級達到了最高等級UL 94V0 級別 ，可以有效避免火勢蔓延，降低事故風險。

4.3 密度

2016年4月，工業和信息化部、國家發展改革委、科技部聯合印發了《汽車產業中長期發展規劃》。規劃的新能源領域的階段性目標是：（1）到2020年，鋰離子動力電池單體比能量〉300Wh/kg；系統比能量爭取達到260Wh/kg；成本<1元/瓦時.（2）到2025年，新能源汽車占汽車產銷20%以上，動力電池系統比能量達到350 Wh/kg。同年發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》也提到了純電動汽車動力電池的比能量目標是2020年350Wh/kg， 2025年是400Wh/kg， 2030年是500Wh/kg。該目標與四部委提出的指標很接近。

通過這些目標數據可見，動力電池能量密度和成本是最關注的指標。經過統計，獲悉動力電池包內約有1/3的重量被非電池占用.動力電池包中會使用大量的導熱界面材料，而且，隨著動力電池單體能量密度越來越高，導熱材料重量占比會越來越高。使用密度更低的界面材料顯然有助于減輕電池包整體重量，有利于續航。

常規的導熱界面材料密度多數在2.5~3g/cm³，從性能簡表上可知，LYA-HTS010密度低至1.9 g/cm³。這個密度差，結合Tesla車體的核算，至少可使電池包減重1.2%。隨著電池單體能量密度提高，這一數值無疑還會持續提高。因此，低密度是動力電池包對導熱材料的另一點特殊要求。

4.4絕緣特性

在運行中，動力電池內部存在電流。已知的電池爆燃，直接原因幾乎都是電池短路（導致短路的原因則由很多，比如車身顛簸、撞車或電池本身構造不佳）。眾所周知的三星Note 7電池事件，就是由于手機結構設計過于冒險，導致電池易于在外界刺激下發生短路，產生爆燃。

LYA-HTS010耐壓不低于7KV/mm，體積電阻率1.0 x 10¹⁴Ω.cm，完全滿足電池在高倍率充放電下的絕緣要求。

5 ：總結

本文結合LYA-HTS010各項參數指標，深入解讀了動力電池包對導熱材料提出的特殊要求。作為一款高度融合動力電池包熱管理需求的導熱材料，LYA-HTS010各項性能都表現極其優異。我們也可以感受到，一種優異材料的開發，建立在許多環節之上。除了對各種材料物理化學特性的理解，對各種制作工藝的把控，深刻理解應用端的具體問題特點也至關重要。結合應用端的需求，創造一種新的材料，來解決這些問題，無疑需要非凡的智慧，更離不開長久的堅持。除了導熱阻燃襯墊，針對不同的熱管理需求，LYA還有許多其它同樣優異的導熱材料，諸如超低熱阻導熱凝膠，高可靠性導熱灌封膠，以及高度穩定的導熱硅脂等。LYA將長期堅持研究熱管理行業需求，不斷創新，持續提供深度貼合實際應用需求的導熱產品，協同促進熱管理問題的解決。