新能源热管理材料如何双向守护电芯安全

新能源汽车动力电池的性能表现，始终绕不开两个极端场景的考验：零下二三十摄氏度的冬季低温，和四五十摄氏度甚至更高的夏季高温。低温会直接导致锂电池活性下降，续航大幅缩水，不少北方车主冬季出行甚至要面临一半续航打折的尴尬；高温则会加速电芯老化，严重时还会引发热失控，带来自燃风险。想要解决这两大痛点，热管理系统是核心，而热管理材料则是支撑整个系统发挥作用的基础，从低温保温到高温散热，热管理材料实现了对电芯安全的双向守护。一、新能源动力电池为什么需要双向温度管控

锂电池的最佳工作温度区间在25℃-40℃之间，一旦超出这个范围，性能和安全性都会出现明显下滑，这种特性决定了热管理必须同时兼顾低温保温和高温散热两个方向。1. 低温下的痛点：续航缩水与充电困难

锂电池的化学反应速率对温度极为敏感，当环境温度低于0℃时，电芯内部的电解液黏度会上升，锂离子迁移阻力变大，负极嵌锂速度变慢，可用容量会出现明显衰减。根据行业测试数据，普通磷酸铁锂电池在-10℃环境下，可用容量会衰减至常温的60%-70%，三元锂电池稍好也会衰减至70%-80%，直接反映在车辆上就是续航“打折”，实际续航达不到标称值的一半。同时低温下充电速度也会大幅变慢，为了避免析锂损伤电芯，大部分车企都会限制低温充电功率，充满电的时间可能是常温的2-3倍，严重影响用户出行体验。2. 高温下的风险：热失控与寿命衰减

当环境温度超过40℃，或者车辆在高速行驶、快充状态下，电芯会持续释放大量热量，如果不能及时导出散热，电芯温度会快速升高。温度超过60℃后，SEI膜会开始分解，负极暴露后与电解液发生放热反应，进一步推高温度，引发正极分解、电解液燃烧，最终导致不可控的热失控，也就是用户最担心的自燃问题。即使没有达到热失控的程度，长期高温也会加速电芯老化，导致容量衰减加快，缩短动力电池整体使用寿命。

二、面向低温防护：保温隔热材料守住电芯工作温度下限

冬季低温环境下，热管理需要尽可能减少电芯热量向外散失，维持电芯工作温度，这就需要高性能的隔热保温材料发挥作用。目前行业主流应用的保温材料主要分为以下几类：1. PI加热膜

新能源汽车需要在各种极端环境下运行，从东北冬季-40℃的极寒到夏季高原高温，PI加热膜都能保持稳定性能。PI材料的热膨胀系数低，在宽温度区间内尺寸稳定性好，不会因为温度循环出现热胀冷缩导致的脱层、开裂，耐振动性能优异，符合车载电子部件的振动冲击标准，长期使用不会出现线路断裂、脱落的问题。PI加热膜的发热功率可以根据需求灵活设计，从每平方分米几瓦到上百瓦都可以实现，既可以满足新能源汽车低温环境下的快速加热需求，也可以满足储能电站低温环境下的保温需求。针对800V高压平台，PI加热膜可以设计更高的功率，实现10~15分钟内把电芯从-20℃加热到10℃以上，满足快充启动的温度要求；针对小容量动力电池，也可以设计低功率保温方案，降低能耗。同时PI加热膜可以配合NTC热敏电阻集成设计，实现温度的精准检测和控温，控温精度可以达到±1℃，更好地适配动力电池的热管理需求。

2. 环氧板加热片环氧板加热片的发热线路是均匀分布在整个片体上的，温差可以控制在±5℃以内，远好于PTC加热元件的±15℃以上的温差，能够让动力电池模组保持均匀的温度，避免局部温度过高影响电池寿命，也避免局部温度过低导致电池性能不均衡。同时环氧板加热片可以配合NTC热敏电阻实现精准控温，温控精度可以达到±1℃，能够精准匹配动力电池的最佳工作温度区间（25℃-40℃），帮助电池发挥最佳性能。

3. MPP发泡材料

MPP本身属于结晶性高分子材料，改性后的MPP发泡材料可以达到HF-1级阻燃标准，离火即灭，不会助燃，而且燃烧过程中发烟量低，有毒有害气体释放少。同时，闭孔发泡结构内部包含大量静止空气，热传导系数低，隔热性能远优于传统的EVA、PU发泡材料，当某一节单体发生热失控时，MPP发泡材料可以有效阻挡热量向相邻电芯传递，延缓甚至阻断热失控蔓延，大幅提升电池包的整体安全性。根据相关测试，10mm厚的MPP发泡材料，可以在1000℃以上的高温火焰下保持超过10分钟的阻隔能力，为应急处置争取足够的时间。

三、面向高温安全：散热导热材料打通热量导出路径

在高温场景下，热管理的核心需求是快速将电芯工作产生的热量导出，维持电芯温度均匀，避免局部过热，因此需要高导热性能的材料来搭建散热通道。目前主流的导热散热材料包括以下几种：1. 导热界面材料（导热凝胶、导热垫片）

电芯和冷却板之间不可避免存在装配间隙，空气的导热系数很低，会形成热阻，导热界面材料就是用来填充间隙，降低热阻，提升热量传递效率。目前应用最广泛的是导热凝胶和导热硅胶片：导热垫片具备稳定的厚度和硬度，施工方便，导热系数一般在1-10/m·K之间，可以满足大部分常规散热需求；导热凝胶则可以更好地贴合不规则表面，自适应不同的间隙，流动性好，适合高密度集成的电芯模组，导热系数最高可以做到20/m·K以上，散热效率更高。随着动力电池能量密度不断提升，对导热系数的要求也在不断提高，目前高端车型已经开始大量应用高导热系数的界面材料。2. 导热结构胶

现在CTC、CTB等集成化技术普及后，电芯直接粘贴在托盘或冷却板上，导热结构胶同时承担粘接固定和导热两种功能，替代了传统的机械固定加导热垫片的方案，既减轻了重量，又提升了散热效率。目前主流导热结构胶的导热系数在1-3W之间，粘接强度可以达到5MPa以上，既可以保证结构稳定性，又能有效将电芯热量导出到冷却系统。3. 水冷板绝缘导热涂层

水冷板是目前动力电池最主流的散热载体，为了避免水冷板漏电和腐蚀，需要在表面涂覆绝缘导热涂层。这类涂层一般是环氧有机硅体系，填充氧化铝、氮化硼等导热填料，既具备优异的绝缘性能，击穿电压可以达到5kV/mm以上，又具备不错的导热能力，帮助水冷板快速吸收电芯热量。4. 相变导热材料

相变材料是近年来发展很快的新型热管理材料，这类材料可以在特定温度区间发生相变，吸收大量潜热，在电芯温度升高时，相变材料熔化吸收热量，将温度维持在相变温度附近，避免温度快速上升；当温度降低时，相变材料凝固放出热量，帮助维持电芯温度。目前应用较多的是石蜡基复合相变材料，搭配高导热填料，潜热可以达到150-200J/g，在快充场景下可以有效平抑电芯温度波动，减少温控系统负荷，兼具高低温防护的作用，不过目前成本还相对较高，大规模应用还在推进中。四、集成化方案：热管理材料的协同防护设计

想要实现对电芯的双向守护，不是简单把保温材料和导热材料堆砌在一起，而是需要根据电池包的结构设计，进行材料的分层协同设计，形成完整的热管理防护体系。以现在主流的磷酸铁锂CTB电池包为例，设计上会在电芯底部使用导热结构胶直接粘接在集成水冷的车身底板上，保证快充和高速行驶时热量快速导出；电芯侧面和顶部贴附1-2mm厚的气凝胶隔热层，既可以在冬季减少热量流失，提升续航保持率，又可以在单电芯热失控时阻隔热量传递，防止热扩散；电池包上盖内侧再贴附一层气凝胶保温层，阻隔外界夏季高温或冬季低温的影响，最终实现了全年温度稳定性的提升。根据第三方测试，采用这套材料方案的电池包，冬季-10℃环境下续航保持率可以提升8%-12%，夏季快充最高温度可以降低3-5℃，热失控扩散时间可以延长10分钟以上，给用户预留足够的逃生时间。五、行业发展趋势：热管理材料向高性能、轻量化、低成本方向演进

随着新能源汽车动力电池能量密度不断提升，快充功率越来越大，对热管理材料的性能要求也在不断提高，未来行业主要发展方向有三个：1. 性能升级：更高导热、更低导热的双向提升

一方面，800V高压平台普及，快充功率达到800-1000kW，电芯单位时间产热大幅提升，要求导热界面材料的导热系数从当前的3-5W/m·K提升到10-20W/m·K，同时还要保持较低的硬度和良好的贴合性，降低界面热阻。另一方面，对保温隔热的要求也在提升，要求材料在更薄的厚度下实现更低的导热系数，气凝胶材料的导热系数已经从早期的0.018W/m·K降到了0.012W/m·K，未来还会进一步降低，同时提升阻燃性能，满足更严苛的安全要求。2. 多功能集成：让材料承担更多功能

未来热管理材料不再只承担单一的导热或者隔热功能，会向多功能一体化方向发展，比如具备保温隔热功能的结构材料，既可以做电池包箱体，又能阻隔热量，减少零部件数量，降低整体重量；还有智能相变材料，可以根据温度自动调节导热系数，低温下低导热保温，高温下高导热散热，自动实现双向温度调控，简化热管理系统设计。3. 成本下探：推动高性能材料普及

早期气凝胶等高性能材料成本较高，仅在高端车型应用，随着生产工艺不断成熟，产能扩张，气凝胶的价格已经从早期的每立方米数万元降到了一万元以内，未来还会进一步下降，逐步普及到10-20万级主流车型，让更多用户可以享受到更好的温控体验和安全保障。结语

新能源动力电池的安全和性能，始终建立在可靠的温度管理基础之上，热管理材料作为整个系统的基础，从低温下守住续航，到高温下守住安全，实现了对电芯的双向守护。随着材料技术不断进步，未来的热管理系统会更加高效、安全，逐步解决用户对冬季续航和高温自燃的焦虑，推动新能源汽车行业进一步发展。

宝益科技从 2011 年初创时的专注探索，到如今成为全球新能源头部车企的核心供应商；从单一加热材料研发，到构建全场景热管理解决方案体系。宝益科技已成长为新能源热管理材料行业头部企业，为全球新能源电池产业性能提升提供核心支撑。