1： 動力電池?zé)峁芾淼闹匾?/span>

新能源汽車蓬勃發(fā)展，其安全性受到越來越廣泛的關(guān)注。動力電池包是新能源汽車相對傳統(tǒng)燃油車作出的最大改動，也是整車安全性設(shè)計(jì)的核心。目前，動力電池多數(shù)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(yīng)造成熱失控，導(dǎo)致冒煙、失火甚至爆炸等嚴(yán)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?zé)峁芾砑夹g(shù)是新能源汽車的核心技術(shù)之一。在這個(gè)過程中，一種新型的導(dǎo)熱阻燃材料應(yīng)運(yùn)而生。

圖1 典型電池不同溫度、不同循環(huán)次數(shù)下容量衰減程度實(shí)驗(yàn)結(jié)果（左）   Leaf 和Volt 在不同溫度下的續(xù)航里程統(tǒng)計(jì)（右）

圖2 因熱失控發(fā)生爆燃的電動車

2 ：汽車動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的目標(biāo)

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?zé)峁芾硐到y(tǒng)是決定車體整體性能的關(guān)鍵。從產(chǎn)品應(yīng)用角度出發(fā)，動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的目標(biāo)可以細(xì)分為如下7個(gè)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(huán)境中將熱量及時(shí)轉(zhuǎn)移、低溫環(huán)境中迅速加熱或者保溫；

（2） 減小單體電池內(nèi)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(nèi)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(fā)電池失效甚至爆炸等危險(xiǎn)；

（5） 滿足電動汽車輕型、緊湊的要求，成本低廉、安裝與維護(hù)簡便；

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

（7） 溫度等相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)精確靈敏的監(jiān)控管理，制定合理的異常情況應(yīng)對策略。

3 ：導(dǎo)熱材料在動力電池包中的關(guān)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(fēng)冷設(shè)計(jì)，新面世的旗艦級純電動車幾乎全部使用了液冷設(shè)計(jì)。使用液冷設(shè)計(jì)的電池包，當(dāng)電池溫度較高時(shí)，電池發(fā)出的熱量將由冷板中的液體迅速轉(zhuǎn)移到電池包外部，實(shí)現(xiàn)快速降溫。液體的體積比熱容遠(yuǎn)大于氣體，在相同流量下，其轉(zhuǎn)移熱量的效率遠(yuǎn)超氣體，故而液體冷卻的能力大幅強(qiáng)于空氣冷卻?？梢哉f，當(dāng)使用液體冷卻方式時(shí)，熱量通過流體的轉(zhuǎn)移將不再是熱管理系統(tǒng)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(dǎo)熱界面材料在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用由來已久。其在傳統(tǒng)電子產(chǎn)品中的作用可以由下圖簡單闡述：

圖4 導(dǎo)熱界面材料作用示意圖

受限于機(jī)械加工精度，剛性接觸面間會存有極細(xì)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(dǎo)熱系數(shù)極低（25℃時(shí)，空氣導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱柔性材料（導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱界面材料它還需要同時(shí)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(dǎo)熱界面材料。然而，汽車動力電池包中的導(dǎo)熱界面材料，由于運(yùn)用場景和面臨的問題與常規(guī)電子產(chǎn)品差異很大，其要求有很強(qiáng)的特殊性。

4： 從LYA-HTS010導(dǎo)熱墊片談動力電池包對導(dǎo)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(fā)的導(dǎo)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(xué)性能極佳，拉伸強(qiáng)度達(dá)到6MPa，是常規(guī)導(dǎo)熱襯墊的數(shù)十倍之多。極限狀態(tài)下的伸長率可達(dá)300%，完美適應(yīng)汽車在運(yùn)行中的各種碰撞、顛簸帶來的機(jī)械撕扯。同時(shí)，該材料歷經(jīng)2000h下120C高溫烘烤后，導(dǎo)熱系數(shù)仍基本維持不變。而且，LYA-HTS010阻燃效果也達(dá)到UL-94 V0等級，使用環(huán)保材料，滿足RoHS要求。

圖5 LYA-HTS010導(dǎo)熱、阻燃、絕緣襯墊實(shí)物圖

該類型的導(dǎo)熱材料在圓柱形電池中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，其可靠性已得到充分檢驗(yàn)。

圖6 LYA-HTS010同類產(chǎn)品在特斯拉動力電池包中的實(shí)際運(yùn)用

除了上述關(guān)鍵性能，LYA-HTS010還具備多種其同類材料無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢，這些優(yōu)勢可以減輕電池包整體重量，從而有助于實(shí)現(xiàn)更長的續(xù)航里程。

4.1力學(xué)強(qiáng)度

作為出行工具，汽車經(jīng)常在高速下運(yùn)行。汽車各項(xiàng)設(shè)計(jì)必須能夠應(yīng)對千變?nèi)f化的真實(shí)路況。安全性無疑是汽車最關(guān)鍵的考核指標(biāo)之一。汽車碰撞試驗(yàn)是檢驗(yàn)車體安全設(shè)計(jì)是否合格的重要環(huán)節(jié)。下左圖示意了汽車碰撞試驗(yàn)圖。顯然，在這樣的撞擊下，車體內(nèi)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(zhì)均有易燃性，過充電、外短路、猛烈撞擊等均可能引發(fā)鋰電池自燃，造成安全事故。據(jù)美國FAA 的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：1991~2007年間所發(fā)生的電池事故中，68％是由于內(nèi)部或外部短路造成，15％是由于充電或放電造成，7％由于設(shè)備意外啟動，10％為其他原因。由此進(jìn)證明，各種因素直接或間接造成的電池內(nèi)、外部短路，是導(dǎo)致鋰電池安全事故發(fā)生的主要原因。

圖7 汽車碰撞試驗(yàn)（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(zhì)來應(yīng)對這種異常撞擊?？梢詮?/span>LYA-HTS010這一墊片的三個(gè)參數(shù)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(chǔ)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(fēng)險(xiǎn)

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

3. 伸長率高。車體在遭受巨大撞擊的時(shí)候，車身會發(fā)生變形。LYA-HTS010拉伸伸長率達(dá)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(hù)。

值得注意的是，除硬度外，傳統(tǒng)電子行業(yè)，極少關(guān)注界面材料的拉伸強(qiáng)度或伸長率。這直接導(dǎo)致絕大多數(shù)傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料在汽車中并不適用。LYA-HTS010材料的這些機(jī)械性能參數(shù)，完全是針對汽車的實(shí)際工況，進(jìn)行的定制化研究。

4.2 阻燃特性

雖然力學(xué)強(qiáng)度極佳，但由于電池包能量密度極高，在極限沖擊狀態(tài)下，個(gè)別電池仍然有可能出現(xiàn)異常，發(fā)生爆燃。非常容易理解的是，作為緊密包裹在電池外的導(dǎo)熱界面材料，必須具備極佳的阻燃特性，防止燃燒的蔓延?？扇夹?/span>UL94等級是應(yīng)用最廣泛的塑料材料可燃性能標(biāo)準(zhǔn)。它用來評價(jià)材料在被點(diǎn)燃后熄滅的能力。根據(jù)燃燒速度、燃燒時(shí)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(jù)顏色或厚度都可以得到許多值。當(dāng)選定某個(gè)產(chǎn)品的材料時(shí)，其UL等級應(yīng)滿足塑料零件壁部分的厚度要求。UL等級應(yīng)與厚度值一起報(bào)告，只報(bào)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(dá)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(fēng)險(xiǎn)。

4.3 密度

2016年4月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、科技部聯(lián)合印發(fā)了《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》。規(guī)劃的新能源領(lǐng)域的階段性目標(biāo)是：（1）到2020年，鋰離子動力電池單體比能量〉300Wh/kg；系統(tǒng)比能量爭取達(dá)到260Wh/kg；成本<1元/瓦時(shí).（2）到2025年，新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上，動力電池系統(tǒng)比能量達(dá)到350 Wh/kg。同年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》也提到了純電動汽車動力電池的比能量目標(biāo)是2020年350Wh/kg， 2025年是400Wh/kg， 2030年是500Wh/kg。該目標(biāo)與四部委提出的指標(biāo)很接近。

通過這些目標(biāo)數(shù)據(jù)可見，動力電池能量密度和成本是最關(guān)注的指標(biāo)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，獲悉動力電池包內(nèi)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(dǎo)熱界面材料，而且，隨著動力電池單體能量密度越來越高，導(dǎo)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(xù)航。

常規(guī)的導(dǎo)熱界面材料密度多數(shù)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(gè)密度差，結(jié)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(shù)值無疑還會持續(xù)提高。因此，低密度是動力電池包對導(dǎo)熱材料的另一點(diǎn)特殊要求。

4.4絕緣特性

在運(yùn)行中，動力電池內(nèi)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(dǎo)致短路的原因則由很多，比如車身顛簸、撞車或電池本身構(gòu)造不佳）。眾所周知的三星Note 7電池事件，就是由于手機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于冒險(xiǎn)，導(dǎo)致電池易于在外界刺激下發(fā)生短路，產(chǎn)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(jié)

本文結(jié)合LYA-HTS010各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，深入解讀了動力電池包對導(dǎo)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(dǎo)熱材料，LYA-HTS010各項(xiàng)性能都表現(xiàn)極其優(yōu)異。我們也可以感受到，一種優(yōu)異材料的開發(fā)，建立在許多環(huán)節(jié)之上。除了對各種材料物理化學(xué)特性的理解，對各種制作工藝的把控，深刻理解應(yīng)用端的具體問題特點(diǎn)也至關(guān)重要。結(jié)合應(yīng)用端的需求，創(chuàng)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(jiān)持。除了導(dǎo)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(yōu)異的導(dǎo)熱材料，諸如超低熱阻導(dǎo)熱凝膠，高可靠性導(dǎo)熱灌封膠，以及高度穩(wěn)定的導(dǎo)熱硅脂等。LYA將長期堅(jiān)持研究熱管理行業(yè)需求，不斷創(chuàng)新，持續(xù)提供深度貼合實(shí)際應(yīng)用需求的導(dǎo)熱產(chǎn)品，協(xié)同促進(jìn)熱管理問題的解決。