报告发布方：中金企信国际咨询《2024-2030年聚合物复合导热材料市场全景监测调研及发展策略研究预测报告》
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1、聚合物复合导热材料行业现状：在新能源汽车以及储能领域，随着电池的能量密度越来越高，对散热的要求也越来越高。高温会对电池的性能和可靠性带来不利影响，甚至会引发安全性问题。在消费电子和5G网络通信等领域，随着电子产品性能越来越强大，内部元器件集成度和组装密度的提高将导致其工作功耗和发热量不断增大，电子产品发热散热问题日益突出，高温会对电子产品的性能与可靠性产生不利影响，甚至引发热失效问题，从而引起整个电子产品的故障。相关研究表明，电子元件的故障发生率随工作温度的提高呈指数增长，因此导热材料对于解决动力电池、储能电池和电子产品的热管理问题具有重要作用。
导热材料是一种具有良好导热效率，可以有效地将热量传导至导热介质再传递到外部的工业材料。按照化学组成分类，导热材料主要分为四种类型，即聚合物复合导热材料、金属导热材料、碳材料和相变导热材料。其中聚合物复合材料因其较高的导热系数、优异的耐化学腐蚀性能、良好的机械加工性能、优良的电气绝缘性能、轻质、价廉而得到广泛应用，占据了主要的市场份额。导热粉体材料是聚合物复合导热材料中使用的填料。
聚合物复合导热材料是以高分子聚合物材料为基底，以导热粉体材料对其进行均匀填充以提高其导热性能的材料。常见的产品为导热硅胶、导热凝胶、导热垫片、导热硅脂、导热工程塑料等产品。由于聚合物本身的导热系数较低，聚合物复合材料通常利用导热粉体材料对其进行均匀填充以提高其导热性能。
导热粉体材料是影响聚合物复合导热材料性能的核心，其种类、含量、粒径大小、表面形态及分布状态均会影响聚合物复合材料的导热性能。综合来看，通过选择合适的粉体种类，提升粉体性能，进行不同粉体大小和形貌的级配，对粉体做表面形貌处理能够有效提升聚合物复合材料体系的导热系数。理想的导热粉体通常具备导热系数高、致密度高、纯度高、球形度好、分散性好、流动性好等特性。
2、行业技术特点及市场规模现状：目前用于聚合物复合导热材料填充的导热粉体材料可以分为多个类别，按照材料化学组成可以分为三类，包括金属类、碳粉类和无机非金属粉体类。金属粉体和碳材料本身的导热系数较高，可以显著地提高聚合物复合材料的导热系数，但同时这两类材料的电导率亦较高，破坏了材料的绝缘性能，不能作为电子电气设备绝缘产品，限制了其应用场景。此外，碳材料如碳纳米管、石墨烯等在聚合物基体中不易分散，不利于形成有效的导热通路。而氧化物、碳化物、氮化物等无机非金属粉体因其较好的导热性能及绝缘性能在制备高导热复合材料领域具有较好的优势。
（1）导热材料性能影响因素：导热材料的导热性能主要受导热粉体的填充量、表面形态、分布状态和粒径等几方面因素影响。
粉体填充量对聚合物复合材料导热系数影响很大，当导热粉体含量较低时，粉体填充量对导热系数影响较小，此时，导热粉体被聚合物完全包裹，彼此间无法形成有效接触，热阻较大。当达到一定含量时，导热粉体间形成有效接触，体系内部形成类似网状或链状的导热网络，因此随着粉体填充量增加，导热系数呈增长趋势。当填充量很大时，导热系数增速变慢，同时随着粉体填充量增加，聚合物体系粘度增大，不易于加工。
粉体材料的表面形态对聚合物复合材料体系的导热系数和体系粘度具有重要影响。粉体材料形貌主要有球形、角状、片状、棒状和纤维状等，一般情况下，球形导热粉体材料较其他不规则形态的粉体材料填充时粉体之间的间隙更小，填充率更高。球形导热粉体的填充性能存在相对优势，尤其是将不同粒径正态分布的粉体颗粒进行一定配比以后，其填充性能更佳，从而获得更好的导热性能。此外，球形粉体流动性好，对导热体系粘度影响小，既有利于导热胶生产端加工，又有助于用胶端点胶或灌封工艺效率与效果提升。但并不是所有的导热粉体都容易加工成球形。目前适合做导热粉体的材料中，只有氧化铝和氧化硅在大批量生产的前提下易球化。而氮化硼和氮化铝球化过程中易氧化，氢氧化铝则不能球化。
粉体分布状态对体系导热系数影响较大。当粉体材料均匀填充时，体系性能一致性更好，且更易形成最大堆积相互连接的网状导热结构，导热系数更高。然而对于无机粉体，其与聚合物的界面相容性较差，粉体颗粒容易发生团聚现象很难分散，此外粉体颗粒与聚合物之间的表面张力差异使得粒子表面很难被润湿，导致二者界面处存在空隙，使得体系热阻增加。实际应用中，通过对导热粉体进行表面处理，以改善其与聚合物基体的界面结合情况。经过表面处理的导热粉体与聚合物具有更好的相容性，可以实现更高的填充率，且进一步降低填充粘度。
粒径大小对导热材料的导热系数有一定影响，理论上，大粒径的粉体比小粒径的更易获得较高导热系数。因为大粒子更容易互相接触，从而形成导热通路，增加导热系数。而小粒径粉体与聚合物接触的表面积更大，故受到的传热阻力也更大，所以导热系数略差于大粒径的。但是实际上粒径对导热材料导热系数的影响与粉体含量相关，当填充量较低时，由于小粒径粉体间不易形成紧密接触，相对于同一含量的大粒径粉体，导热系数要低。当填充量较高且超过一定阈值时，大粒径粉体导热系数增长减缓，而小粒径粉体导热系数增长迅速，其导热系数则比大粒径粉体更具优势。因此，实际应用中，综合大小粒径粉体在不同填充量下的优势差异，可以通过合理的粒径搭配，使粉体在高分子材料中形成更多的导热网络，以获得高导热材料。
（2）球形氧化铝及亚微米氧化铝市场现状：球形氧化铝粉指加工成球形的一种比表面积小、流动性好的氧化铝粉体材料，其工艺有多种，比如火焰法、燃爆法、化学合成法等，其中火焰法是最常用的量产方法。球形氧化铝具有高导热、高绝缘、耐高温、耐腐蚀和耐磨等特性，被广泛用作填充材料、抛光材料和陶瓷原料等，其中作为导热填料是其最主要的应用领域。
在众多导热粉体材料中，综合其性能、技术成熟度、生产成本等，球形氧化铝凭借较高的导热性能、高填充系数、较好的流动性、成熟的工艺、丰富的规格以及相对合理的价格，是导热粉体行业中高端导热领域最主流的导热粉体类别。
在聚合物复合导热材料制备过程中，为了满足下游应用需求，通常会对不同粒径的球形氧化铝做粒径级配，甚至与其他类别粉体复配，以满足下游对热导率、体系粘度等的要求，随着技术演变，当前球形氧化铝的粒径最低可以达到1µm以下，称为“亚微米氧化铝”。聚合物复合导热材料中添加亚微米氧化铝主要是为了做粒径级配，提升导热材料的导热系数，但是添加亚微米氧化铝对导热体系粘度影响较大，应用中添加量相对较小。
通常，球形氧化铝在一定的填充量下，其对应聚合物复合导热材料的导热系数很容易达到3w/（m·k）以上，通过较好的粒径级配以及表面改性，高端球形氧化铝产品可以将聚合物复合导热体系的导热系数最大提升至8w/（m·k）。因此，球形氧化铝被广泛应用于硅胶、灌封胶、环氧树脂、塑料、橡胶、硅脂、散热陶瓷等不同导热材料中，可以满足大部分中高端导热界面材料、导热工程塑料以及铝基覆铜板等领域填料的应用需求。
根据中金企信统计数据，2022年全球导热粉体材料市场规模为50.4亿元，其中球形氧化铝导热粉体市场规模占比50.8%，为25.6亿元，同比增长30.7%。受益于新能源汽车市场增长，再加上氧化铝价格下降使得其在5G、消费电子领域导热粉体材料中渗透率增加，2022-2025年全球球形氧化铝导热材料市场规模年复合增速将达28.2%，到2025年将达54.0亿元。
2022年中国球形氧化铝导热粉体市场规模为7.5亿元，同比增长41.5%。近几年中国球形氧化铝导热粉体市场规模全球占比逐年提升，2022年为29.3%。预计2025年中国球形氧化铝导热粉体市场规模将达21亿元，在全球占比38.9%。
（3）氮化铝市场现状：氮化铝拥有很高的导热系数，但同时也价格昂贵，在对导热要求较高的应用领域，通常会以球形氧化铝粉体作为主要填料，适当地添加氮化铝粉体，从而显著提升导热材料的导热性能。
氮化铝的性能特征包括1）本征导热系数高，在很少的填充量下就可以让聚合物复合导热材料实现较高的导热系数；2）热膨胀率与硅接近，与半导体硅匹配性好，界面相容性好，有利于安装大型硅贴片，且耐热循环可靠性高；3）机械强度高，可提高复合材料的机械性能。
尽管氮化铝作为导热填料性能优越，但是氮化铝具有易水解的缺点，氮化铝吸潮后会与水反应发生水解，形成氢氧化铝，降低导热系数。此外，球形氮化铝制备困难，目前球形氮化铝粉的制备方法主要为碳热还原法、直接氮化法、原位氮化法、自蔓延高温合成法等。但实现大批量生产和高产出率都有较高技术门槛，因此其加工成本较高、价格昂贵，也间接阻碍其在导热材料中的广泛应用。未来随着行业企业对其生产工艺的持续研发突破，克服其工艺难点并实现规模化量产后，氮化铝粉体成本有望下降至更合理水平，氮化铝应用前景亦将更加广阔。
从国内氮化铝粉体需求情况来看，我国氮化铝粉体产量不能满足国内市场需求，每年都需要进口大量的氮化铝粉体，氮化铝粉体的国产化率不高。根据数据，2021年氮化铝粉体产量仅为1,200吨，近几年，国内氮化铝粉体项目相继投产及产能利用率提升，预计2025年氮化铝粉体产量将达到2,500吨。尽管我国粉体产量保持高速增长，但下游氮化铝材料及其制品的市场需求随着近年来电子产业的飞速发展，在以更高的速度增长。预计未来几年，中国氮化铝粉体需求量将保持15%左右的增速；到2025年，国内市场需求量约5,600吨。因此，我国氮化铝粉体供需存在较大缺口。
（4）氮化硼市场现状：与其他绝缘导热无机粉体相比，氮化硼是制备高电击穿强度和绝缘电阻、低介电常数和介电损耗的导热聚合物的理想轻质填料。因此主要应用在雷达、5G基站、智能手机、汽车电子等需要高绝缘、高频低阻耗、高透波性的细分应用场景。
氮化硼的性能特征包括：1）在电气特性方面，拥有介电常数低、高频率下低损耗、可微波穿透、良好的电绝缘性等优点；2）在热力特性方面：拥有高导热系数、高热容量、低热膨胀、抗热冲击、高温润滑性及高温安定性等优点；3）在化学特性方面：拥有无毒、化学安定性、抗腐蚀、抗氧化、低湿润、生物安定性及不沾性等优点；4）在机械特性方面，拥有不磨蚀、低磨耗、尺寸安全性、润滑性佳、耐火及易加工等优点。从晶体结构来看，常见的氮化硼具有两种晶型：立方型（c-BN）和六方型（hBN）。c-BN一般用于制造切割工具。h-BN为层状结构，具有较好的耐高温性能、高热导率和优良的绝缘性能，是氮化硼导热粉体的主要晶型。片状氮化硼具有各向异性，应用场景受到限制，为了扩大其应用前景，行业企业通过CVD、溶剂热、气溶胶法、热解法等工艺制备出各向同性的球形氮化硼。即球形氮化硼是一种由氮化硼微米级单片组成的多晶球体，作为导热粉体，其具有导热系数高、润滑效果好、吸附性能强等优点。
鉴于氮化硼价格较高且填充量有限，需求主要集中在对绝缘性要求高的领域，未来5G基站、数据中心等新基建的加速推进有望驱动氮化硼导热粉体的出货增长。根据中金企信统计数据，2022年全球氮化硼市场规模为40.41亿元人民币，其中国内氮化硼市场容量为21.01亿元。由2018-2022年全球氮化硼市场发展概况与各项数据指标的变化趋势来看，预计在预测期内，全球氮化硼市场规模将以7.2%的平均增速增长并在2028年达到61.54亿元。