CN108511637A - 一种电池壳体及其制备方法和电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池壳体，包括壳体本体和涂层，所述壳体本体的表面涂有所述涂层，所述涂层含有绝缘防护层和/或热膨胀层；所述热膨胀层含有膨胀颗粒；本发明还提供一种电池壳体及其制备方法及含有该电池壳体的电池，本发明的优点在于制备工艺简单、成本低、体积占比小、绝缘防护性好、且在高温情况下，可形成多孔的隔热层，有效阻滞热量在相邻电池之间传播。

Description

一种电池壳体及其制备方法和电池
技术领域
本发明涉及一种电池壳体及其制备方法和电池。
背景技术
目前，方形动力电池多采用壳体来封装电池内部的极芯及电解液等。为使其满足当前使用性能和寿命的要求，一般都会在壳体表面包裹一层热缩膜或绝缘薄膜，或者喷涂相应的绝缘涂层，如环氧树脂、UV涂层等。进一步，在电池模组相邻电池之间增加隔热垫、绝热棉等物品，防止部分电池热失控时，热量在相邻电池之间传递。
以上现有技术虽然可以起到较好的绝缘防护作用，但对于三元电池或其他活性较高的电池材料，仅仅是绝缘防护是远远不够的。在实际使用过程中，一旦电池组有单只电池发生热失控，由于相邻电池之间间隔有限，热失控将在电池组中以极短的时间依次传递，其连锁反应给整个电池模组带来热失控的危险。
而为了防止热量在相邻电池之间传递，现在又往往在单体电池之间，添加隔热垫等物品，不但增加了成本，也不利于电池模组的轻量化和紧凑化。
发明内容
为解决上述现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种工艺简单、成本低、体积占比小、绝缘防护性好、且在高温情况下，可形成多孔的隔热层，有效阻滞热量在相邻电池之间传播的电池壳体及其制备方法和电池。
本发明提供的一种电池壳体，其中，包括壳体本体，所述壳体本体的表面涂有绝缘防护层，所述绝缘防护层的表面涂有热膨胀层；所述热膨胀层内含有膨胀颗粒。
本发明提供了一种如上所述电池壳体的制备方法：
步骤a、所述绝缘防护层的浆料和热膨胀层的浆料的制备；
步骤b、将步骤a中制备的绝缘防护层的浆料，涂到所述壳体本体的表面上，干燥后得到表面涂有绝缘防护层的壳体；
步骤c、将步骤a中制备的热膨胀层的浆料附着到步骤b制备的壳体的绝缘防护层的表面上，干燥后得到表面涂有绝缘防护层/热膨胀层的壳体。
本发明提供了一种电池，包括电池壳体、电芯和电解液，其中，所述电池壳体为本发明如上所述的电池壳体，所述电芯和电解液封装在所述电池壳体内。
本发明提供了另一种电池壳体，其中，包括壳体本体，所述壳体本体的表面涂有热膨胀层；所述热膨胀层内含有膨胀颗粒。
本发明提供了一种如上所述的电池壳体的制备方法：
步骤a、所述热膨胀层的浆料的制备；
步骤b、将步骤a中制备的热膨胀层的浆料，附着到所述壳体本体的外表面上，干燥后得到表面涂有热膨胀层的壳体。
本发明提供了一种电池，包括电池壳体、电芯和电解液，其中，所述电池壳体为本发明如上所述的电池壳体，所述电芯和电解液封装在所述电池壳体内。
本发明提供的电池壳体，具体是：在壳体本体的表面涂有一层受热可膨胀的热膨胀层。当单个电池内部温度过高，温度传导至涂有热膨胀层的壳体本体的表面，热膨胀层中的热膨胀颗粒发生膨胀，形成多孔的隔热层，有效阻滞热量在相邻电池之间传播。
本发明中的热膨胀层中需具备以下特性：
1、正常情况下：热膨胀层同普通绝缘防护层相似，在原有绝缘防护层的基础上加强对电池的绝缘防护作用；
2、极端（高温）情况下：热量由电池的内部或外部传导至热膨胀层，热膨胀层中的热膨胀颗粒受热膨胀，既可防止电池内部的热量扩散至相邻电池，又可防止相邻电池或其他外部热源的热量传至电池内部。
本发明中的电池壳体的制备方法，制备工艺简单，原料成本低，有利于工业化生产。
本发明中的电池，涂层在整个电池体积中的体积占比较小，不影响电池的轻量化和紧凑化。
附图说明
图1为本发明实施例1中电池壳体的涂层示意图。
图2为本发明实施例1中电池S11#的结构示意图。
图3为本发明实施例2中电池壳体的涂层示意图。
图4为本发明实施例1制备的电池和对比例1制备的电池的性能测试图。
如图1-图4所示：
1、电池壳体，2、壳体本体， 3、绝缘防护层，4、热膨胀层，41、热膨胀颗粒，5、负极极柱，6、注液孔，7、防爆阀，8、正极极柱，9、温度测试点。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种电池壳体1，包括壳体本体2，所述壳体本体的表面涂有绝缘防护层3，所述绝缘防护3的表面涂有热膨胀层4；所述热膨胀层4含有膨胀颗粒41。
本发明提供的上述电池壳体，先在壳体本体的内表面和/或外表面涂有一层有绝缘防护作用的绝缘防护层，再在该绝缘防护层中背离壳体本体的表面涂有受热可膨胀的热膨胀层。本发明中的热膨胀层中需具备以下特性：
1、正常情况下：热膨胀层同普通绝缘防护层相似，在原有绝缘防护层的基础上加强对电池的绝缘防护作用；
2、极端（高温）情况下：热量由电池的内部或外部传导至热膨胀层，热膨胀层中的热膨胀颗粒受热膨胀，形成多孔的隔热层，既可防止电池内部的热量扩散至相邻电池，又可防止相邻电池或其他外部热源的热量传至电池内部。
优选的，热膨胀层内还含有环氧树脂涂料、UV涂料、聚酰亚胺涂料中的一种或几种；以所述热膨胀层的100重量份为基准，所述膨胀颗粒的量为8-15份。进一步优选，膨胀颗粒的粒径大小为20-50um；具体的，膨胀颗粒可以为膨胀蛭石，膨胀蛭石的膨胀温度为250℃左右。
优选的，绝缘防护层为环氧树脂涂层、UV涂层、聚酰亚胺涂层中的一种或几种。
优选的，绝缘防护层和热膨胀层的基体材料一致可使两者的相容性较好。
本发明提供了一种电池壳体的制备方法，包括：
步骤a、所述绝缘防护层的浆料和热膨胀层的浆料的制备；
步骤b、将步骤a中制备的绝缘防护层的浆料，涂到所述壳体本体的表面上，干燥后得到表面涂有绝缘防护层的壳体；
步骤c、将步骤a中制备的热膨胀层的浆料喷涂到步骤b制备的壳体的绝缘防护层的表面上，干燥后得到表面涂有绝缘防护层/热膨胀层的壳体。
优选的，干燥的温度低于膨胀颗粒的膨胀温度，具体的干燥温度为150-180℃。
本发明提供了一种电池，包括电池壳体1、电芯和电解液，其中，所述电池壳体为本发明提供的电池壳体，所述电芯和电解液封装在该电池壳体内。
优选的，电池还含有负极极柱5，注液孔6，防爆阀7，正极极柱8和用于测试温度的温度测试点9。
优选的，在200-300℃的高温条件下，热量由所述电池内部或外部传导至所述电池壳体的热膨胀层，所述热膨胀层中的热膨胀颗粒受热膨胀形成多孔隔热层，可有效阻滞热量在相邻电池之间传播。解决了现有技术中的技术问题：当温度大于250℃，一般来说，温度大于260℃后，电池中的陶瓷隔膜的陶瓷涂层发生崩溃，大面积的短路发生，一旦大面积短路发生，电池电压会骤降，电池温度急剧上升可达850℃，影响电池的安全使用；本申请技术方案在陶瓷隔膜崩溃之间，将相应电池隔断，有效保证了电池的安全性。本发明中的电池，安全性高，且绝缘防护层和热膨胀层在整个电池体积中的体积占比较小，不影响电池的轻量化和紧凑化。
本发明提供了另一种电池壳体，包括壳体本体，所述壳体本体的表面涂有热膨胀层；所述热膨胀层内含有膨胀颗粒。
在壳体本体的内表面和/或外表面涂有一层受热可膨胀的热膨胀层，本发明中的热膨胀层中需具备以下特性：
1、正常情况下：热膨胀层同普通绝缘防护层相似，在原有绝缘防护层的基础上加强对电池的绝缘防护作用；
2、极端（高温）情况下：热量由电池的内部或外部传导至热膨胀层，热膨胀层中的热膨胀颗粒受热膨胀，既可防止电池内部的热量扩散至相邻电池，又可防止相邻电池或其他外部热源的热量传至电池内部。
优选的，热膨胀层还含有环氧树脂涂料、UV涂料、聚酰亚胺涂料中的一种或几种；以所述热膨胀层的100重量份为基准，所述膨胀蛭石的量为8-15份。
进一步优选，膨胀颗粒的粒径大小为20-50um；具体的，膨胀颗粒可以为膨胀蛭石，膨胀蛭石的膨胀温度为250℃左右。
优选的，绝缘防护层为环氧树脂涂层、UV涂层、聚酰亚胺涂层中的一种或几种。
优选的，绝缘防护层和热膨胀层的基体材料一致可使两者的相容性较好。
本发明提供了一种如上所述的电池壳体的制备方法，包括：
步骤a、热膨胀层的浆料的制备；
步骤b、将步骤a中制备的热膨胀层的浆料，附着到所述壳体本体的表面上，干燥后得到表面涂有热膨胀层的壳体。
本发明中的电池壳体的制备方法，制备工艺简单，原料成本低，有利于工业化的量产。
优选的，干燥的温度低于膨胀颗粒的膨胀温度，具体的干燥温度为150-180℃。
本发明提供了一种电池，包括电池壳体、电芯和电解液，其中，所述电池壳体为本发明提供的电池壳体，所述电芯和电解液封装在本发明提供的电池壳体内。
优选的，在200-300℃的高温条件下，热量由所述电池内部或外部传导至所述电池壳体的热膨胀层，所述热膨胀层中的热膨胀颗粒受热膨胀形成多孔隔热层，可有效阻滞热量在相邻电池之间传播。解决了现有技术中的技术问题：当温度大于250℃，一般来说，温度大于260℃后，电池中的陶瓷隔膜的陶瓷涂层发生崩溃，大面积的短路发生，一旦大面积短路发生，电池电压会骤降，电池温度急剧上升可达850℃，影响电池的安全使用；本申请技术方案在陶瓷隔膜崩溃之间，将相应电池隔断，有效保证了电池的安全性。
本发明中的电池，安全性高，且热膨胀层在整个电池中的体积占比较小，不影响电池的轻量化和紧凑化。
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种电池壳体1，如图1所示，壳体本体2的外表面涂有绝缘防护层3，又在绝缘防护层3背离壳体本体2的表面涂有热膨胀层4。
1、电池壳体1的制备：
（1）绝缘防护层的浆料的制备：
Valspar公司的环氧树脂（型号：PFL80029）。
（2）热膨胀层的浆料的制备：
在以环氧树脂涂层、UV涂层、聚酰亚胺涂层为基底（85份）的绝缘防护涂料中，添加15份膨胀蛭石，搅拌均匀，即可得到热膨胀层的浆料。
（3）清洁壳体本体：
用物理或化学的方法对壳体本体的表面进行清洁处理。
（4）涂有绝缘防护层的壳体：
将绝缘防护层的浆料，喷涂到清洁后的壳体本体的外表面上，在165℃温度下，干燥1h时间，得到表面涂有绝缘防护层的壳体；
（5）附着有热膨胀层的壳体：
将热膨胀层的浆料喷涂到步骤（4）制备的壳体的绝缘防护层的表面上，在165温度下，干燥1h时间，干燥后得到如图1所示的电池壳体。
2、电池的制备：
选用3个本实施例所述电池壳体制成的电池，并排放置在一起，电池之间间隔3mm，处于中间的电池编号S11#，左右分别为S12#和S13#。
实施例2
本实施例提供了一种电池壳体1，如图2所示，壳体本体2的外表面涂有热膨胀层4。
1、电池壳体的制备：
（1）热膨胀层的浆料的制备：
在以环氧树脂涂层、UV涂层、聚酰亚胺涂层为基底（85份）的绝缘防护涂料中，添加8份膨胀蛭石，搅拌均匀，即可得到热膨胀层的浆料。
（2）清洁壳体本体：
用物理或化学的方法对壳体本体的表面进行清洁处理。
（3）附着有热膨胀层的壳体：
将热膨胀层的浆料，喷涂到清洁后的壳体本体的外表面上，在150℃温度下，干燥2h时间，得到如图2所示的电池壳体。
2、电池的制备：
选用3个本实施例所述电池壳体制成的电池，并排放置在一起，电池之间间隔3mm，处于中间的电池编号S21#，左右分别为S22#和S23#。
对比例1
本对比例提供了一种电池壳体1，如图3所示，壳体本体2的外表面涂有绝缘防护层3。
1、电池壳体的制备:
（1）绝缘防护层的浆料的制备：
Valspar公司的环氧树脂（型号：PFL80029）。
（2）清洁壳体本体：
用物理或化学的方法对壳体本体的表面进行清洁处理。
（3）涂有绝缘防护层的壳体：
将绝缘防护层的浆料，喷涂到清洁后的壳体本体的外表面上，在180温度下，干燥1h时间，得到如图2所示的电池壳体。
2、电池的制备：
选用3个本对比例所述电池壳体制成的电池，并排放置在一起，电池之间间隔3mm，处于中间的电池编号D11#，左右分别为D12#和D13#。
性能测试
热失控及过程中温度监控：
测试仪器：电池测试仪：HE070193
数据采集仪：SE240013
测试步骤：将电池温度测试点9，设置在负极极柱5中心轴的外表面，靠近负极极柱5的一端。测试点设置好后，连接温度传感器，用于采集过充过程中的实时温度。对电池进行过充实验：过充电，以1C电流恒流充电至单体电池充电截止电压的2.5倍，以引发S11#和D11#电池热失控。
测试条件：样品满电状态：常温25±2℃下，1C恒流充电至电池截止电压，搁置60min。
测试结果：如图4，通过测试结果可知，过充电池S11#最高温度可达625℃，过充电池D11#最高温度可达654℃，说明电池内部已完全处于失控状态。同时，通过对相邻电池S12#、S13#的监控，发现，当S11#电池热失控发生后，其电池温度也有所升高，但温度升高幅度小，最高温度也仅达76℃。而D12#、D13#电池在D11#电池热失控后，由于热量传递没有及时切断，使得热量在相邻电池之间急速传播，使得其最高电池温度分别达到232℃和246℃。此温度已基本接近电池陶瓷隔膜陶瓷层的失控温度，极易引发后续电池的内部短路，使得相邻电池也进入热失控状态，造成整个电池模组的失控。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电池壳体，其特征在于，包括壳体本体，所述壳体本体的表面涂有绝缘防护层，所述绝缘防护层的表面涂有热膨胀层；所述热膨胀层内含有膨胀颗粒。
2.根据权利要求1所述的电池壳体，其特征在于，所述热膨胀层还含有环氧树脂涂料、UV涂料、聚酰亚胺涂料中的一种或几种；以所述热膨胀层的100重量份为基准，所述膨胀颗粒的量为8-15份。
3.根据权利要求1或2所述的电池壳体，其特征在于，所述膨胀颗粒为膨胀蛭石 。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的电池壳体的制备方法，其特征在于，
步骤a、所述绝缘防护层的浆料和热膨胀层的浆料的制备；
步骤b、将步骤a中制备的绝缘防护层的浆料，涂到所述壳体本体的表面上，干燥后得到表面涂有绝缘防护层的壳体；
步骤c、将步骤a中制备的热膨胀层的浆料附着到步骤b制备的壳体的绝缘防护层的表面上，干燥后得到表面涂有绝缘防护层/热膨胀层的壳体。
5.根据权利要求4所述的电池壳体，其特征在于，所述干燥的温度低于膨胀颗粒的膨胀温度。
6.一种电池，包括电池壳体、电芯和电解液，其特征在于，所述电池壳体为权利要求1-5任意一项所述的电池壳体，所述电芯和电解液封装在所述电池壳体内。
7.一种如权利要求6所述的电池，其特征在于，在200-300℃条件下，热量由所述电池的内部或外部传导至所述电池壳体的热膨胀层，所述热膨胀层中的热膨胀颗粒受热膨胀形成多孔隔热层。
8.一种电池壳体，其特征在于，包括壳体本体，所述壳体本体的表面涂有热膨胀层；所述热膨胀层内含有膨胀颗粒。
9.根据权利要求8所述的电池壳体，其特征在于，所述热膨胀层还含有环氧树脂涂料、UV涂料、聚酰亚胺涂料中的一种或几种；以所述热膨胀层的100重量份为基准，所述膨胀颗粒的量为8-15份。
10.根据权利要求8或9所述的电池壳体，其特征在于，所述膨胀颗粒为膨胀蛭石 。
11.一种如权利要求8-10任意一项所述的电池壳体的制备方法，其特征在于，
步骤a、所述热膨胀层的浆料的制备；
步骤b、将步骤a中制备的热膨胀层的浆料，附着到所述壳体本体的表面上，干燥后得到表面涂有热膨胀层的壳体。
12.根据权利要求11所述的电池壳体，其特征在于，所述干燥的温度低于膨胀颗粒的膨胀温度，所述干燥温度为150-180℃。
13.一种电池，包括电池壳体、电芯和电解液，其特征在于，所述电池壳体为权利要求8-12任意一项所述的电池壳体，所述电芯和电解液封装在所述电池壳体内。
14.一种如权利要求13所述的电池，其特征在于，在200-350℃条件下，热量由所述电池的内部或外部传导至所述电池壳体的热膨胀层，所述热膨胀层中的热膨胀颗粒受热膨胀形成多孔隔热层。
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