Coussinets en silicone conducteurs thermiques : analyse d'application dans les nouveaux domaines énergétiques

1 Introduction : État de développement de la nouvelle industrie énergétique

Dans le contexte de la réduction mondiale des émissions vertes, l'industrie chinoise des énergies propres a réalisé un développement rapide. Selon les données de l'industrie, les installations éoliennes en Chine ont été multipliées par six au cours de la dernière décennie, et les installations photovoltaïques ont été multipliées par 180 . Le coût de l'énergie propre a considérablement diminué de 60 à 80 % . Dans le domaine des véhicules à énergies nouvelles, de janvier à juillet 2025, la production et les ventes de véhicules à énergies nouvelles en Chine ont atteint respectivement 8,232 millions et 8,22 millions d'unités, avec un taux de pénétration du marché de 45 % , qui a dépassé plus tôt que prévu l'objectif de 20 % fixé par le Plan de développement de l'industrie des véhicules à énergies nouvelles (2021-2035) . Cette croissance explosive a entraîné l’expansion rapide du marché des batteries de puissance et du stockage d’énergie, tout en posant également des exigences plus élevées en matière de technologie de gestion thermique des batteries. [10] (@réf)

À mesure que la densité énergétique des batteries continue d’augmenter, le problème de dissipation thermique des batteries est devenu de plus en plus important. Les recherches montrent que pour les batteries lithium-ion, chaque augmentation de température de 10 °C réduit leur durée de vie de moitié environ, et des températures de fonctionnement supérieures à 50 °C accélèrent la dégradation des performances de la batterie. Le progrès technologique des coussinets en silicone conducteurs thermiques, en tant que matériau clé dans les systèmes de gestion thermique des batteries, est directement lié à la sécurité et à la fiabilité des véhicules à énergies nouvelles. Actuellement, la taille du marché des coussinets en silicone conducteurs thermiques en Chine a dépassé 4,5 milliards de RMB et devrait atteindre 7,8 milliards de RMB d'ici 2025, avec un taux de croissance annuel composé stable à environ 20 % . La part de la demande dans le domaine des véhicules à énergies nouvelles a rapidement augmenté, passant de 18 % en 2020 à 28 % en 2023, et devrait dépasser 32 % d'ici 2025. [11] (@ref)

2 État actuel de la gestion de la dissipation thermique dans le stockage d’énergie et les batteries automobiles

La gestion thermique de la batterie est un maillon clé pour garantir les performances, la sécurité et la durée de vie de la batterie. Actuellement, les technologies traditionnelles de refroidissement des batteries comprennent quatre catégories principales : le refroidissement par air, le refroidissement par liquide, le refroidissement par matériaux à changement de phase et le refroidissement par caloduc. Avec l'augmentation continue de la puissance des systèmes d'alimentation des véhicules électriques, la densité énergétique des batteries a considérablement augmenté et les exigences en matière d'efficacité de dissipation thermique ont également augmenté. [11] (@réf)

3 Statut d’application des tampons en silicone thermoconducteurs dans le stockage d’énergie et les batteries automobiles

Les coussinets en silicone thermoconducteurs, un matériau composite utilisant du caoutchouc de silicone comme matériau de base et remplis de charges thermoconductrices (telles que des oxydes métalliques, du nitrure de bore, etc.), jouent un rôle clé en tant que matériaux d'interface thermique (TIM) dans la gestion thermique des batteries. Leur fonction principale est de combler les lacunes de l'interface, en remplaçant l'air (la conductivité thermique n'est que d'environ 0,024 W/m·K) pour former un canal de conduction thermique efficace, réduisant ainsi la résistance thermique de contact de 30 à 50 % . [10,11] (@ref)

Dans la conception des batteries, les coussinets en silicone thermoconducteurs sont principalement utilisés dans les scénarios suivants : entre les cellules pour former une double barrière de conduction thermique et d'isolation électrique ; entre les modules de batterie et le boîtier pour conduire efficacement la chaleur vers le système de refroidissement externe ; et au niveau de la surface de contact entre la plaque de refroidissement liquide et la batterie pour améliorer l'effet de conduction thermique et réduire la résistance thermique de l'interface. Sa bonne flexibilité peut également absorber les contraintes causées par la dilatation et la contraction thermiques, évitant ainsi les dommages structurels lors d'un fonctionnement à long terme de la batterie. [11] (@réf)

4 Exigences des paramètres de base et études de marché

Le stockage d'énergie et les batteries automobiles ont des exigences de performance extrêmement strictes pour les coussinets en silicone thermoconducteurs. Les indicateurs de base comprennent principalement la conductivité thermique, la densité et la légèreté, les performances d'isolation électrique, l'ignifugation et la fiabilité à long terme. [11] (@réf)

En termes de légèreté, les coussinets en silicone thermoconducteurs traditionnels ont une densité généralement comprise entre 3,0 et 3,2 g/cm³ , tandis que les nouvelles générations de produits à faible densité ont réalisé des percées, atteignant 2,6 g/cm³ ou même 1,xg/cm³ . En prenant comme exemple une batterie qui nécessite 5 kilogrammes de tampon de silicone thermoconducteur traditionnel (densité 3,0 g/cm³), si un produit ultra-léger d'une densité de 1,5 g/cm³ est utilisé, le poids peut être réduit à environ 2,5 kilogrammes , obtenant un effet de réduction de poids de 2,5 kilogrammes par batterie. Ceci est d’une grande importance pour la légèreté du véhicule et l’amélioration de l’autonomie. [11] (@réf)

5 Résumé et perspectives : tendances synergiques en matière de développement et d’innovation

Le développement rapide du stockage d’énergie et des nouvelles batteries d’énergie a grandement favorisé les progrès de l’industrie des tampons en silicone thermoconducteurs. Les percées dans la technologie des matériaux sont significatives. Grâce à l'application de nouvelles charges, telles que la nano-alumine, le nitrure de bore, le diamant, etc., la conductivité thermique des tampons en silicone thermoconducteurs a été augmentée à 15 W/m·K . L'introduction de nouveaux matériaux a conduit à des percées en termes d'efficacité thermique, de résistance à la température et de flexibilité des coussinets en silicone thermoconducteurs. [11] (@réf)

En termes de légèreté et de faible densité, les coussinets en silicone thermoconducteurs sont devenus le centre de la recherche et du développement de l'industrie. La densité des produits de nouvelle génération a atteint des avancées de 2,6 g/cm³ voire 1,xg/cm³ . Ce progrès en matière de légèreté est d'une grande importance pour améliorer l'autonomie des véhicules à énergies nouvelles. L'application de charges d'oxyde métallique modifiées, entraînant une taille de particule plus petite et une distribution plus uniforme, permet d'obtenir la combinaison idéale de faible densité et de conductivité thermique élevée. [11] (@réf)

À l’avenir, l’industrie des tampons en silicone conducteurs thermiques doit continuer à innover en termes de performances thermiques, de légèreté et de contrôle des coûts pour répondre aux besoins en constante évolution en matière de gestion thermique du stockage d’énergie et des nouveaux packs de batteries d’énergie. Dans le même temps, l'industrie doit renforcer la construction standard, promouvoir l'innovation collaborative dans la chaîne industrielle et promouvoir conjointement le développement sain de la cause de l'énergie verte. [10,11] (@ref)