一、動力電池導熱膠

導熱膠應用在動力電池組裝中對提升動力電池性能和安全性，在多個方面發揮作用。導熱膠的使用目的大體分為四類：(1)固定、(2)傳熱、(3)阻燃、(4)防震，而導熱膠的具體使用形式主要為：(1)墊片、(2)灌封、(3)填充等。

圖1 電動汽車用動力電池

二、導熱膠的組成與導熱機理

導熱膠主要由EP(環氧樹脂)、有機硅橡膠和PU(聚氨酯)等樹脂基體和導熱填料組成。導熱填料的種類、用量、幾何形狀、粒徑、混雜填充和改性等對導熱膠之導熱性能都有影響。

導熱膠的導熱原理：固體內部導熱載體主要為聲子或者電子(在介電體中，導熱是通過晶格的振動來實現的，晶格振動的能量是量子化的，這種晶格振動的量子稱為聲子)。無機非金屬晶體通過排列整齊的晶粒熱振動導熱，通常用聲子的概念來描述；由于非晶體可看成晶粒極細的晶體，故非晶體導熱也可用聲子的概念進行分析，但其熱導率遠低于晶體；大多數聚合物是飽和體系，無自由電子存在，因此，在膠粘劑中加入高導熱填料是提高其導熱性能的主要方法。導熱填料分散于樹脂基體中，彼此間相互接觸，形成導熱網絡，使熱量可沿著“導熱網絡”迅速傳遞，從而達到提高膠粘劑熱導率的目的，如圖2所示。

圖2填料形成網絡和沒有形成網絡導熱膠導熱示意圖

三、六方氮化硼(h-BN)材料的特性

氮化硼(BN)是由氮原子和硼原子所構成的晶體。化學組成為43.6%的硼(B)和56.4%的氮(BN)，具有四種不同的變體：六方氮化硼（H-BN）如圖3、菱方氮化硼（R-BN）、立方氮化硼（C-BN）和纖鋅礦氮化硼（W-BN）。其中六方氮化硼材料具有：

☆  較高的機械強度、高熔點、高熱導率，

☆  極低的摩擦系數，

☆  良好的絕緣體，

☆  六方氮化硼可以在空氣中經受住800℃的高溫，

☆  六方氮化硼可以制備成類似石墨烯的二維結構，稱之為“白色石墨烯”，具有類石墨烯的優異性能。

因此，六方氮化硼是極佳的導熱膠填充材料，目前被廣泛地應用于動力電池導熱膠領域。

四、六方氮化硼導熱膠的應用范圍

將六方氮化硼作為導熱膠的填料使用，充分利用六方氮化硼的高熱導率和高絕緣特性。為了適合各種環境要求，對可能出現的導熱問題都有妥善的對策，六方氮化硼導熱膠有非常多的應用類型，其在動力電池導熱膠的主要應用范圍如下：

1．相變導熱絕緣材料

利用基材的特性，在工作溫度中發生相變，從而使材料更加貼合接觸表面，同時也獲得了超低的熱阻，更加順暢的進行熱量傳遞，可用于填充模組間隙，向模組外部傳遞熱量。

2．熱傳導膠帶

用在發熱器件與散熱器之間的粘接，能同時實現導熱、絕緣和固定的功能，能減小設備的體積，是降低設備成本的一項選擇。

3．導熱絕緣彈性橡膠

良好的導熱能力和高等級的耐壓，符合目前電子行業對導熱材料的需求，是替代硅脂導熱膏加云母片的二元散熱系統的最佳產品。該類產品安裝便捷，利于自動化生產和產品維護，是極具工藝性和實用性的新型材料。

4．柔性導熱墊

一種有較厚的導熱襯墊，專門為利用縫隙傳遞熱量的設計方案生產，能夠填充縫隙，完成發熱部位與散熱部位的熱傳遞，同時還能起到減震、絕緣、密封等作用，這個就很適合電池模組內部的應用。

5．導熱填充劑

也可以作為導熱膠使用，不僅具有導熱的功效，也是粘接、密封灌封材料。通過對接觸面或罐狀體的填充，傳導發熱部件的熱量。圓柱電池模組是典型應用了。

6．導熱絕緣灌封膠

導熱絕緣灌封膠適用于對散熱性要求高的電子元器件的灌封。該膠固化后導熱性能好，絕緣性優，電氣性能優異，粘接性好，表面光澤性好。只是膠用量太大的話，電池包能量密度會被拉低。

五、影響導熱膠性能的因素

填充型膠粘劑的熱導率主要取決于樹脂基體、導熱填料及兩者形成的界面，而導熱填料的種類、用量、粒徑、幾何形狀，混雜填充及表面改性等因素均會對膠粘劑的導熱性能產生影響。

1．導熱填料的種類和用量

填料種類和用量均會對膠粘劑熱導率產生影響。當填料較少時，填料被基體樹脂完全包裹，絕大多數填料粒子之間未能直接接觸；此時，膠粘劑基體成為填料粒子之間的熱流障礙，抑制了填料聲子的傳遞，故不論添加何種填料都不能顯著提高膠粘劑的熱導率。隨著填料用量的增加，填料在基體中逐漸形成穩定的導熱網絡，此時熱導率迅速增加，并且填充高熱導率填料更有利于提高膠粘劑的熱導率。然而，填料的熱導率過大也不利于體系熱導率的提高。研究表明:當填料與基體樹脂的熱導率之比超過100時，復合材料熱導率的提高并不顯著。

2．導熱填料的粒徑和幾何形狀

當填料用量相同時，納米粒子比微米粒子更有利于提高膠粘劑的熱導率。納米粒子的量子效應使晶界數目增加，從而使比熱容增大且共價鍵變成金屬鍵，導熱由分子(或晶格)振動變為自由電子傳熱，故納米粒子的熱導率相對更高；同時，納米粒子的粒徑小、數量多，致使其比表面積較大，在基體中易形成有效的導熱網絡，故有利于提高膠粘劑的熱導率。對微米粒子而言，填料用量相同時大粒徑的導熱填料比表面積較小，不易被膠粘劑包裹，故彼此連接的概率較大(更易形成有效的導熱通路)，有利于膠粘劑熱導率的提高。

當填料用量相同時，不同幾何形狀的同種填料在基體中形成的導熱網絡概率不同，較大長徑比的導熱填料更易形成導熱網絡，從而更有利于提高基體的熱導率。

3．導熱填料的混雜填充

與單一粒徑的填料填充體系相比，不同粒徑大小、同種填料的混雜填充更有利于提高膠粘劑的熱導率。同種填料不同形態的混雜填充比單一球形填料填充更易獲得高熱導率的膠粘劑。不同種類的填料在適當配比時，混雜填充亦優于單一種類填料填充。這歸因于上述混雜填充均較易形成緊密堆積結構，而且混雜填充時高長徑比粒子易在球形顆粒間起到架橋作用，從而減小了接觸熱阻，進而使體系具有相對更高的熱導率。

4．導熱填料的表面改性

無機粒子和樹脂基體界面間存在極性差異，致使兩者相容性較差，故填料在樹脂基體中易聚集成團(不易分散)。另外，無機粒子較大的表面張力使其表面較難被樹脂基體所潤濕，相界面間存在空隙及缺陷，從而增大了界面熱阻。因此，對無機填料粒子表面進行修飾，可改善其分散性、減少界面缺陷、增強界面粘接強度、抑制聲子在界面處的散射和增大聲子的傳播自由程，從而有利于提高體系的熱導率。