2025年液冷行业深度报告：数据中心带动液冷需求增长，关注上游核心冷媒材料

数据中心高散热+高耗电，液冷材料需求增长

进一步多核化提升性能的空间有限，增加功率成为重要选择

芯片制造与冷却经历了三个阶段： 第一阶段（2000-2010年），通过增加设备功率提升性能； 第二阶段（2010-2018年），芯片制造商通过多核结构来提升性能； 第三阶段 （2018-至今），多核的优势逐渐减弱，增加功率成为提升性能的重要选择。

芯片功率密度提升，高散热诉求扩大

算力的持续增加促进通信设备性能不断提升，市场主流芯片功耗和热流密度也在持续攀升，CPU 散热设计功耗已达350~500W。AI 技术快速发展推动 GPU 需求增长，芯片功率密度的持续提升直接制约着芯片散热和可靠性。目前H100/H200等芯片设计功耗已达700W，B200功耗达1000W，GB200功耗达到2700W。 

伴随着智算中心芯片功耗的提升，其自身的散热功耗也在不断攀升，智算中心中单机柜的热密度大幅度的快速提升。整机柜功率密度的提升对机房制冷技术提出了更高的要求。传统风冷系统受数据中心建筑面积与单位运营成本等因素的影响散热上限一般为20 kW/柜，越来越难以为继。液冷技术采用液体替代空气作为冷却介质，将液体直接或间接接触发热器件，可使散热效率大幅提升，能够有效满足单点、整机柜、机房的高散热需求。

数据中心为高耗电行业，制冷耗电是影响PUE值的关键

据国际能源署（IEA），2024年，数据中心约占全球电力消耗的1.5%，约为415太瓦时（TWh）。2024年，美国在全球数据中心电力消耗中所占份额最大（占比45%），其次是中国（占比25%）和欧洲（占比15%），预计到2030年，数据中心的电力消耗预计将增加一倍以上，达到约945太瓦时（TWh），约等于当前日本的总用电量。

在数据中心耗电总量中，有40%用于服务器冷却，服务器运行产生的热量可能导致服务器过热，威胁服务器的安全运行。实践表明，数据中心服务器温度每升高10℃ ， 设备可靠性和寿命就会降低50%。

冷板式液冷：双相冷板式潜力可期

冷板式液冷：全液冷服务器冷板关键部件设计

据 《 数 据 中 心 液 冷 散 热 技 术 及应用》严劲等，传统冷板式液冷通 常 只 覆 盖 C P U 、 G P U 等 个 别高功耗芯片，设备节点或整机柜 液 冷 占 比 通 常 在 6 0 % ~ 8 0 % 之间，存在液冷占比低、节能收 益 不 显 著 的 问 题 。 为 此 ， 业内已经开始布局全液冷冷板技术，即 通 过 液 冷 板 为 设 备 内 的 所 有发热器件进行散热。

冷板式液冷：单相间接式液冷中，去离子水为主流冷却媒介

英特尔&快手为了达到散热性能、PUE、TCO的最佳平衡， 采用了混合液冷方案，即只对CPU进行水冷散热，其他部件 仍然采用风冷散热。

常用的冷板式冷却介质有乙二醇、甘油、去离子水等，其中 去离子水在成本和传热性能方面具有明显优势，因此在液冷 解决方案中进一步考虑数据中心的应用场景，选择去离子水 作为冷却剂，同时在冷却剂中额外添加抑制剂，防止腐蚀和 细菌滋生，影响冷板散热效果，甚至堵塞管路导致解决方案 失效。

冷板式液冷：双相间接式液冷中，采用含氟制冷剂为冷却媒介

单相间接式液体冷却过程中不存在汽化现象，相对于普通的绝缘液体和制冷剂，由于水的高沸点以及良好的热性能，使其成为最具现实意义的冷却媒介。然而，泄漏隐患的存在限制了以水为媒介的推广应用和需求。

双相间接式液体冷却通过制冷剂吸收电子器件侧的热量而蒸发，通过相变实现热的传递。蒸发后的制冷剂气体通过压缩机压缩冷凝再循环。由于低沸点的绝缘流体和制冷剂较多，因此双相间接式液冷技术采用制冷剂种类较多。与单相间接式液体冷却相比，双相间接式液体冷却温度梯度小，传热速率更快。

浸没式液冷：合成油性价比优势突出

数据中心浸没式冷却液核心指标：低介电常数、低GWP 值、高绝缘性能

由于在浸没式液冷技术中，冷却液与电子产品直接接触，对冷却液的绝缘性、传热性等性能有严格的要求，认为理想的浸没式冷却液需满足以下技术指标。目前的研究经验表明：介电常数、GWP 值、绝缘性能指标等指标难以同时满足。

改性有机硅油：硅油耐高温、具备良好的绝缘性

硅油冷却液因其高热稳定性和低粘度，在浸没式液冷技术中表现出色，能够有效降低设备运行时产生的热量，提升冷却效率，并确保系统的稳定运行。此外，硅油冷却液具有环保安全的特点，无毒无味，对环境友好。

碳氢化合物合成油：α烯烃具有良好的低温性能

当前普遍使用的油类冷却液具有高粘度和低膨胀率的特点，这使得它们无法满足高性能芯片功耗增长的需求。α烯烃（PAO）基础油具有良好的低温性能（倾点和粘性）、低挥发和较高的热稳定性。为了支持更大功耗的芯片演进，新华三集团联合英特尔打造了“G-Flow ”方案，旨在解决油类单相浸没技术所面临的技术难题。冷却液采用的是埃克森美孚最新研发的无PFAS浸没式冷却液（某种碳氢合成油），相较于传统的氟化液更为环保的同时，其使用成本也有可观的下降。国内方面，卫星化学正着力研发基于碳氢化合物的浸没式液冷冷却液，以科技创新推动行业可持续发展。

浸没式液冷：氟化液有望成为数据中心终极冷媒

浸没式氟冷液：主要包括全氟烃、全氟烯烃、全氟胺、全氟聚醚

浸没式冷却液可根据分子结构特性分为以下 4 种：氢氟饱和化合物（氢氟烃、氢氟醚）、氢氟不饱和化合物（氢氟烯烃、不饱和氢氟醚）、全氟饱和化合物（全氟烷烃、全氟胺、全氟聚醚）和全氟不饱和化合物（全氟烯烃、全氟烯基胺、全氟烯基醚）。

我们列举了介电常数、GWP值、合成难度在内的三个关键指标，这三个指标难以同时满足，其中，介电常数高代表该种化学品极化能力较强，容易使浸没其中的高频电子部件和连接器的信号完整性受损，在实际应用受到较大限制，我们筛选出几种低介电常数且易于合成的氟化液，包括：全氟烃、全氟烯烃、全氟胺、全氟聚醚。

全氟胺&全氟烷烃：数据中心理想冷媒

全氟胺具有很低的倾点，运动黏度很小，说明全氟胺流动性能良好；其介电常数很低，均＜2，而介电强度很大，≥40kV（2.54mm gap），且体积电阻率较大，均≥1×1015 Ω·cm，表明全氟胺的绝缘性能优异。FC-40、FC-43、FC-70和FC-3283等链状全氟胺，其蒸发潜热约为70J/g，当引入含氧杂环结构后，如FC-3284，其蒸发潜热得到明显改善，提升至105J/g。FC系列的全氟胺比热容较大，且液体导热率也较高，表明FC 系列的全氟胺的热传递性能优异。 其中，FC-40、FC-43、FC-70和FC-3283 的沸点均≥128 ℃，主要用于单相浸没式液冷；而FC-3284的沸点为50℃，用于双相浸没式液冷。全氟胺具有电绝缘性能高、热传递性能好的优点，但其GWP值过高，一般＞5000，属于高温室物质，不符合绿色环保的标准。

全氟胺&全氟烷烃：主流合成路线为电解法，国内化学合成法取得进展

全氟烷基和多氟烷基物质 (PFAS) 是一种合成化学品，定义为“含有至少一个完全氟化的甲基或亚甲基碳原子（无任何氢/氯/溴/碘原子附于其上）的氟化物质，即除了少数明显的例外情况，任何含有至少一个全氟甲基 (–CF3 ) 或全氟亚甲基(–CF2 –) 的化学品都是 PFAS。

全氟烷烃和全氟胺主流合成方法为电解法。目前全氟烷烃的合成，主要分为电化学氟化法和化学合成法。电化学氟化法可分成直接合成法和间接合成法，其中直接合成法是通过电解对烷烃直接氟化得到全氟产物；间接法则是利用电解法先将有机原料电解氟化使其转化为全氟化合物再通过化学反应转变成全氟烷烃。

全氟胺&全氟烷烃：电解法合成路线存在显著技术瓶颈

据国家知识产权局，全氟烷烃及全氟胺电解法合成路线存在显著技术瓶颈。1）收率低：全氟胺的制备通常采用电氟化技术，但现有技术中所用的低沸点碳类化合物与胺类化合物在反应过程中的选择性较低，往往生成多种副产物，导致目标产物的收率下降。2）设备腐蚀问题突出：由于电氟化反应中使用了强腐蚀性的无水氟化氢，常规反应设备的耐腐蚀性能不足，影响了工艺的稳定性和安全性。3）后处理过程复杂，成本高昂：电氟化反应后所得混合物通常含有氟化氢、未反应的原料以及复杂的副产物。现有技术多采用多步萃取或精馏进行分离和提纯，不仅过程复杂，还导致能耗增加，影响了工业化生产的经济性。

近年来，国内企业在化学合成法方面取得一定进展。例如，浙江诺亚将六氟丙烯二聚体、六氟丙烯三聚体等含氟烯烃化合物气化后高温下与氟氮气在催化剂作用下直接氟化制备全氟烷烃化合物，反应时间短，反应效率高，实验操作安全简单，且易于工业化。化学合成法虽然较电解法在设备腐蚀、后处理方面存在一定优势，但是环境和安全问题仍然存在，即无水氟化氢的处理和副产物的处置存在较大风险，易引发环境污染和安全事故，这对生产工艺的绿色化和安全化提出了更高要求。此外，化学合成法在工业化放大生产中是否能维持稳定的高收率收率仍然需要长期观察。

全氟胺&全氟烷烃：PFAS中C-F键键能大、难以降解

PFAS的降解取决于C—C键和C—F键的断裂。当前电化学氧化法、光催化降解法和过硫酸盐活化法这3种技术去除PFAS各有优缺点，其中：1）电化学氧化法：绿色环保，反应条件温和，能够实现 PFAS 的完全矿化，但选择性差，电极材料的稳定性不能保证；2）光催化降解法：直接利用太阳能，展现出优良的矿化效果，但反应条件严苛、反应速率较慢；3）而过硫酸盐活化法活化法去除效果好、实际应用性强，但短链中间体难降解，脱氟效果较差。

受环保法规限制，3M将于2025年退出PFAS生产。基于各国对于PFAS法规日趋严格，且3M比利时工厂在2022年时因环保问题勒令停业及今后相关制品所产生的法律赔偿金额过于庞大不足以继续经营此项业务，2022年12月20日，3M官方发布公告，公司将在2025年底之前退出生产含氟聚合物、氟化液和基于全氟和多氟烷基物质（PFAS）的添加剂产品业务。此前，3M制造的PFAS年净销售额约为13亿美元，约占3M总收入的4%，EBITDA利润率约为16%，在此过渡期中3M仍持续履行当前的合约义务。

全氟聚醚：按合成方法分为四类，K型为主流路线

全氟聚醚是一种高分子聚合物，常温下为油状液体，具有热稳定性高、化学惰性优异、液体温度范围宽、挥发性低、润滑性显著以及不燃等特点，依据全氟聚醚的分子结构，可分为K型、Y型、Z型和D型。全氟聚醚的主要合成工艺路线分为两种：光氧化法和阴离子聚合法，其中1）光氧化法：Z型和Y型全氟聚醚分别是以四氟乙烯和六氟乙烯为单体在紫外光和氧气作用下聚合形成的长直链聚合物；2）阴离子聚合法：K 型和D型分别是以六氟环氧丙烷和四氟氧杂环丁烷通过阴离子聚合法制备的一类具有支链结构的高分子化合物。

全氟聚醚的合成工艺早期主要掌握在国外化工公司，K 型 和 D 型全氟聚醚主要商品有美国杜邦公司生产的Krytox 系列产品和日本大金生产的Demnum 品牌，Y 型和 Z 型全氟聚醚主要商品有苏威公司生产的 Fomblin 系列。全氟聚醚（Z型）具有双官能度以及独特的直链结构，有广泛的应用，但由于光氧化合成工艺的危险性，国外只有少数企业掌握其技术，国内基本上没有成功案例。

报告节选：

编辑：火腿肠