电池热管理材料详解
导读Reading guide动力电池热管理是锂离子电池领域中一项关键技术，其主要目的是保证电池在使用和充电过程中的温度处于安全范围内，同时提高电池的能量密度和使用寿命。而热管理材料则是实现这一目标所不可或缺的技 ...
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| 导读 Reading guide 动力电池热管理是锂离子电池领域中一项关键技术，其主要目的是保证电池在使用和充电过程中的温度处于安全范围内，同时提高电池的能量密度和使用寿命。而热管理材料则是实现这一目标所不可或缺的技术支撑。接下来，小编将为您介绍动力电池热管理材料的应用和分析。  01 热传导材料 热传导是动力电池热管理中最基础的问题，而热传导材料在这一过程中起着关键作用。目前，应用于动力电池的热传导材料主要有两种类型：热传导膏和热传导片。 热传导膏是一种将热量从高温处传输到低温处的导热材料，其常用于电池和散热器之间的接触面。热传导膏的导热系数通常在1-8 W/mK之间。可以采用金刚石颗粒，氮化硅等导热颗粒为载体来制备热传导膏。由于热传导膏可以填充微小的空隙和裂缝，因此在动力电池的热管理中得到了广泛的应用。 热传导片是将热量从电池表面均匀传递到附近的散热器的一种材料。热传导片通常由铜或铝制成，其导热系数约为200 W/mK。运用热传导片可以使散热器和电池表面得到更加均匀的冷却，并提高了散热器对电池的吸附性，防止其在振动状态下脱落。  02 热障材料 热障材料是一种可以减缓热量流动的材料，它常用于电池模组内部，在电池单体与散热器之间加装，以减少温度梯度，降低电池表面温度，并增加电池安全性。隔热材料的导热系数通常在0.2-0.35 W/mK之间，且易于加工和成型。  热障材料主要有两种：绝缘隔热材料和复合隔热材料。绝缘隔热材料主要是为了降低电池表面温度，在电池单体和散热器之间加装，其主要原材料有玻璃纤维、陶瓷等。复合隔热材料则是将多种性能材料进行复合，比如将纳米二氧化硅和聚合物进行复合，其阻止热流和电流之间的传导，同时具有较高的强度和耐久性，因而应用广泛。 03 相变材料 相变材料是一种能吸收和释放大量热能的物质，这使得它在动力电池热管理中应用广泛。采用相变材料可以降低电池在充电和放电过程中表面温度的峰值，从而提高电池寿命。这是因为相变材料的熔点通常是非常稳定的，因此当充电或放电达到一定温度时，相变材料将吸收大量热能，从而保持电池表面温度的稳定状态。 目前，相变材料主要分为两种：有机相变材料和无机相变材料。有机相变材料主要应用于低温范围下，且纯净程度较高，但热量的吸收和释放速度相对较慢。而无机相变材料则热量吸收和释放速度更快，但在高温下易熔化以及有毒等问题也限制了其应用范围。  04 应用与分析 动力电池是一种高能量密度的设备，长时间运行后会产生大量热量，使电池内部温度升高，从而影响电池性能和寿命，进而引发安全问题。因此，通过使用热管理材料有效分散和吸收电池内部产生的热量，可以使电池始终处于合理的运行温度范围内，确保其性能和稳定性。  常见的动力电池热管理材料主要包括热传导材料、热障材料和相变材料。热传导材料具有良好的导热性能，可以有效传导电池内部的热量；热障材料则是利用材料的低导热性质进行隔热，防止热量向外部扩散；相变材料可将潜热吸收并进行短时储存，从而全面提高电池冷却效果。综合考虑不同材料的优缺点，需要根据实际情况选择合适的热管理材料。 05 新能源汽车电池热管理行业竞争格局 从市场参与者角度来看，国内市场液冷板行业厂商主要可分为三类：①以温控零配件业务延伸的热管理头部企业（三花智控、银轮股份等）；②基于技术互通性进行业务拓展的厂商（纳百川等）；③跨界企业（科创新源等）。  从细分市场来看，蛇形液冷管应用于配套圆柱形动力电池，液冷板应用于配套方形电池。目前，国内市场液冷管主要生产厂商为新富科技，若未来国内更多新能源汽车厂商采用圆柱形电池技术路线，国内将发展出更多从事液冷管研发及生产的企业。  06 新能源汽车电池热管理行业发展趋势 新能源汽车电池热管理系统旨在调整电池温度，减小电池包内最高温度和最低温度的差异，使得动力电池保持在适宜工作的温度范围，从而确保充放电性能、电池安全性及寿命，降低新能源汽车由于电池过热导致自燃的风险。 新能源汽车电池热管理系统按照冷却媒介不同主要可分为风冷、液冷和直冷三类，其中液冷是动力电池冷却的主流技术，其冷却速度快、比热容大、换热系数高，在换热能力、换热一致性等方面均有良好表现。液冷系统零部件较为复杂，主要包括电池冷却器、电子膨胀阀、电子水泵、电池阀、液冷管、液冷板等，其中液冷管、液冷板通过冷却液在液流中循环流动传递走多余热量从而实现冷却功能，是液冷系统的关键部件。  随着新能源汽车逐渐朝着高能量密度和高续航的方向发展，动力电池热管理系统对温度的监测和控制需求日益提升。为达到更好的冷却效果，未来液冷管、液冷板将根据客户需求逐步提升技术要求和质量品质，在工艺难度提升的同时，单车价值量及使用量有望获得较大提升。此外，伴随着下游新能源汽车行业需求放量，新能源汽车电池热管理系统下游特定品类和型号有望实现生产的规模效应，产业链增长潜力较大。  07 行业技术壁垒 液冷管、液冷板是通过金属管材、板材（通常为铜铝等导热金属）构成的封闭腔体将发热器件的热量间接传递给封闭在循环管路中的冷却液体，通过冷却液体将热量带走的一种冷却形式。由于该种冷却方式会极大程度影响动力电池整体的安全、重量、工作稳定性等方面，因此具有较高技术壁垒，主要体现在以下几点：  第一，散热效果要求高。由于新能源汽车电池工作时会产生较大热量，热量过高不仅影响电池工作效率，同时会产生一定安全风险，因此，液冷管、液冷板对散热功率要求较高，需要能够及时导出动力电池工作过程中产生的多余热量，避免过量温升的发生； 第二，密封可靠性要求高。道路车辆环境工作复杂，存在振动、冲击、高低温交变等多种环境，同时，液冷板、液冷管设计寿命均需覆盖整车使用寿命；动力电池电压动辄几百伏，若液冷板、液冷管密封出现问题以致内部冷却液泄露，会导致电池短路，温度积累到一定程度就会发生自燃；  第三，散热设计精准度要求高。因新能源汽车车型不同，其使用的电池外形、排列组合方式不同，需要对不同电池包的液冷管、液冷板的冷却液流道进行精细化设计，使得冷却液可以均匀冷却电池温度，避免电池包内不同位置温差过大； 第四，轻量化要求较高。为减轻车身重量，提高电动车续航里程，液冷管、液冷板使用的材质质量较轻，厚度较薄，材料的轻薄化进一步提升了技术加工难度；  此外，液冷管、液冷板出厂前应进行相关试验并满足相关国家和行业标准及设计要求，包括外观质量、性能、水质性能、环境适应性、工作方式等多方面的测试和验证。因此液冷管、液冷板供应商需掌握核心研发及工艺技术并在产品性能上不断创新。 新能源汽车热管理系统产品  总之，在动力电池热管理中，热传导材料、热障材料和相变材料等材料的应用都能够提高电池的安全性、能量密度和使用寿命。同时，材料的优化也必须考虑成本和可持续性等因素，以实现最佳的性价比。 |
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