导热材料：行业概况、技术特点、性能关键因素及各领域发展方向
1、行业发展概况
在新能源汽车以及储能领域，随着电池的能量密度越来越高，快充需求越来越多，充电电流越来越大，对散热的要求也越来越高。高温会对电池的性能和可靠性带来不利影响，甚至会引发安全性问题。在消费电子、5G网络通信、基于AI大数据模型和自动驾驶等领域，对于电子芯片的性能要求越来越强大，内部元器件集成度和组装密度的提高将导致其工作功耗和发热量不断增大，电子产品发热散热问题日益突出，高温会对电子产品的性能与可靠性产生不利影响，甚至引发热失效问题，从而引起整个电子产品的故障。
相关研究表明，电子元件的故障发生率随工作温度的提高呈指数增长，因此导热材料对于解决动力电池、储能电池和电子产品的热管理问题具有重要作用。
散热是将发热器件产生的热量发散至空气中，其技术原理包括热传导、热对流与热辐射三种：
散热技术原理介绍
资料来源：普华有策
热传导与热对流是热管理的两种主要方式。热传导通过导热材料将热量从发热部件传递至散热体，从而提升电子设备的可靠性和使用寿命；热对流则借助流体（如空气或液体）与物体表面的热交换实现散热，可分为自然对流和强制对流，后者常需配合导热材料使用以提高效率。
导热材料按化学组成主要分为聚合物复合材料、金属材料、碳材料及相变材料等，特性各异，应用于不同领域。其中，聚合物复合导热材料因具有较高导热系数、优良绝缘性、良好加工性能和合理成本而占据主流市场。
该类材料以有机硅、环氧树脂等高分子聚合物为基体，并通过填充高导热粉体提升性能。常见的产品形态包括导热硅胶、导热垫片、导热硅脂等。导热粉体的种类、含量、粒径、形貌及分散状态直接影响最终导热性能。优化粉体选择、提升粉体品质、进行粒径与形貌级配以及表面处理，是提高复合材料导热系数的关键。理想导热粉体应具备高导热、高致密、高纯度、球形度佳及分散性好等特性。
2、行业技术特点
目前用于聚合物复合导热材料填充的导热粉体材料可以分为多个类别，按照材料化学组成可以分为三类，包括金属类、碳粉类和无机非金属粉体类。金属粉体和碳材料本身的导热系数较高，可以显著地提高聚合物复合材料的导热系数，但同时这两类材料的电导率亦较高，破坏了材料的绝缘性能，不能作为电子电气设备绝缘产品，限制了其应用场景。此外，碳材料如碳纳米管、石墨烯等在聚合物基体中不易分散，不利于形成有效的导热通路。而氧化物、碳化物、氮化物等无机非金属粉体因其较好的导热性能及绝缘性能在制备高导热复合材料领域具有较好的优势。
3、导热材料性能影响因素
导热材料的导热性能主要受导热粉体填充量、表面形态、分布状态及粒径影响：粉体填充量较低时，粉体被聚合物包裹难形成有效接触，热阻大且导热系数受影响小，达到一定含量后粉体形成网状/链状导热网络，导热系数随填充量增长，填充量过大则导热系数增速放缓且体系粘度升高致加工难度增加；粉体表面形态中，球形粉体因间隙小、填充率高（尤其不同粒径配比后）、流动性好且对体系粘度影响小，更利于提升导热性能与加工效率，但仅氧化铝、氧化硅易大批量球化，氮化硼、氮化铝球化易氧化，氢氧化铝无法球化；粉体均匀分布时更易形成高效导热结构，而无机粉体与聚合物相容性差易团聚、难润湿，界面空隙会增热阻，通过表面处理可改善相容性、提高填充率并降低粘度；粒径方面，理论上大粒径粉体更易形成导热通路，小粒径因接触面积大传热阻力高，但实际中填充量低时小粒径导热系数低于大粒径，填充量超阈值后小粒径导热系数增长更显著，故需合理搭配粒径以构建更多导热网络。
4、行业发展趋势
新能源汽车领域，动力电池对导热材料导热系数要求0.4-2W/（m·K），常用导热垫片等，主流填料为球形氧化铝和氢氧化铝（导热兼阻燃），下游厂商需平衡导热性能与价格；汽车电子领域，电机、电控等部件对导热系数要求更高（2-5W/（m·K）），快充技术普及将推高要求，高绝缘场景用氮化硼填料，部分车用电子需求同消费电子。网络通信领域，5G覆铜板、数据中心设备等需低介电、高导热材料，交换机、基站导热系数要求随带宽/代际提升（最高超12W/（m·K）），高导热场景用球形氧化铝与氮化铝复配，高绝缘高频场景用氮化硼。消费电子领域，散热方案多组合材料，导热系数要求随功耗增加、产品小型化升至12W/（m·K）以上，以球形氧化铝为主，高端需求需加氮化物粉体。
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