新能源汽車用導(dǎo)熱灌封膠影響因素

新能源汽車，是解決能源、環(huán)境、城市交通等問題的一個主流趨勢，也是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個主要方向。然而中國的新能源汽車能走多遠(yuǎn)，取決于動力電池能走多遠(yuǎn)。動力電池作為新能源汽車的核心，是提高續(xù)航里程和改善整車性能的關(guān)鍵。目前動力電池大多數(shù)是鋰離子電池，然而鋰離子電池在充電、碰撞等情況下易引起連鎖放熱反應(yīng)造成熱失控，導(dǎo)致汽車冒煙、失火、甚至炸掉等嚴(yán)重事故。且動力鋰電池組的性能包括能密度、使用壽命、放電倍率等受溫度影響很大，很多部件都需要嚴(yán)格的熱治理，如：電池、電控、電機(jī)、娛樂系統(tǒng)等等，需要將熱量及時導(dǎo)出，避免部件的損壞以及電池過熱引發(fā)起火的風(fēng)險，所以動力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)是新能源汽車的核心技術(shù)之一。導(dǎo)熱灌封膠為何能更好散熱？目前應(yīng)用在整車熱治理系統(tǒng)的導(dǎo)熱材料有：導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱絕緣材料、導(dǎo)熱灌封膠和導(dǎo)熱填縫材料。其中，導(dǎo)熱灌封膠是目前新能源電動汽車應(yīng)用較為廣泛的一種有機(jī)硅導(dǎo)熱灌封膠材料，能在室溫條件下通過加成固化反應(yīng)形成一種柔軟、有彈性、表面具有粘附性的有機(jī)硅彈性體，同時還具有優(yōu)異的電氣絕緣性能。在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域，導(dǎo)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，提供導(dǎo)熱性能的同時又具有絕緣、填充、保護(hù)等作用。

導(dǎo)熱灌封膠之所以可以作為散熱材料是因為它比空氣擁有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，20℃下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0267W/(m.K)，而導(dǎo)熱灌封膠可以通過配方優(yōu)化而得到更高的導(dǎo)熱系數(shù)，從而可以把電器件產(chǎn)生的熱量以更快的速度傳遞出去。這就好比在炎熱的夏天，直接跳進(jìn)水里泡著顯然要比風(fēng)扇吹風(fēng)更快速降溫，因為水完全包圍著人體，相較于導(dǎo)熱系數(shù)非常小的空氣，熱量能夠更快的從身體中傳遞出去——而灌封膠就是用液體聚合物體系（通常是兩個組分）填滿電子器件周圍空氣空間的過程（如下圖深藍(lán)色部分）?；疑昂谏韮蓚€不同表面，淺藍(lán)色代表空氣，深藍(lán)色代表熱界面材料。當(dāng)兩個物體表面接觸在一起的時候，不可能完全緊密地接觸在一起，因為物體表面都會有粗糙度，總會有一些空氣隙夾雜在其中，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)非常之小，因此就造成了比較大的接觸熱阻。而使用柔軟可塑的熱界面材料就可以盡量填充這個空氣隙，降低接觸熱阻，提高散熱性能。

灌封膠用于動力電池Pack封裝影響導(dǎo)熱灌封膠的因素考慮到電機(jī)的實際工況條件，所用的灌封膠需具有高導(dǎo)熱、流動性好、耐開裂、粘結(jié)力強(qiáng)等性能，否則在用于汽車電機(jī)時會有灌封困難，增加汽車整重造成汽車能耗比過高的問題。適用于電動車?yán)锝o電子元器件和動力電池模組的灌封膠材料可分為：環(huán)氧樹脂灌封膠；硅橡膠灌封膠（有機(jī)硅灌封膠）；聚氨酯灌封膠。下面以環(huán)氧樹脂灌封膠為例，看看影響灌封膠性能的因素有哪些。

一、填料對灌封膠耐開裂性能的影響環(huán)氧樹脂在固化過程中會產(chǎn)生一定的收縮，若使用單純的環(huán)氧樹脂用作電機(jī)灌封，當(dāng)灌封膠固化收縮產(chǎn)生的應(yīng)力大于灌封膠與機(jī)殼間的粘結(jié)力時，會造成脫殼現(xiàn)象；而當(dāng)灌封膠固化收縮產(chǎn)生的應(yīng)力小于灌封膠與機(jī)殼間的粘結(jié)力且灌封膠強(qiáng)度較差時，會造成灌封膠開裂現(xiàn)象。所以，為了避免這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，需要降低灌封膠的固化收縮率，增加灌封膠的強(qiáng)度，而往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。但是填料的添加量不可過多也不可太少。填料用量太少灌封膠的固化收縮率高，加多了雖然可以繼續(xù)降低灌封膠的固化收縮率，但是隨著填料的增加，灌封膠的黏度也會大幅增長。二、填料對灌封膠導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能的影響一般導(dǎo)熱材料使用至多的導(dǎo)熱填料是Al2O3；而高導(dǎo)熱性能的多采用金屬氮化物，如：SiN、AlN較為常用。導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率不僅與導(dǎo)熱填料本身有關(guān)，而且與導(dǎo)熱填料的粒徑分布、形態(tài)、界面接觸、分子內(nèi)部的結(jié)合程度等密切相關(guān)。一般而言，纖維狀或箔片狀的導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱效果更好。另外，使用不同粒徑復(fù)配的填料配制的灌封膠的導(dǎo)熱能力也會較好。這是因為單一粒徑的填料顆粒不能很好地在灌封膠內(nèi)部形成連續(xù)的導(dǎo)熱通道，顆粒與顆粒之間存在間隙，而不同粒徑的填料顆粒之間，小粒徑的填料可以很好地彌補(bǔ)大顆粒填料之間產(chǎn)生的間隙，形成完整的導(dǎo)熱通道，達(dá)到更好的傳熱效果。三、阻燃劑用量對灌封膠性能的影響阻燃劑的加入可以提高灌封膠的阻燃性能，目前主要以氫氧化鋁及氫氧化鎂的使用為主。不過當(dāng)使用單一的氫氧化鋁或者氫氧化鎂作為阻燃劑時，阻燃效果不如采用阻燃劑復(fù)配手段。而且采用復(fù)配過的阻燃劑，可以使灌封膠的黏度更低。之所以復(fù)配使用時阻燃效果更好，可能是因為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，它們都具有很好的阻燃性能，其阻燃機(jī)理主要是脫水、吸收熱量。當(dāng)溫度達(dá)到氫氧化鋁的分解溫度時，首先氫氧化鋁會吸收大量的熱量起到阻燃的效果，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，氫氧化鎂脫除水分也會起到一定的阻燃效果，因此二者1:1復(fù)配使用可降低阻燃填料的用量，這也保證了汽車電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況時膠體不助燃。四、偶聯(lián)劑對灌封膠性能的影響合適的黏度不僅可以增加灌封膠的流動性，提高消泡能力，還能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)劑的加入就能有效解決以上問題。據(jù)研究，在樹脂與填料混合的過程中，在一定范圍內(nèi)樹脂的黏度會隨著硅烷偶聯(lián)劑加入量的增加而降低，直到趨于穩(wěn)定。此外，對導(dǎo)熱填料進(jìn)行表面處理也可以提高填料的導(dǎo)熱性能，利用其與基膠的相容性，增加填充量，就可以實現(xiàn)灌