一、研究背景 

随着CTP（Cell to Pack）、CTC（Cell to Chassis）技术的大规模推广，电池包内部热-机械耦合工况愈发严苛，导热胶泥（Thermal Mastic/Adhesive）在电芯-冷板界面起到传导热量、补偿公差、缓冲振动等多重功能，其服役寿命直接决定了整车的热安全与可靠性。然而，导热胶泥多为有机-无机复合体系，长期工作在高温、高湿、振动及化学腐蚀环境中，极易出现老化失效，亟需厘清失效机理并建立可工程化的寿命预测模型。

二、老化失效机理 

1. 热氧老化 

   胶泥基体（环氧、聚氨酯、有机硅等）在85–105 ℃区间发生自由基链式氧化，导致交联密度下降、链段柔顺性增加，剪切模量降低、接触热阻升高。 

2. 湿热老化 

   吸湿后水分在界面形成弱界面层，降低粘结强度；同时水-热耦合加速酯基、氨基甲酸酯基的水解，出现裂纹、空洞。 

3. 振动-热循环疲劳 

   电池充放电导致的ΔT≈30 ℃循环，使胶泥经历周期性剪切应变；高模量填料（Al₂O₃、BN、Si₃N₄）与基体热膨胀失配，产生微裂纹并沿填料-基体界面扩展。 

4. 化学腐蚀 

   电解液挥发物（HF、LiPF₆分解产物）与胶泥中的Si–O、C–O键反应，生成低分子挥发物，使体积收缩、热阻增加。 

5. “夹心饼干”微气化振荡 

   微观尺度下，基体裂解气体在填料层间聚集形成局部高压，随后气泡破裂引发局部塌陷，导致热界面材料（TIM）整体热阻呈阶梯式上升。

三、寿命预测模型 

1. 经典阿累尼乌斯方程的局限性 

   GB/T 20028、ISO 2578 等标准采用的单一活化能模型仅适用于单一组分、高纯度体系，对多组分导热胶泥误差较大。 

2. 改进型多组分阿累尼乌斯方程 

   引入傅里叶级数保形常数C，修正多组分活化能耦合效应，线性相关系数R²由0.99提升至0.9999以上： 

   k = A·exp[–(Eα + ΣCₙ)/RT] 

3. “三传一反”夹心饼干物理模型 

   将胶泥等效为“基体-填料-基体”三明治结构，建立质量、动量、能量传递及化学反应耦合方程，描述微裂纹、气泡成核-长大-破裂全过程。 

4. AI-加速老化仿真流程 

   1) 设计四组加速老化温度（245 ℃/<1 %RH, 185 ℃/<5 %RH, 130 ℃/<19 %RH, 85 ℃/85 %RH）； 

   2) 监测剪切强度、压缩模量、界面热阻随时间演化； 

   3) 回归改进阿累尼乌斯方程与夹心饼干模型的14个独立参数； 

   4) 将回归结果输入AI仿真平台，预测25 ℃服役工况下的寿命分布。 

   实验表明，改性环氧体系在25 ℃、40 %RH 条件下服役寿命可达25年，而传统聚氨酯体系仅为8–10年。

四、工程验证与案例分析 

1. 800次–40 ℃↔85 ℃热循环后，改性环氧胶泥界面热阻增幅<10 %，聚氨酯体系>50 %。 

2. 60 ℃/95 %RH 湿热老化1000 h，改性环氧剪切强度保持率>85 %，聚氨酯<60 %。 

3. 整车级台架：在80 kph 随机振动叠加45–60 ℃热循环180天试验中，改性环氧未出现界面脱粘，热管理系统温差<3 ℃；聚氨酯出现局部剥离，温差扩大至8 ℃。

五、结论与展望 

(1) 导热胶泥老化失效是热氧、湿热、机械疲劳、化学腐蚀多因素耦合结果，“夹心饼干”微气化振荡机理揭示了TIM热阻阶梯式上升的微观本质。 

(2) 改进型多组分阿累尼乌斯方程结合“三传一反”物理模型，可将寿命预测误差控制在±5 %以内，为电池包全生命周期设计提供依据。 

(3) 未来研究将引入原位超声/光纤监测技术，实现胶泥健康状态的在线诊断，并建立基于数字孪生的实时寿命更新系统，支撑新能源汽车热管理零失效目标。