电动汽车用胶行业研究：轻量化及热管理双驱动，进口替代趋势形成

一、轻量化+热管理，双重需求拉动电车用胶行业成长

1、轻量化材料的应用，构建了丰富的用胶场景

在节能减排压力和提升续航能力需求的推动下，电动汽车轻量化正在加速。汽车轻量化是在保证汽车的强度、安全性 和可靠性不降低的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量。汽车自身质量降低，能显著增益节能减排效果：新能源汽 车减重 10%，对应续航里程可增加 5%~10%，并节约 15%~20%的电池成本以及 20%的日常损耗成本。汽车工程协 会在《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》指出，纯电动乘用车的轻量化系数，应当于 2025 年、2030 年和 2035 年 分别完成降低 15%、25%和 35%的目标。同时，纯电动汽车整车重量每降低 10kg，续航里程可增加 2.5km。世界汽 车用钢联盟(WAS)曾对此进行深入研究，密歇根大学的唐纳德·马伦教授发现，基于 A2MAC1 新能源车数据库，汽 车整备质量降低不到 200kg，即可使续航里程从 260km 增加到 310km（OA 路线）。轻量化正逐渐成为降低能耗和 增加续航里程的重要途径。

电动汽车轻量化通过材料应用、结构设计和制造工艺的轻量化来实现。

1）材料应用轻量化：钢铁在车身用材所占比例约为 70%，提高钢材强度并降低厚度可有效降低车重，并提升汽车大 变形冲击强度及被动安全性能。钢的强度范围宽，因此适用于所有覆盖件和结构件；铝、镁、塑料、碳纤维密度 低，是轻量化的理想材料，其中，铝合金可以增加复杂截面部件的刚度，碰撞过程中可降低材料的消耗；镁能在 铝减重基础上再减轻 15%~20%，作为目前质量最轻的金属结构材料，镁合金比强度高，比刚度大，耐冲击，可 重复利用且加工、铸造性能好；塑料广泛应用于汽车保险杠、发动机冷却风扇、内饰等，在减轻车身质量和碰撞 吸能方面发挥重要作用；碳纤维增强塑料性能普遍优于玻璃钢，应用于发动机罩时，可使发动机减重 6 kg 以上， 可采用混杂纤维的方式降低碳纤维制品的成本。这些轻量化材料在车身结构中常常混合使用。

2）结构设计轻量化：包括尺寸和形状的优化，以及拓扑优化。尺寸优化指在保证结构件的整体性能的前提下，对截 面面积以及厚度等进行优化；形状优化指示对结构件以及孔洞的形状进行优化，使材料达到更好的使用效果，减 少受力不均现象；拓扑优化先根据结构件与其旁边构件的方位关系来划分设计区域，在不对其他零件产生干涉的 前提下，根据力学性能参数建立符合约束条件的目标函数，最后得到材料的最优分布状况和传力最佳途径，是轻 量化最有潜力的方法之一。

3）制造工艺轻量化：包括激光焊接、液压及热成型。激光拼焊采用高密度热量的激光做热源，将厚度、材质、冲压 性能以及表面处理方式不同的结构件进行焊接；液压成型通过高压液体传递压力，让工件产生塑性变形，成形质量高、精度高、可靠性好、生产周期短，相比一般的焊接，应用面更广。

轻量化材料在电池包和车身中的应用构建了丰富的用胶场景。轻量化材料需要更合适的连接方式来匹配其应用。以大 众 MEB 平台电池包和奥迪 A8 车身为例，MEB 电池的上盖与箱体、以及箱体底板与外框的安装处，都使用了 FDS（热 熔自攻螺接工艺）技术，同时结合单组份胶进行密封；3M 公司的胶接技术也已应用到电池包底板的拼接使用中，其 结构胶的最大抗剪力可以达到 40MPa。新一代奥迪 A8 的车身连接方式达 14 种，包括 MIG 焊（熔化极惰性气体保护 焊）等 8 种热连接技术和胶粘、卷边连接等 6 种冷连接技术。当下主流的汽车连接方式主要有焊接、铆接和机械连接 等，随着高强钢、金属合金等轻量化材料的使用，传统焊接和机械连接的适用性受到限制，接头中应力分布均匀、强 度高、成本低、质量轻的胶粘剂则脱颖而出。胶粘剂可调节复合材料的热膨胀特性差别，兼具防腐、密封等功能。得 益于其不易变形、结合应力分布均匀的优点，胶接技术逐渐成为解决连接难题的重要技术之一。

电池结构向轻量化的改进，进一步打开了胶粘剂的应用空间。传统 CTM 电池由于有模组的存在，通过机械连接即可 完成从电芯到电池包的组装，单位电池包的用胶量较少，但 CTM 中结构件的使用不仅增加了重量，还限制了电池包 能量密度的提升，于是，CTP、CTB/CTC 技术应运而生。CTP 结构是将电芯直接组装到 Pack 壳体中，省却了模组 部件，显著减轻了电池包的整体质量，同时使用导热硅胶在电芯与电芯之间、电池壳与电芯之间进行热传导，采用 CTP 技术后理论用胶量会多出 3 倍以上。宁德时代的第三代 CTP 技术（麒麟电池）取消了横纵梁，则需要更多的胶 体以增大电芯的连接强度。CTC 技术取消了电池包上盖板或座舱地板，进一步简化车身线缆和结构件，由于其轻量 化与高空间利用率的优势，这一技术有望成为未来的发展方向。CTB 是向 CTC 演变的过渡形态，比亚迪海豹利用长 刀电芯提供结构支撑，将车身底板与电池包上壳体合二为一，电池的上盖、前后横梁形成了一个平面，然后通过密封 胶等方式和车身完成组装，电芯集成度提高，带动对胶的用量。随着 CTP 等新技术的应用，单个 PACK 包胶粘剂用 量有望从当前的 200-300 元增长至 400-900 元。

2、热管理需求的提升，打开导热胶的增量市场

热管理不当易导致安全事故，电池安全性成为消费者购买纯电动汽车最关注的因素之一。热管理不当所导致的热失控 是动力电池起火的主要原因，热失控是指单体蓄电池放热连锁反应引起电池自温升速率急剧变化的过热、起火、甚至 爆炸现象。如果蓄电池包或系统内部的单体蓄电池或单体蓄电池单元热失控，并触发该蓄电池系统中相邻或其他部位 蓄电池热失控，则称为热失控扩展。根据中国汽车流通协会有形市场分会，电动汽车现有及预购用户对电动汽车主要 关注因素中，电池安全性占比 36%，占比最高，预购 20 万以上纯电动汽车用户对安全性的关注度更高，超过 40%。

锂电池热失控的原因主要有短路、过充放电和机械碰撞。热失控的诱因通常来自电池本身的材料和生产工艺出现问题、 以及使用不当和环境变化引起的电池状态改变。前者主要指电池材料中掺杂的金属杂质和电池生产过程中产生的极片 毛刺、正负极错位、电解液分布不均、隔膜表面导电粉尘等，后者则包括电池内外部短路、过充放电、高温环境、高 倍率充放电、老化、挤压变形等，前者常常为后者埋下隐患，而后者则通过引起活性材料变化、SEI 膜分解、锂枝晶生长、隔膜损坏等，导致电压降低、温度异常、容量和功率衰减等潜在热失控现象，并进一步导致热失控的发生。

1）短路：包括内部短路和外部短路。外部短路主要指正负极直接接触造成的短路，内部短路则是电池受到穿刺、碰 撞、挤压时造成的短路。内部短路有 4 种情况：负极材料-铝集流体、铜集流体-铝集流体、负极材料-正极材料、 铜集流体-正极材料，前两种阻值较低，容易引发热失控，后两种通常情况下不会引发热失控。内部短路可能是热 失控的诱因，也可能是其他诱因引发内部短路，从而加速热失控过程。 2）过充放电：释放热量引起短路。电池过充或过放电到一定电压值时，温升速率加快，锂离子开始在负极沉积，不 再参与下一个充电周期，而与电解质反映放热，正极过脱锂（负极过锂化）导致容量衰减、脱嵌反应困难、内阻 增加（SEI 膜变厚），随后电压下降，容量加速衰减，SEI 膜分解，内部短路发生。电池结构损坏、热稳定性变差、 温升加快、正极释氧、电解质氧化，电池内部膨胀直至发生不可逆的热失控并大量放热，最终引起起火甚至爆炸。 3）机械碰撞：电池遭受外部挤压碰撞时，隔膜可能被撕裂进而发生内部短路，或者易燃电解质泄露引发热失控。

对电池进行有效的热管理是避免热失控的关键，根据介质不同主要分为基于空气、液体、相变材料及热管的热管理。 增加电池的能量密度意味着在更小的空间中放热更多，因此热管理就成为电池组性能和设计的关键指标之一。热管理 系统能在电池温度较高时进行有效散热、温度较低时有效预热、并减小电池组内温度差异、抑制局部热区的形成，从 而起到避免热失控的作用。目前主要的电池热管理方式有： 1）风冷：基于空气的热管理，指空气流经电池表面时带走热量的热管理方式。根据通风措施的不同，分为自然对流 散热和强制通风散热，前者只通过电池包内部流体气流进行冷却，后者加上强制通风措施（加风机等）；根据通风 方式的不同，分为串行通风和并行通风，串行通风时，冷却介质与电池热交换，不断被加热，出风侧效果不如入 风侧，并行通风时，电池组各流道之间冷却介质流量相等，温度一致性较好，是强制通风的较优选择。 2）液冷：基于液体的热管理，指将冷却液填充到液冷板中，通过导热材料带走或传递热量，通过控制冷却液温度， 达到控制电池温度的目的。冷却液可以是水、水和乙二醇的混合物、矿物质油和 R134a 等，具备较高的导热率， 散热效果较好。 3）相变制冷：相变材料是特定条件下吸收或释放热量后物理状态发生改变的物质，相变制冷即利用相变时储能与放 能的特性达到热管理的效果。 4）热管冷却：热管能快速传输热量，保持各电池单体温度的均匀性，维持正常的温度工作范围。

由于散热效果及性价比优势，液冷成为主流的电池散热方法。风冷设计简单，生产成本较低，且易于维护，但冷却速 度慢，在电池高倍率大负荷运行时冷却效果不佳，适用于磷酸铁锂电池和小型车；液冷介质比热容大、冷却速度快、 换热系数高，目前已应用在比亚迪、蔚来、特斯拉的 E1、ES6 和 Model S 等车型上，液冷系统常常需要复杂严苛的 设计以防止制冷剂泄漏；相变材料散热能力强，但熔融状态时密封要求高，材料容易泄露，且体积变化大、流动性差， 实际应用困难；热管质量和体积过大，存在换热极限，目前尚未投入应用。

导热胶是液冷散热系统中性能优异的导热材料。导热材料应用于液冷式热管理系统中，充当液冷板和模组/电芯的传 热媒介，形式分为导热垫片和导热胶。垫片可使用的温度范围为-54℃~250℃，节点强度较高，绝缘性能较好，但以 贴合方式使用，需要发热元件有较高的承压力来克服间隙公差，对接触面不规则的发热元件（电车中的 DC/DC 转换 系统、OBC 系统、电池包间的缝隙）无能为力，而且没有粘结性，需要人工用螺栓辅助固定。导热胶相比于垫片， 密度更轻、导热系数更高、更易填充，且由于其良好延展性，形成独特的填缝性能及自动化涂胶工艺。填缝胶可以快 速施胶，并通过优化点胶图形克服零件的公差，适合大规模生产，目前已应用于大尺寸的电子器件中。因此，在电池 热管理日益重要的趋势下，导热胶的市场需求将逐步打开。

（报告出品方/作者：招商证券，周铮、曹承安、姚姿宇）