超级快充时代，材料端如何创新？

进入2024年，新能源汽车市场增势不减，多家新能源车企一季度维持上升势头，为全年的良好发展开了个好头。继去年31.6%的渗透率之后，2024年新能源汽车的销量占比有望进一步提升。

除了扎堆推出更具竞争力的新能源车型之外，车企也在密集地布局充电网络。过去两年，800V高压平台、4C充电技术相继落地，全面快充时代已然临近。特斯拉、小鹏、理想、极氪、华为等企业在全国各地加快建设超充站和超充桩，通过提供更高的充电功率和补能效率，为终端用户带来进化的充电体验，消除里程焦虑。

政策端，国家对新能源汽车充电设施的大力扶持，正在推动其成为新兴的热门市场。早在2020年，新能源充电桩就已被纳入“新基建”七大重点领域之一，经过多年发展，已颇具成效。据中国充电联盟统计，2023年全年，充电基础设施增量为338.6万台，桩车增量比为1：2.8，这意味着充电桩的建设速度能够基本满足新能源汽车的快速发展。

当目光聚焦到充电桩产业链，下游企业对大功率超充、直流快充、液冷散热等需求日趋旺盛，这种需求传导至上游的充电设备元器件供应商，包括充电枪、充电线缆、功率模块、控制器等元器件必须作出相应的升级，并且符合耐高温、耐高压等安全性要求，以支持更高规格充电桩的落地应用。

在充电桩的设计中，材料的选择至关重要。尤其对于导热、密封、绝缘、阻燃等指标，需要在材料方面有所突破，其中就包括有机硅材料。有机硅可以作为导热胶、密封剂、粘结剂等，广泛应用于充电桩的热管理、充电防护、功率模块等核心部件，在充电桩元器件中发挥关键作用。

超充技术的普及，给充电设施带来哪些挑战？

新能源汽车想获得接近燃油车的补能体验，必须在充电效率上全面提升，这也是为什么车企在推广800V高压平台的同时，还在力争为消费者带来4C甚至5C超充技术。

2023年8月，宁德时代推出了全球首款磷酸铁锂4C超充电池——神行超充电池，宣称实现充电10分钟，续航400公里。在此之后，4C快充愈发频繁地进入消费者的视野。

4C超充究竟是如何定义的？简单来说，XC指的是充电倍率，即电池在充电时能够接受的最大充电电流与电池额定容量的比值，用C表示，通常用来描述充电速度的快慢。具体来看，如果车辆搭载100kWh电池组，在2C左右倍率下，充电功率可以达到200kW左右；在4C左右倍率下，充电功率可以达到400kW左右；在6C倍率下，充电功率可以达到600kW左右。总之，充电倍率越高，充电速度越快。

若想真正实现超充的普及，除了动力电池和高压平台，也要适配高功率的直流充电桩。充电桩的功率输出能力以及电源供应的稳定性会影响充电倍率。高功率的充电桩和稳定的电源可以提供更高的充电倍率。

充电桩主要由充电枪、充电线缆、壳体、控制模块、热管理模块、充电保护模块等部件组成，从交流慢充升级到直流快充，再过渡到今后可能会逐渐普及的超级快充，所有部件都需要迭代升级，以适应充电功率的变化。

其实在超充技术之前，在充电桩从交流慢充向直流快充发展的过程中，已经大致解决了诸如成本过高、电网负担、兼容性、电池寿命、安装难等问题。

而在直流快充技术的基础之上，超级快充提供了更高充电倍率，因此充电桩需要承担的功率更高，电流更大，发热量也更高。与此同时，还需要解决充电桩的尺寸和重量过大、线缆柔韧性要求更严格的问题。

对充电枪而言，为了实现快速充电，超级充电枪需要能够传输大电流。这要求充电枪具备良好的导电性能和散热设计，以确保安全和高效的电流传输。

超充技术还需要配备完善的安全保护机制，包括过流保护、过压保护、短路保护等。充电桩和充电枪应具备监测和保护功能，以防止充电过程中发生故障和危险。

不仅于此，由于高功率充电会产生大量的热量，充电桩和充电枪需要配备有效的冷却系统，以防止过热，其中包括风扇、散热片、水冷等散热方式。

充电设施的升级，对材料有哪些要求？

随着充电功率的提高，充电桩不仅需要设计更先进的结构，满足高功率下的导热性能，同时，在材料端，采用绝缘性强、耐高温、高导热的材料势在必行。

以充电桩的热管理系统为例，区别于传统的风冷，超充需要更多使用液冷来解决效率和散热的问题。目前市场上采用最多的液冷方式是水基冷却和油基冷却。水冷散热性能更好，成本更低，也更环保；油冷则具备良好的电绝缘性，较低的蒸发率和化学稳定性。

过去数年，油冷电缆用于超级充电枪，取得了先发优势，目前有一些厂家已经开发了油冷超级充电桩和充电枪，但随着运行时间的推移，油冷的成本劣势愈发凸显，如今开始有更多的厂家研究并测试水冷电缆和水冷超级充电枪。

水冷电缆和水冷超级充电枪的工作原理是，水冷管设计在多股充电导线外，管子中间通水，依靠管子本身的导热性，将多股充电线缆产生的热量传导给管子中间的冷却液，这些冷却液通过电子泵与外界进行热交换，实现电缆和超级充电枪对温度的控制。

基于此原理，以往许多厂商采用普通的尼龙管作为水冷电缆中间的水冷管，由于选用 PA材质，导热系数只有0.2W/m·K。当电流超过400A后，温升急剧加快，此时由于水冷管的导热系数不够，导致热量不能及时传导出去。经过计算发现，基于目前线缆的常见结构，若想达到高电流快速充电的目标，冷水管的导热系数必须大幅提高，至少需要1.5W/m·K 以上。因此，产业链上下游越来越重视高导热材料的创新应用，导热硅胶管成为超充充电桩热管理的关键部件之一。

除了充电线缆的温度控制，如何降低充电枪枪头在充电过程中的温升，同样是当下充电桩设计中的痛点。目前以空气冷却的方式，很难解决散热问题，而通过使用创新性的导热灌封胶，则能够实现高效率地将枪头连接器的热量传导出去，保证充电效率不会由于温度升高而下降，同时也进一步改善用户在操作过程中的体验。

另一方面，当今后新能源汽车电压平台普遍达到800V，充电电流达到600A，充电功率达到400kW以上时，充电过程出现任何问题都可能造成极其严重的后果。因此对结构材料的密封性、防泄漏等性能将空前重视。

全新趋势下，材料端如何创新？

提及充电桩产业链的上游材料供应商，陶氏公司当仁不让，已经率先为行业带来许多创新设计和前沿思路。陶氏公司不仅能够提供丰富的材料选择，还能为功率更高的DC直流快速充电基础设施（包括充电站、充电枪（连接器）、电缆和充电柜）定制专属的解决方案，以满足更为严格的市场需求。

在充电设施领域，陶氏公司聚焦三大方向。首先是热管理材料方面，陶氏公司提供包括填缝剂、粘接剂、非固化热界面材料、浸没冷却液、凝胶和灌封胶等丰富的胶类产品，来解决充电设施中的散热痛点；在保护和装配材料方面，陶氏公司提供包括粘接剂、密封胶和敷形涂层，为充电元器件提供全方位的防护；此外，陶氏还能提供弹性体、固体导热硅橡胶和液态硅橡胶，支持绝缘、导热等需求。

例如，捕捉到上文提到的充电线缆的导热需求，陶氏公司研发了一种全新的导热硅橡胶——SILASTIC? HTE5015-90U硅橡胶，解决了水冷超级充电枪方案中的关键技术难题——冷却水管必须兼具高导热系数与高强度高韧性材料的问题。该产品最显著的优势是具备更高的导热率，导热系数高达1.5W/m·K，可以为600A电流的超级充电枪的电缆降温并提供导热保护。同时，良好的物理特性和抗恶劣环境性能，使其可以用来挤出导热硅胶管。高硬度和高强度则实现了直接与电缆绞合。此外，更良好的柔韧性、耐用性、耐高低温性、耐冷却液性、绝缘性等指标，则为超级充电枪提供了长期的保障。

针对充电枪枪头的散热和密封需求，陶氏公司开发了一系列产品。陶氏推出的DOWSIL? TC-6040导热灌封胶，导热系数达到4.0W/m·K，可以让过热的充电枪快速降温，既不会烫手，又能确保系统内部的模块正常运行，尤其是最重要的逆变器模块长期可靠；对于液冷充电桩的密封性要求，使用陶氏公司有机硅弹性体材料制成的密封圈和线束密封圈都取得了良好的防水效果。

结语

新能源汽车行业经过多年的蓬勃发展，终端用户的使用痛点逐渐从续航里程过渡到高效的补能体验，推广大功率、高效率的充电设施迫在眉睫。在这个过程中，需要产业链上下游企业共同协作，应对快充趋势下面临的种种考验，从电池、到充电设施，从材料到应用，期待产业链上下游的领航企业们能够为新能源汽车的快充发展带来更多高效、易用的解决方案。