陶氏化學(xué)揭秘：汽車工程師正在尋找哪些類型的導(dǎo)熱材料？

電動汽車的電池、電機(jī)和電力電子器件須在特定溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，以確保最佳性能。為避免溫度過高或不安全，熱管理在車輛性能、可靠性和安全性方面起著關(guān)鍵作用。近年來，多款電動汽車因高壓電池存在起火風(fēng)險而被召回。嚴(yán)重的火災(zāi)事故原因多種多樣，包括電池電芯中的污染物，以及不良的熱設(shè)計(jì)導(dǎo)致部件過熱等。

（圖源：Renault Group）

熱界面材料（Thermal Interface Materials, TIMs）旨在高效、有效地散熱，防止過熱，從而確保電動汽車的可靠運(yùn)行。目前市面上有多種類型的熱界面材料，包括膠粘劑、灌封膠、間隙填充材料、凝膠、潤滑脂、泡沫和墊片等。

陶氏公司（Dow Inc.）旗下的Dow MobilityScience專注于電動汽車電池包的組裝、保護(hù)、熱管理及循環(huán)利用。該公司已開發(fā)出多種有機(jī)硅材料（如DOWSIL?），這些材料兼具熱/電絕緣性、貼合性與結(jié)構(gòu)支撐能力，同時具備輕質(zhì)、超薄和低成本等優(yōu)勢。

今年，Autonomous&Electric Mobility（簡稱AEM）雜志采訪了Dow MobilityScience的市場經(jīng)理Luc Dusart、技術(shù)服務(wù)與開發(fā)總監(jiān)兼研發(fā)副主任Pete Vert，以及技術(shù)服務(wù)與開發(fā)助理科學(xué)家Danielle Berry，請他們介紹陶氏公司如何開發(fā)面向電動汽車的新一代熱管理技術(shù)。

AEM：為什么導(dǎo)熱材料對電動汽車的性能、可靠性和安全性至關(guān)重要？

Vert：熱量是可靠電子系統(tǒng)的“天敵”，會降低電池性能。高溫還會增加電池單體發(fā)生熱失控的風(fēng)險。導(dǎo)熱材料的作用是將熱量從熱源傳導(dǎo)至散熱器，且可提供符合阻燃標(biāo)準(zhǔn)的配方。它們不僅用于電動汽車電池的組裝，也廣泛應(yīng)用于其他產(chǎn)生大量熱量的電子系統(tǒng)中。

若無導(dǎo)熱材料，熱源與散熱器之間的空隙將被空氣填充。然而，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.024 W/(m·K)，散熱效率極低。相比之下，導(dǎo)熱材料具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，并可根據(jù)具體熱管理需求提供不同導(dǎo)熱性能的產(chǎn)品。

AEM：哪些電動汽車零部件通常使用導(dǎo)熱材料進(jìn)行組裝？

Dusart：導(dǎo)熱材料常用于功率電子模塊的組裝，例如逆變器、轉(zhuǎn)換器和車載充電機(jī)。電池包是最主要的應(yīng)用場景，此外還包括高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、顯示屏與通信模塊，以及電動汽車充電樁等。

AEM：ADAS系統(tǒng)中哪些組件通常使用導(dǎo)熱材料？

Berry：在ADAS系統(tǒng)中，導(dǎo)熱材料用于攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)（LiDAR）和各類傳感器的組裝。例如，在攝像頭模塊中，導(dǎo)熱有機(jī)硅用于散發(fā)模組產(chǎn)生的熱量；在激光雷達(dá)、雷達(dá)和傳感器中，有機(jī)硅則用于為印刷電路板（PCB）組件散熱，這些PCB上通常集成了會產(chǎn)生大量熱量的芯片和其他電子元件。

隨著性能需求不斷提升，這些組件的尺寸和功耗也在增加。例如，高級別自動駕駛系統(tǒng)即將采用新一代芯片，其計(jì)算性能將大幅提升。若芯片功耗增加2至3倍，產(chǎn)生的熱量也將顯著上升，因此需要更高性能的導(dǎo)熱材料來高效散熱。

AEM：為什么有機(jī)硅特別適合導(dǎo)熱應(yīng)用？

Berry：汽車工程師在材料化學(xué)體系上有多種選擇，但導(dǎo)熱有機(jī)硅具備顯著優(yōu)勢。例如，與丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂或聚氨酯等有機(jī)材料相比，有機(jī)硅能承受更寬的溫度范圍，并在長期高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的性能，不會顯著劣化。

環(huán)氧樹脂雖然粘接強(qiáng)度更高，但在溫度變化導(dǎo)致不同材料膨脹/收縮速率不一致時，更容易開裂。而有機(jī)硅具有應(yīng)力緩沖能力。此外，有機(jī)硅還具備優(yōu)異的水解穩(wěn)定性，即使在潮濕環(huán)境中也能保持性能。它還能抵抗鹽霧和多種汽車化學(xué)品，并可提供符合UL 94 V0阻燃等級的配方。

此外，有機(jī)硅支持靈活高效的制造裝配。例如，有可在室溫、加熱、紫外線（UV）照射或多種固化機(jī)制組合下固化的有機(jī)硅產(chǎn)品，以滿足不同制造商的需求。導(dǎo)熱有機(jī)硅也兼容自動化混合與點(diǎn)膠工藝。

AEM：當(dāng)前汽車工程師在尋找哪些類型的導(dǎo)熱材料？

Vert：工程師選擇的導(dǎo)熱材料類型高度依賴具體應(yīng)用場景。對于需要粘接或減少機(jī)械緊固件的系統(tǒng)，可使用導(dǎo)熱膠粘劑。當(dāng)熱源與散熱片之間存在較大間隙時（如電池模組中常見的情況），通常采用間隙填充材料或可點(diǎn)膠的導(dǎo)熱墊片。

導(dǎo)熱凝膠是另一類導(dǎo)熱材料，不僅能填充較大間隙，還便于返修。導(dǎo)熱膏和導(dǎo)熱脂屬于非固化型材料，可實(shí)現(xiàn)極薄的粘接層，從而獲得低熱阻，常用于芯片與散熱器之間的微小間隙填充。灌封膠通常具有自流平性和低粘度，能流入組件間的狹小空間。

（圖源：Dow）

此外，汽車工程師還在尋找能夠支持以下趨勢的導(dǎo)熱材料：集成模塊的增長（X-in-1）、模塊小型化，以及高性能計(jì)算和人工智能的融合。這些趨勢正在提高功率密度，從而增加了熱量產(chǎn)生和對更高導(dǎo)熱率的需求。汽車行業(yè)也在尋求能夠支持大批量組裝的、具有成本效益的熱界面材料。

AEM：使用導(dǎo)熱膠粘劑的最大挑戰(zhàn)是什么？陶氏如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)？

Vert：最大的挑戰(zhàn)在于平衡導(dǎo)熱性、機(jī)械性能與工藝性。例如，提高導(dǎo)熱性通常需要添加更多特種填料，但高填料含量可能削弱膠粘強(qiáng)度。在混合與點(diǎn)膠過程中，確保填料均勻分散至關(guān)重要，否則會導(dǎo)致導(dǎo)熱性能不一致。此外，部分導(dǎo)熱膠粘劑因粘度較高或固化時間較長，難以點(diǎn)膠操作。

為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，我們與合作伙伴緊密協(xié)作，深入了解其需求與目標(biāo)。因此，陶氏開發(fā)了基于有機(jī)硅的導(dǎo)熱膠粘劑，既能保持良好的機(jī)械性能，又支持自動化混合與點(diǎn)膠，提供多種粘度選擇，并實(shí)現(xiàn)更快固化。我們還推出了可通過紫外線（UV）固化的導(dǎo)熱膠，或具備雙重固化機(jī)制（如UV+濕氣固化）的產(chǎn)品，以應(yīng)對UV光照不到的陰影區(qū)域。

AEM：陶氏最新推出的面向電動出行應(yīng)用的導(dǎo)熱材料是什么？它有何獨(dú)特之處？

Dusart：DOWSIL?TC-3080 可固化導(dǎo)熱凝膠榮獲了2025年度“BIG創(chuàng)新大獎”之“變革性產(chǎn)品”類別獎項(xiàng)。這款基于有機(jī)硅的導(dǎo)熱材料的獨(dú)特之處在于其低粘度，易于點(diǎn)膠，還可直接印刷到基材上。與同類材料相比，DOWSIL? TC-3080 能在電動出行電子設(shè)備中維持更低且更穩(wěn)定的溫度。通過降低熱失效和模塊停機(jī)風(fēng)險，該熱管理材料有效提升了電動汽車的性能、可靠性和安全性。