中国粉体网讯 日前，宁德时代方面表示即将发布CTP3.0电池，即麒麟电池。麒麟电池的特点之一是在两块电芯的中间加水冷钣，使相邻两块电芯的热传导降低，不会出现热失控。如今，新能源汽车的动力电池，能量密度和功率密度越来越高，对应的会使电池释放更多的热量，这给了热管理材料极大的用武之地。
球形氧化铝市场扩容，前景广阔
在众多导热材料中，球形氧化铝已然成为了“明星材料”， 新能源汽车及5G等高耗能领域推动球形氧化铝在热管理领域的应用，球形氧化铝需求增多，市场持续扩容。除了作为导热材料外，球形氧化铝在先进陶瓷、催化、研磨抛光、复合材料等方面也有极为广泛的应用，市场前景广阔。
球形氧化铝市场规模，来源：开源证券研究所
根据QYResearch统计，2019年全球球形氧化铝市场规模为1.3亿美元，2026年市场规模有望达到2.2亿美元，CAGR=8.9%。国内厂商是球形氧化铝的主流供应阵营，占全球供应比例达到52.5%。
追求“球形”的意义
氧化铝及其水合物的众多晶型和特有的理化性能，决定了它们在电子、石油化工、耐火材料、陶瓷、磨料、造纸、制药以及航空航天等领域都有广泛的应用，而氧化铝制品在众多领域中的应用性能与原料粉体颗粒的形貌和尺寸有较大关系，在不同形状的粉体颗粒中，球形颗粒具有规则的形貌，较小的比表面积，较大的堆积密度和较好的流动性，可极大地提高制品的应用性能。
来源：联瑞新材
例如：球形微粉有良好的压制成型和烧结特性，对于制得高质量的陶瓷制品极为有利；作为研磨抛光材料，球形氧化铝可以避免产生划痕；在石油化学工业中，对氧化铝载体的孔径分布和孔结构提出了越来越高的要求，球形氧化铝粉体可通过调整粒级配置来调控形成催化剂载体颗粒的孔径及其分布；作为催化剂直接使用的球形氧化铝可以减少磨损，提高催化剂的使用寿命，从而降低生产成本。
受新能源汽车、5G等新兴领域青睐
导热材料是球形氧化铝最主要的应用。球形氧化铝作为导热材料分为热界面材料、导热工程塑料、导热铝基覆铜板、导热塑封料等。热界面材料是用于IC封装和电子散热的材料，可以填补两种材料结合或接触时产生的微空隙，从而减少热传递过程中形成的阻抗并提高散热性，球形氧化铝是常见的热界面材料中的无机填充物，导热系数达到30~42W/m·K。根据QYResearch统计，热界面材料占球形氧化铝下游应用比例达到48%，导热工程塑料占比为17%，高导热铝基覆铜板占比14%。
球形氧化铝下游应用占比，来源：QYResearch、开源证券研究所
新能源汽车三电系统主要热界面材料
在双碳政策驱动下，新能源车呈现出强势替代传统能源车的趋势，市场销量逐步扩大。
根据中汽协、工信部统计数据显示，中国新能源车销量预计从2018年的125.6万辆增长至2025年的729.6万辆；新能源汽车在全部汽车中销量占比预计于2025年大幅上升至23.4%。新能源汽车电池、电控、电机均采用导热材料及导热胶等热界面材料，有望带动球形氧化铝填充料需求。
新能源汽车三电系统采用热界面材料
（1）电池：动力电池是新能源汽车的核心，随着新能源车销量增长，国内外动力电池装机量同步增长，据GGII数据估计，2018年至2022年，全球动力电池装机量由100GWh增长至450GWh，中国动力电池装机量由57GWh增长至230GWh。胶粘剂有效提升动力电池性能。在动力电池组装中，胶粘剂广泛应用于PACK密封、结构粘接、结构导热、电池灌封等方面，提供安全防护、轻量化设计、热管理等功能，为动力电池实现持久、稳定、高效、安全的运行起到了关键性作用。新能源车动力电池胶粘剂用球形氧化铝需求量将快速增长;
（2）电控：IGBT模组与冷面之间的刚性界面涂抹导热硅脂，减少热阻隔；
（3）电机：在驱动电机内，定子用于产生旋转磁性，通常采用高导热胶对定子进行整体灌封。
5G时代，解决电子产品的散热难题
随着5G通信设备、高端智能手机等电子产品功能日趋复杂且小型化发展趋势，解决电子产品核心部件发热散热问题成为当务之急，带动了能够满足其散热升级需求的热界面材料的发展，催生作为导热填料的球形氧化铝粉不仅在需求量上保持持续增长，而且对于该填料的纯度、粒度多重改性以及放射性要求也提出了更多的需求，导热填料的市场需求及发展前景日趋明显。
不同材料导热性能一览，来源：粉体应用技术、开源证券研究所
陶瓷、催化等领域的重要材料
球形的粉体因具有规则的形貌、更大的堆积密度、好的流动性等性质，可大大提高产品的应能。因而，除了在导热领域以外，球形Al2O3粉体在陶瓷、催化剂载体等多个领域被广泛的应用与研究。
陶瓷材料
在陶瓷的生产过程中加入一定量的球形氧化铝粉体会在很大程度上改变陶瓷的性能。陶瓷的低温脆性极大地影响了陶瓷的应用范围，添加有球形氧化铝粉体的陶瓷材料可用于制造耐低温塑性陶瓷。此外，球形氧化铝可以大大提高陶瓷的韧性，当球形氧化铝粉体的含量为5.0％时，可以有效地提高陶瓷的韧性并降低烧结温度。
抛光磨料
与传统的颗粒状或片状氧化铝相比，球形氧化铝具有更好的分散性和流动性。球形氧化铝粉体磨料能均匀分布在被抛光产品中，不会出现粉体异常堆积的现象，而且颗粒表面光滑，可以避免对工件表面的划伤，从而提高抛光表面的光洁度。
催化剂及其载体
因为氧化铝表面有大量的不饱和化学键合，具有大量的催化活性中心，所以表现出较高的化学活性。而且，球形氧化铝具有颗粒磨损小、使用寿命长、比表面积大的优势。因此，用球形氧化铝制成的催化剂和催化剂载体的性能是其他材料无法替代的。
3D打印材料
球形氧化铝因具有高强度、高球化率和耐高温的特性而作为3D打印最常用的材料。由于球形氧化铝粉体具有良好的颗粒流动性、化学反应速率和堆积性，因此作为打印浆料时具有固含量高、流动性好、易清洗和机械性能高等优点。
球形氧化铝制备方法研究进展
在球形氧化铝粉体的制备方面存在两个关键问题，即制备原料和制备方法。不同的含铝原料决定了不同的制备方法，并最终决定了生产成本。为了系统性地综述不同含铝原料所适用的制备方法及其优缺点，本文以制备球形氧化铝粉体的原料为出发点，介绍不同含铝原料(金属铝、铝盐、醇铝、无规则氧化铝)的特点和可行的制备路线。
金属铝制备球形氧化铝粉体
以金属铝为原料时，常选用铝粉或铝屑并采用液相沉淀法和等离子体法制备球形氧化铝粉体。
以金属铝为原料的制备路线流程图
以金属铝为原料采用液相沉淀法制备球形氧化铝粉体时，产物球化率不高、表面粗糙且团聚现象严重。因此，有研究者采用等离子体法制备球形氧化铝粉体。等离子体法已成功应用于各种金属及金属氧化物材料的球化，等离子体流中的高温和高焓几乎可以融化甚至气化耐高温材料，而高淬火速率又有利于均匀成核，使得形成的颗粒球化率更高。
以金属铝为原料通过等离子体法获得的球形氧化铝的SEM照片
铝盐制备球形氧化铝粉体
该方法以硝酸铝、氯化铝和硫酸铝等不同铝盐为原料制备球形氧化铝粉体。以硝酸铝为原料制备球形氧化铝粉体时，常用均相沉淀法和喷雾热解法，以氯化铝和硫酸铝为原料制备球形氧化铝粉体时，制备方法常采用液相沉淀法。以铝盐为原料的制备流程图如下图所示，以铝盐为原料制备球形氧化铝粉体时，操作方法简单，所获产物球化率高、杂质较少，但原料价格相对较贵，部分铝盐制得的氧化铝经过煅烧后产生的气体污染性强，这些缺点使得其大规模工业化使用受到一定的阻碍。
以铝盐为原料的制备路线流程图
醇铝制备球形氧化铝粉体
以醇铝为原料时，水解法是最常用的方法。以异丙醇铝为例，异丙醇铝水解可直接生成氧化铝的水合物，经过煅烧可获得径粒较小的球形氧化铝粉，水解产出的异丙醇可循环使用。
以醇铝为原料的制备路线流程图
以醇铝为原材料时，试验条件温和，不容易引入新的杂质，所获产品纯度高，但醇铝价格高，生产成本较大，反应过程中产生的有机溶剂会对环境造成一定的污染。
无规则氧化铝制备球形氧化铝粉体
无规则氧化铝泛指颗粒形貌不规则的氧化铝，既包括无水氧化铝也包括水合氧化铝，以无规则氧化铝为原料时常采用等离子体法和喷雾干燥法。常用的等离子体法主要有两种:直流电弧等离子体法和射频等离子法体法。其中，直流电弧等离子体法具有高球化率和高产率的优点，但通过高温将反应物等离子化时，电极易熔化，产物易被污染，纯度达不到要求。射频等离子体法不具有电极，产物纯度较高，但有着能耗大的缺点。
以无定形氧化铝为原料的制备方法流程图
氧化铝用作原料时，一般不需要经过化学反应仅需要物理变化就可以获得球形氧化铝颗粒。其本质是在短时间内利用高温实现相变，同时利用表面张力的作用使颗粒球化。当使用无规则氧化铝作为原料时，产物具有产率高、形貌规则和低污染的优点。能获得具有低团聚和高分散性能的球形粉末，但是其装置要求高、设备价格高、能耗高。
以无规则氧化铝为原料通过喷雾成型获得的球形氧化铝的SEM照片
小结
氧化铝在许多领域的应用与其粉末的形态和尺寸有着密切的联系，其中，球形氧化铝因具有粒度均匀、表面光滑、颗粒磨损小和使用寿命长等优点，而广泛应用于各个领域。尤其是随着新能源汽车和5G行业热管理领域对高端导热填料的需求正处于上升和爆发期，作为导热核心材料的球形氧化铝市场需求火热，前景广阔。
参考来源：
[1]贾睿等.球形氧化铝粉体制备的研究进展
[2]欧阳玉阁.球形氧化铝粉体在陶瓷和导热复合材料上的应用研究
[3]开源证券.联瑞新材688300.SH公司首次覆盖报告：小而美的硅微粉龙头，迈向电子材料的广阔天空
[4]贾睿.球形氧化铝的制备、表征及性能模拟
[5]联瑞新材2021年年报
（中国粉体网编辑整理/山川）
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