中國(guó)粉體網(wǎng)訊 作為一種應(yīng)用極為廣泛的無(wú)機(jī)材料，氧化鋁在汽車上的應(yīng)用相當(dāng)普遍，一些新的應(yīng)用場(chǎng)景正在被挖掘出來(lái)，同時(shí)，隨著一些新材料的出現(xiàn)，氧化鋁在某些應(yīng)用場(chǎng)景已正在被淘汰出局。
IGBT封裝基板
絕緣柵雙極晶體管（IGBT）以輸入阻抗高、開關(guān)速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大等特點(diǎn)，成為當(dāng)今功率半導(dǎo)體器件發(fā)展主流，被稱為電力電子行業(yè)里的“CPU”。
IGBT是新能源汽車電機(jī)控制系統(tǒng)的核心器件，約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占整車成本的15-20%，也就是說(shuō)IGBT占整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，IGBT的質(zhì)量很大一部分也決定了整車的能源效率。
由于 IGBT 輸出功率高，發(fā)熱量大，散熱不良將損壞 IGBT 芯片，因此對(duì) IGBT 封裝而言，散熱是關(guān)鍵，須盡可能的選用陶瓷基板強(qiáng)化散熱。
陶瓷覆銅板是銅-陶瓷-銅“三明治”結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，它具有陶瓷的散熱性好、絕緣性高、機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹與芯片匹配的特性，又兼有無(wú)氧銅電流承載能力強(qiáng)、焊接和鍵合性能好、熱導(dǎo)率高的特性，是IGBT模塊的關(guān)鍵封裝材料之一。
陶瓷覆銅基板根據(jù)陶瓷材料的不同分為氧化鋁陶瓷覆銅板和氮化硅陶瓷覆銅板，而氧化鋁陶瓷早已不是該應(yīng)用場(chǎng)景中基片材料最佳選擇，因?yàn)樾阅軐?duì)比下氮化硅覆銅基板更為優(yōu)秀，其最大特點(diǎn)是具有其他陶瓷基板所無(wú)可比擬的可靠性，即具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱的特性，結(jié)合活性金屬焊接工藝后又具有高可靠性，使其成為高壓大功率IGBT模塊封裝中最具有發(fā)展前景的材料。
因此，氮化硅覆銅基板已經(jīng)成為 IGBT 模塊封裝的新寵，特別是在可靠性和小型化要求更高的電動(dòng)汽車領(lǐng)域正逐步替代氧化鋁。
LED車燈藍(lán)寶石襯底
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車燈具由最原始白熾燈逐漸發(fā)展到鹵素?zé)�、氙氣燈和LED燈。近幾年來(lái)，LED技術(shù)在汽車照明系統(tǒng)中占有越來(lái)越重要的地位，從最初的汽車室內(nèi)照明如儀表燈、背光照明、閱讀燈等最基本的照明應(yīng)用，逐漸發(fā)展到外部照明如遠(yuǎn)近燈、日間行車燈、轉(zhuǎn)向燈、高位制動(dòng)燈及組合尾燈等。2022年，受下游市場(chǎng)消費(fèi)需求萎縮的影響，傳統(tǒng)LED照明市場(chǎng)表現(xiàn)低迷，整體營(yíng)收出現(xiàn)下滑，盈利能力減弱，但是車用LED市場(chǎng)因新能源汽車?yán)瓌?dòng)逆勢(shì)上揚(yáng)。
圖片來(lái)源：pexels
LED的原理是將電能轉(zhuǎn)換成光能，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體時(shí)，空穴與電子相結(jié)合，多余的能量就以光能釋放出來(lái)，最后產(chǎn)生發(fā)光照明的效果。LED芯片技術(shù)是以外延片為基礎(chǔ)的，通過(guò)一層一層的氣態(tài)材料沉淀到基底上面，基底材料主要包括硅襯底、碳化硅襯底和藍(lán)寶石襯底三種，其中，藍(lán)寶石襯底相比于其它兩種襯底方式上具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，藍(lán)寶石襯底的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在器件穩(wěn)定、制備技術(shù)成熟、不吸收可見光、透光率較好、價(jià)格適中等方面，有資料顯示全球80%的LED企業(yè)釆用藍(lán)寶石作為襯底材料。
藍(lán)寶石生長(zhǎng)過(guò)程中氧化鋁的形態(tài)演變過(guò)程
用于制備藍(lán)寶石需要用到高純的氧化鋁，且原料中的水分含量要求非常低，在超過(guò)2000℃高溫熔化時(shí)，水的存在可導(dǎo)致鉬坩堝氧化。隨著汽車LED的發(fā)展，單晶藍(lán)寶石的需求也日益增加，高純氧化鋁在該領(lǐng)域的市場(chǎng)前景較好。
導(dǎo)熱材料——球形氧化鋁
在新能源汽車市場(chǎng)爆發(fā)增長(zhǎng)的同時(shí)，其關(guān)乎人身安全的熱管理也受到了重視，在眾多導(dǎo)熱粉體材料中，綜合其性能、技術(shù)成熟度、生產(chǎn)成本等，球形氧化鋁憑借較高的導(dǎo)熱性能、高填充系數(shù)、較好的流動(dòng)性、成熟的工藝、豐富的規(guī)格以及相對(duì)合理的價(jià)格，成為導(dǎo)熱粉體行業(yè)中高端導(dǎo)熱領(lǐng)域最主流的導(dǎo)熱粉體類別。
在新能源汽車中，電池、電控、電機(jī)以及動(dòng)力電池模組散熱均采用導(dǎo)熱材料及導(dǎo)熱膠等熱界面材料，這給球形氧化鋁導(dǎo)熱材料帶來(lái)了大量需求，據(jù)壹石通公告資料顯示，單輛新能源汽車大概需要使用不低于10kg的球形氧化鋁。
電池材料
涂覆隔膜
隔膜是鋰電池的關(guān)鍵材料，用于分隔正、負(fù)極，防止電池內(nèi)部短路，允許電解質(zhì)離子自由通過(guò)，以完成電化學(xué)充放電過(guò)程。隔膜是鋰離子電池材料中技術(shù)壁壘最高的部分，其成本占比僅次于正極材料，約為10%~14%，在一些高端電池中隔膜成本占比甚至達(dá)到20%。其性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能等，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。
鋰電池隔膜，來(lái)源：恩捷股份
鋰電池隔膜主要原材料聚乙烯和聚丙烯熔點(diǎn)相對(duì)低，熱穩(wěn)定性較差，其在一定溫度下會(huì)發(fā)生明顯的收縮甚至破裂，從而導(dǎo)致電池發(fā)生短路。隔膜表面單面或者雙面進(jìn)行涂覆可以顯著提高高溫穩(wěn)定性，緩解隔膜熱收縮造成的電池正負(fù)極接觸、燃燒、爆炸的安全問(wèn)題，經(jīng)涂覆后隔膜厚度增加，隔膜的穩(wěn)定性和壽命都有顯著改善。在涂覆技術(shù)路線方面，涂覆材料主要包括無(wú)機(jī)物涂覆、有機(jī)物涂覆和功能性多層涂覆。無(wú)機(jī)涂覆材料中，目前勃姆石和氧化鋁占據(jù)主要的市場(chǎng)，隨著制備工藝日益成熟以及市場(chǎng)對(duì)勃姆石的日益認(rèn)可，勃姆石在無(wú)機(jī)涂覆材料應(yīng)用中的占比逐漸提升，氧化鋁的市場(chǎng)空間正在被逐漸壓縮。
電極添加材料
圖片來(lái)源：寶宏科技
目前，雖然鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）、三元材料（Li-Ni-Co-Mn-O）是4種已經(jīng)商業(yè)化的鋰離子電池正極材料，但是它們?cè)诎踩浴⒀h(huán)性能、容量保持等方面存在一定的缺陷。
為了提高正極材料的穩(wěn)定性，研究學(xué)者采用不同的改性方法，如摻雜（Mo、Mg）、表面包覆[金屬氧化物(Al2O3、ZnO）、氟化物(AlF3)]以及兩種方式共用（Cr摻雜和Li3PO4包覆、Al摻雜和LiAlO2包覆）等。其中表面包覆對(duì)正極材料的改性被認(rèn)為是最為有效的方法。
在眾多包覆材料中，Al2O3因其來(lái)源廣和價(jià)格低廉，并且能有效提升正極材料的電化學(xué)性能而被廣泛使用。
尾氣凈化用氧化鋁載體
在使用燃油車時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的尾氣污染物，CO2、CO、NO、NO2、Pb、SO2、未燃碳?xì)浠衔颒C及顆粒物(包括鉛化合物、碳黑顆粒和油霧等)。即便是新能源汽車也并不是都能實(shí)現(xiàn)零排放，如混合動(dòng)力汽車和增程式電動(dòng)車，它們?cè)谑褂眠^(guò)程中也會(huì)排放尾氣，部分車輛在出廠時(shí)都會(huì)被強(qiáng)制要求安裝三元催化器，通過(guò)內(nèi)置的凈化劑來(lái)發(fā)生反應(yīng)，生成無(wú)害氣體。
圖片來(lái)源：Pixabay
活性氧化鋁（主晶相為γ－Al2O3）具有豐富的孔道，并相互連通，具有較大的孔容積和比表面積，其微孔表面具備催化作用所要求的特性，如吸附性能、干燥性能、表面活性及良好的耐磨損、耐高溫和抗氧化等，且其可塑性好，可以制成圓筒形、球形、蜂窩形等，所以在國(guó)內(nèi)外被廣泛用作石油煉制催化劑、汽車尾氣凈化催化劑、加氫及加氫脫硫催化劑等的載體。
小結(jié)
除以上應(yīng)用外，氧化鋁憑借出色的高溫和介電性能，還可以用來(lái)制作內(nèi)燃機(jī)火花塞，良好的耐磨性還可保證制作的活塞能夠加工到相當(dāng)高的精度和粗糙度，可以說(shuō)氧化鋁在汽車中的應(yīng)用極其廣泛。同時(shí)我們也應(yīng)該看到，隨著一些新材料的出現(xiàn)，它們?cè)谀承⿷?yīng)用上正在逐漸取代氧化鋁，如氮化硅陶瓷基板在IGBT模塊封裝中將成為主流，勃姆石在鋰電涂覆隔膜方面的風(fēng)頭已經(jīng)完全蓋過(guò)了氧化鋁。盡管如此，氧化鋁作為種用途最廣的陶瓷材料之一在汽車工業(yè)中至今仍發(fā)揮著重要作用。
參考來(lái)源：
[1]楊培善等.汽車 LED 燈具發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)分析
[2]李少鵬.新一代 IGBT 模塊用高可靠氮化硅陶瓷覆銅基板研究進(jìn)展
[3]中國(guó)粉體網(wǎng)、粉體大數(shù)據(jù)研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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