CN112934641B - 一种绝缘层的喷涂方法及其在电池壳体中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绝缘层的喷涂方法及其在电池壳体中的用途，所述喷涂方法包括如下步骤：采用静电粉末喷涂的方法，在电池壳体外表面喷涂绝缘粉末涂料，固化，形成绝缘层。本发明采用静电粉末喷涂的方法，将所述绝缘粉末涂料喷涂在电池壳体外表面，形成绝缘层，所述绝缘层与电池壳体附着力良好，能够耐受长期高温高湿环境，解决了现有技术中绝缘膜与电池壳体之间附着不可靠等问题。

Description

一种绝缘层的喷涂方法及其在电池壳体中的用途
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种绝缘层的喷涂方法及其在电池壳体中的用途。
背景技术
电池在电子设备和新能源汽车等领域，发挥着独特的作用，其使用寿命和安全性能不仅受电极材料的影响，还受电池壳体结构和性能的影响，尤其是绝缘性能的影响。为了防止电池壳体表面刮损或发生短路等安全问题，一般会在电池壳体表面设置绝缘层。
目前，电池表面绝缘层的设置主要有如下两类方式：一类是在电池完成组装后对电池壳体外表面贴覆PET等绝缘膜，第二类是在电池表面涂覆绝缘树脂材料。
CN207664159U公开了一种动力电池壳体绝缘封装结构，包括电池壳体和包覆在电池壳体外表面的绝缘膜，所述绝缘膜包括底包覆膜、两主包覆膜、两辅包覆膜及顶包覆膜，所述绝缘膜对电池壳体进行完全包覆，并进一步限定所述绝缘膜为PET膜、PI膜、PP膜、PBT膜、PVC膜或PPS膜，所述绝缘膜通过贴胶方式与电池壳体的外表面粘接固定。
但是该专利存在以下缺陷和不足：(1)绝缘膜在贴敷过程中容易出现气泡，在高电压使用条件下，气泡中的空气发现电离击穿PET膜等绝缘膜：(2)长期高温、高湿环境下，电池壳体与PET膜等绝缘膜之间容易渗入水分，导致胶水粘性下降，PET膜等绝缘膜剥离，绝缘失效；(3)在电池壳体表面贴PET膜等绝缘膜，需要耗费大量的人工，不符合经济性要求。
CN107326422A公开了一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法，所述方法包括：(1)采用清洗剂对铝合金电池壳体表面进行清洗，以去除油污，完成对铝合金电池壳体表面的预处理；(2)在经步骤(1)预处理后得到的铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层；(3)将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合得到有机硅树脂喷涂液，利用有机硅树脂喷涂液对经步骤(2)得到的微弧氧化陶瓷层进行喷涂、固化处理，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层。但是所述微弧氧化陶瓷层在电池壳体的拐角等非平面的位置存在厚度不均匀的问题。
CN103078067A公开了一种锂离子电池金属外壳绝缘保护层和其制作方法，外壳的开口部分1～10mm为氧化保护层，其余部分为氧化层，并在氧化保护层开口部分焊接封口后，外壳的外层涂上胶体绝缘层。该发明虽然能够有效防止锂离子电池金属外壳带电带来的安全隐患，但是所述胶体绝缘层是在电池组装后涂覆，固化时需要考虑电池内部电解液、隔膜等对温度比较敏感的部分是否适合进行二次加热；若所述胶体绝缘层通过自干方式固化，其与电池外壳的附着力会比较差，同样，无法耐受长期高温高湿环境，绝缘层容易剥离。
此外，在电池组装后，在对电池表面涂覆绝缘层施工前需要对集流端子进行保护，若采用绝缘带进行保护，所述胶体可能会泄露到绝缘带内，污染集流端子。
CN104115301A公开了一种用于蓄电池单池的壳体，该壳体具有用于电绝缘的漆涂层(111)，其中，漆涂层(111)包括含有粘合剂的颗粒(114)，颗粒的粘合剂在特定条件下是可活化的，优选地在夹紧具有这种壳体(100)的多个蓄电池单池时通过压力是可活化的，从而提高壳体的接触面的摩擦系数。该发明虽然可以满足电池壳体的绝缘要求，但是该发明没有陈述电池壳体表面涂覆绝缘层是如何夹持，承载电池的夹具应该在电池哪个部分施加力，让电池外表面能够进行表面涂覆，缺乏可操作性。
基于现有技术的研究，如何提高电池壳体的绝缘层与电池壳体的附着力，能够长期适用于高温、高湿环境，并开发一种可操作性强、不受绝缘层固化温度限制的方法，成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绝缘层的喷涂方法及其在电池壳体中的用途，本发明提供的喷涂方法能够使绝缘粉末形成的绝缘层与电池壳体的外表面俘获良好，能够耐受高温与高湿的环境，克服了现有技术中电池壳体表面贴PET等绝缘膜存在的缺陷。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种绝缘层的喷涂方法，所述喷涂方法包括如下步骤：
采用静电粉末喷涂的方法，在电池壳体外表面喷涂绝缘粉末涂料，固化，形成绝缘层。
本发明提供的绝缘层的喷涂方法，在电池壳体外表面喷涂所述绝缘粉末涂料，形成绝缘层，使得绝缘层与电池壳体附着力良好，能够耐受长期高温高湿环境，解决了现有技术中在电池壳体表面贴PET等绝缘膜，所述绝缘膜与电池壳体之间附着不可靠等问题。同时，还解决了形成的绝缘层受限于电池内部电解液、隔膜等耐受温度范围的问题；所述喷涂方法具有可操作性强且适用于自动化生产的特点。
优选地，在所述静电粉末喷涂之前，对电池壳体进行表层重构和/或表面除尘。
本发明通过表面重构的操作，可以对电池壳体表面进行翻新，同时可去除电池壳体表面的杂质，进一步提升绝缘层与电池壳体的附着力。
优选地，所述表层重构的方式包括激光表层重构。
传统的表面处理，比如机械抛光打磨或化学腐蚀等方式，无法满足铝壳等壁薄、容易变形的电池壳体的要求，所述激光表层重构能够很好的解决上述问题。
优选地，所述激光表层重构包括点状激光表层重构。
优选地，所述点状激光表层重构的激光功率优选为20-100W，例如可以是20W、30W、40W、50W、60W、70W、80W、90W或100W，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，对激光表层重构采用的设备不作具体的限定，只要是本领域技术人员常用的种类，均适用于本发明。
优选地，所述激光表层重构在高效率重构激光设备中进行，所述高效率重构激光设备的功率为3-8kW，例如可以是3kW、4kW、5kW、6kW、7kW或8kW，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为4-6kW。
优选地，所述高效率重构激光设备的加工效率为5000-15000mm2/s，例如可以是5000mm2/s、6000mm2/s、7000mm2/s、8000mm2/s、9000mm2/s、10000mm2/s、11000mm2/s、12000mm2/s、13000mm2/s、14000mm2/s、或15000mm2/s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为8000-12000mm2/s。
优选地，所述表层重构的深度为5-10μm，例如可以是5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为5-8μm。
优选地，所述表面除尘的方式包括火焰等离子处理。
所述火焰等离子处理不仅可以去除表面微尘，同时还能对电池壳体表面加热。
本发明中所述激光表层重构适用于各种电池壳体；所述火焰等离子处理不仅可以去除表面微尘，同时还能对电池壳体表面加热，提升绝缘层与电池壳体的附着力。
优选地，所述火焰等离子处理的功率为0.4-1kW，例如可以是0.4kW、0.5kW、0.6kW、0.7kW、0.8kW、0.9kW或1kW，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述火焰等离子处理的频率为500-1000Hz，例如可以是500Hz、550Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz或1000Hz，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述火焰等离子处理将电池壳体表面加热至60-100℃，例如可以是60℃、70℃、80℃、90℃或100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明绝缘层喷涂的优选技术方案，在静电粉末喷涂之前，采用密封夹具从电池壳体外表面，自所述电池壳体口部向下1-6mm处进行密封，优选为自所述电池壳体口部向下2-4mm处进行密封。
本发明中，所述密封夹具，不仅起到密封作用，还起到对电池壳体固定的作用，有利于绝缘层的设置。
本发明中，所述密封夹具自所述电池壳体口部向下1-6mm处进行密封，例如可以是1mm、1.5mm、3mm、4mm、5mm或6mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为2-4mm。
优选地，所述密封夹具包括密封部件，所述密封部件连接电池壳体口部内侧壁和外侧壁，用于密封电池壳体口部，阻止绝缘粉末材料进入电池壳体内部。
优选地，所述密封部件为密封圈。
优选地，所述密封部件的材质包括氟橡胶。
所述密封夹具还包括主体结构与定位钉。
本发明所述主体结构用于为电池壳体提供主要的支撑，本发明在此不对主体结构的具体构造做具体限定，只要能够实现对电池壳体的支撑即可。优选地，所述主体结构还能够实现与喷涂挂具的连接。
本发明所述定位钉用于固定被喷涂的电池壳体，同时实现电池壳体与主体结构的导通，使电池壳体接地。
所述主体结构和定位钉的材质各自独立的选自金属和/或合金，优选为铝和/或钢。所述“和/或”是指：主体结构的材质与定位钉的材质之间相互独立，彼此不影响，例如，主体结构的材质为铝等金属，定位钉的材质可以是铝等金属，也可以是钢等合金。
本发明中，对所述电池壳体的材质和形状，不作具体的限定，只要是本领域技术人员常用的，均适用于本发明。
优选地，所述电池壳体的材质为金属或合金，优选为铝或钢。
优选地，所述电池壳体的形状为方形或圆形。
本发明中，所述绝缘粉末涂料在电池壳体外表面，可以是全部喷涂，也可以是部分喷涂，所述部分喷涂可在电池组装时，与电池顶盖上的绝缘保护层连接，形成连续、完整和全面的绝缘防护。
优选地，所述静电粉末喷涂的喷粉量为20-100g/min，例如可以是20g/min、30g/min、35g/min、45g/min、50g/min、60g/min、70g/min、80g/min、90g/min或100g/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为30-60g/min。
优选地，所述静电粉末喷涂的喷涂距离为50-150cm，例如可以是50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm、110cm、120cm、130cm、135cm、140cm、145cm或150cm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为100-135cm。
优选地，所述静电粉末喷涂的电压为1-12kV，例如可以是1kV、4kV、5kV、6kV、7kV、8kV、9kV、10kV、11kV或12kV，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为4-8kV。
优选地，所述静电粉末喷涂的时间为1-5min，例如可以是1min、2min、3min、4min或5min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为2-3min。
优选地，所述固化的温度为180-250℃，例如可以是180℃、190℃、200℃、230℃或250℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为200-220℃。
优选地，所述固化的时间为5-20min，例如可以是5min、8min、10min、12min、15min、18min或20min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；优选为8-15min。
优选地，所述绝缘层的厚度为80-300μm，例如可以是80μm、90μm、100μm、150μm、180μm、200μm、220μm、250μm、280μm或300μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明第一方面所述喷涂方法的优选技术方案，所述喷涂方法包括如下步骤：
(1)采用高效率重构激光设备，控制功率为4-6kW，加工效率为8000-12000mm2/s，对电池壳体进行表层重构，所述表层重构的深度为5-8μm，然后控制火焰等离子处理的功率为0.4-1kW，频率为500-1000Hz，进行表面除尘，同时将电池壳体表面加热至60-100℃，得到预处理的电池壳体；
(2)将绝缘粉末涂料通过静电粉末喷涂装置喷涂在所述预处理的电池壳体外表面，固化，形成厚度为80-300μm的绝缘层；
步骤(2)所述静电粉末喷涂过程中，喷粉量为30-60g/min，喷涂距离为100～135cm，电压为4-8kV，时间为2～3min；
步骤(2)所述固化过程中，温度为200-220℃，时间为8-15min。
第二方面，本发明提供了一种外表面具有绝缘层的电池壳体，所述电池壳体的绝缘层由第一方面所述喷涂方法得到。
本发明提供的外表面具有绝缘层的电池壳体，所述绝缘层与壳体本体的附着力强，能够长期适用于高温、高湿环境，具有良好的绝缘性能、阻燃性能和散热性能，克服了现有技术中在壳体本体表面贴PET等绝缘膜存在的缺陷。
优选地，所述电池壳体的绝缘层外侧还包覆厚度为0.05-0.15mm的保护膜，例如可以是0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.12mm或0.15mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述保护膜的材质包括PP、PET或PC中的任意一种或至少两种的组合。
第三方面，本发明提供了一种单体电池，所述单体电池包括电池顶盖和第二方面所述的外表面具有绝缘层的电池壳体。
所述电池顶盖的外端面设置有绝缘保护层，所述绝缘保护层与所述电池顶盖的正极端子、负极端子和防爆阀孔相应的位置设置有开孔。
所述绝缘保护层自所述电池顶盖沿着电池壳体外表面向下，与所述电池壳体外表面的绝缘层连接。
本发明提供的单体电池，在电池顶盖外端面设置绝缘保护层，不需要采用绝缘带对电池顶盖的正极端子、负极端子和防爆阀孔进行保护，避免正极端子、负极端子被污染；所述绝缘保护层与电池壳体外表面的绝缘层连接，形成连续、全面的绝缘防护，有效的提升单体电池表面的绝缘性能和安全性能，同时改善电池的耐高压性能。
优选地，所述绝缘保护层在电池顶盖外端面的设置方式包括超声焊接。
优选地，所述绝缘保护层与绝缘层的连接方式包括热熔接。
优选地，所述绝缘保护层与绝缘层部分重叠。
优选地，所述绝缘保护层的材质包括PP、PET或PC中的任意一种或至少两种的组合；典型但非限制性的组合包括PP与PET的组合，PET与PC的组合，PP与PC的组合，或PP、PET与PC的组合。
优选地，所述绝缘保护层的厚度为0.1-0.3mm，例如可以是0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm或0.3mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第四方面，本发明提供了一种第三方面所述的单体电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
采用第二方面所述的外表面具有绝缘层的电池壳体，在所述外表面具有绝缘层的电池壳体上设置电池顶盖，在所述电池顶盖的外端面设置绝缘保护层；所述绝缘保护层与所述电池顶盖的正极端子、负极端子和防爆阀孔相应的位置设置有开孔，并与所述外表面具有绝缘层的电池壳体的外表面绝缘层连接。
优选地，所述绝缘保护层在电池顶盖外端面的设置方式包括超声焊接。
优选地，所述超声焊接的功率为1-5kW，例如可以是1kW、1.5kW、2kW、3kW、4kW、4.5kW或5kW，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为1.5-3kW。
优选地，所述超声焊接的时间为10-60ms，例如可以是10ms、12ms、15ms、20ms、30ms、40ms、50ms、55ms或60ms，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为20-50ms。
优选地，所述绝缘保护层与绝缘层部分重叠。
优选地，所述绝缘保护层上与绝缘层重叠的部分设置有减薄区域。
优选地，所述减薄区域的高度为1-2mm，例如可以是1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm或2mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述减薄区域与绝缘层连接。
优选地，所述绝缘保护层与绝缘层的连接方式包括热熔接。
优选地，所述热熔接的温度为200-220℃，例如可以是200℃、205℃、210℃、215℃或220℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述热熔接的时间为5-20s，例如可以是5s、8s、10s、12s、15s、16s、18s或20s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的喷涂方法，在电池组装前，采用静电粉末喷涂的方法，在电池壳体外表面形成绝缘层，所得绝缘层与电池壳体附着力良好，能够耐受长期高温高湿环境，解决了现有技术中绝缘层与电池壳体之间附着不可靠等问题，同时解决了绝缘层固化受限于电池内部电解液、隔膜等的耐受温度范围的问题；所述制备方法，具有可操作性强，适用于自动化生产的特点。
附图说明
图1是本发明提供的一种单体电池结构的主视剖面图；
图2是本发明提供的一种单体电池结构的侧视剖面图；
图3是本发明提供的一种单体电池结构的俯视图；
图4是图1中圆形虚线圈内的局部放大图；
图5是本发明提供的一种单体电池的爆炸视图。
其中：1-电池壳体，2-绝缘层，3-保护膜，4-电池顶盖，5-绝缘保护层，6-卷芯，7-超声焊点。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明实施例部分提供一种方形单体电池，所述单体电池的结构示意图参见图1-图5，图4是图1中圆圈标注位置的局部放大图，由图4可以看出，所述单体电池包括电池壳体1、电池顶盖4和卷芯6，所述卷芯6包括正极片、负极片、隔膜和电解液(均未视出)；所述电池壳体外表面包覆有绝缘层2，所述绝缘层2的外表面包覆保护膜3；所述电池顶盖4上设置有绝缘保护层5，所述绝缘保护层5上设置有与所述电池顶盖4的正极端子、负极端子和防爆阀孔相应的开孔，所述绝缘保护层5与所述电池壳体1外表面的绝缘层2连接；所述绝缘保护层5还设置有超声焊点7，用于与电池顶盖连接。
本发明进行静电粉末喷涂时，所用绝缘粉末涂料的组成为：以所述绝缘粉末涂料的质量为100％计，所述环氧树脂(绝缘剂)的质量百分含量为30％，所述酚醛树脂(绝缘剂)的质量百分含量为25％，二氧化硅(阻燃剂)与二氧化钛(导热剂)的质量比为1:1，所述二氧化硅与二氧化钛的总质量百分含量为11％，所述固化剂为数均分子量为21000的聚酰胺，固化剂的质量百分含量为4％，所述苯酚与甲醛和缩水甘油醚的聚合物(流平剂)的质量百分含量为30％。
实施例1
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，所述喷涂方法包括如下步骤：
使用密封夹具自方形铝壳外表面口部向下1mm处，将其固定，采用静电粉末喷涂的方法喷涂绝缘粉末涂料，控制喷粉量为30g/min，喷涂距离为100cm，电压为4kV，时间为1min，然后在180℃下，固化20min，得到所述的电池壳体。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为80μm。
实施例2
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，所述喷涂方法包括如下步骤：
使用密封夹具自钢壳外表面口部向下3mm处，将其固定，采用静电粉末喷涂的方法喷涂绝缘粉末涂料，控制喷粉量为40g/min，喷涂距离为110cm，电压为5kV，时间为2min，然后在210℃下，固化10min，得到所述的电池壳体。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为120μm。
实施例3
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，所述喷涂方法包括如下步骤：
使用密封夹具自钢壳外表面口部向下6mm处，将其固定，采用静电粉末喷涂的方法喷涂绝缘粉末涂料，控制喷粉量为50g/min，喷涂距离为120cm，电压为6kV，时间为3min，然后在250℃下，固化5min，得到所述的电池壳体。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为150μm。
实施例4
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，所述喷涂方法包括如下步骤：
(1)对圆形钢壳进行点状激光表层重构，所述点状激光表层重构的激光功率20W，表层重构的深度为5μm，然后在功率为0.4kW、频率为1000Hz下，进行火焰等离子处理，将所述圆形钢壳表面加热至60℃；
(2)使用密封夹具自钢壳外表面口部向下2mm处，将其固定，采用静电粉末喷涂的方法喷涂绝缘粉末涂料，控制喷粉量为50g/min，喷涂距离为120cm，电压为6kV，时间为3min，然后在200℃下，固化15min，包覆厚度为0.05mm的PET保护膜，得到所述的电池壳体。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为150μm。
实施例5
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，所述喷涂方法包括如下步骤：
(1)对圆形铝壳进行点状激光表层重构，所述点状激光表层重构的激光功率100W，表层重构的深度为10μm，然后在功率为1kW、频率为500Hz下，进行火焰等离子处理，将圆形铝壳表面加热至100℃；
(2)使用密封夹具自钢壳外表面口部向下5mm处，将其固定，采用静电粉末喷涂的方法，喷涂制备例5得到的绝缘粉末涂料控制喷粉量为50g/min，喷涂距离为120cm，电压为6kV，时间为3min，然后在220℃下，固化8min，包覆厚度为0.15mm的PP保护膜，得到所述的电池壳体。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为150μm。
实施例6
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，与实施例4相比，区别仅在于，将步骤(1)中点状激光表层重构的激光功率替换为60W。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为150μm。
实施例7
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，与实施例4相比，区别仅在于，步骤(1)采用高效率重构激光设备对圆形钢壳进行表面重构，控制功率为3kW，加工效率为5000mm2/s。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为150μm。
实施例8
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，与实施例4相比，区别仅在于，步骤(1)采用高效率重构激光设备对圆形钢壳进行表面重构，控制功率为8kW，加工效率为15000mm2/s。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为150μm。
实施例9
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，与实施例4相比，区别仅在于，将步骤(2)中的喷粉量替换为100g/min。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为300μm。
实施例10
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，与实施例4相比，区别仅在于，将步骤(2)中的喷粉量替换为20g/min。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为80μm。
实施例11
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，与实施例4相比，区别仅在于，将步骤(2)中的喷涂距离替换为150cm。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为100μm。
实施例12
本实施例提供了一种电池壳体外侧绝缘层的喷涂方法，与实施例4相比，区别仅在于，将步骤(2)中的喷涂距离替换为50cm。
本实施例得到的电池壳体，绝缘层的厚度为250μm。
应用例1
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)采用实施例1制备的电池壳体，将电芯放入其中，然后盖上电池顶盖；
(2)采用超声焊接在所述顶盖上焊接厚度为0.1mm的绝缘保护层，所述绝缘保护层的材质为PP，控制焊接的功率为2kW，时间为50ms，在所述绝缘保护层上设置1.5mm的减薄区域；
(3)所述绝缘保护层自电池顶盖沿着电池壳体外表面向下，采用热熔接的方式，与所述电池壳体外表面的绝缘层连接，控制所述热熔接的温度为200℃，时间为20s。
应用例2
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)采用实施例2制备的电池壳体，将电芯放入其中，然后盖上电池顶盖；
(2)采用超声焊接在所述顶盖上焊接厚度为0.2mm的绝缘保护层，所述绝缘保护层的材质为PET，控制焊接的功率为1kW，时间为60ms，在所述绝缘保护层上设置1mm的减薄区域；
(3)所述绝缘保护层自电池顶盖沿着电池壳体外表面向下，采用热熔接的方式，与所述电池壳体外表面的绝缘层的减薄区域连接，控制所述热熔接的温度为210℃，时间为12s。
应用例3
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)采用实施例3制备的电池壳体，将电芯放入其中，然后盖上电池顶盖；
(2)采用超声焊接在所述顶盖上焊接厚度为0.3mm的绝缘保护层，所述绝缘保护层的材质为PC，控制焊接的功率为5kW，时间为10ms，在所述绝缘保护层上设置2mm的减薄区域；
(3)所述绝缘保护层自电池顶盖沿着电池壳体外表面向下，采用热熔接的方式，与所述电池壳体外表面的绝缘层的减薄区域连接，控制所述热熔接的温度为220℃，时间为5s。
应用例4
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，与应用例1的区别仅在于，将步骤(1)中的电池壳体替换为实施例4制备得到的电池壳体。
应用例5
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，与应用例1的区别仅在于，将步骤(1)中的电池壳体替换为实施例5制备得到的电池壳体。
应用例6
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，与应用例1的区别仅在于，将步骤(1)中的电池壳体替换为实施例6制备得到的电池壳体。
应用例7
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，与应用例1的区别仅在于，将步骤(1)中的电池壳体替换为实施例7制备得到的电池壳体。
应用例8
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，与应用例1的区别仅在于，将步骤(1)中的电池壳体替换为实施例8制备得到的电池壳体。
应用例9
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，与应用例1的区别仅在于，将步骤(1)中的电池壳体替换为实施例9制备得到的电池壳体。
应用例10
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，与应用例1的区别仅在于，将步骤(1)中的电池壳体替换为实施例10制备得到的电池壳体。
应用例11
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，与应用例1的区别仅在于，将步骤(1)中的电池壳体替换为实施例11制备得到的电池壳体。
应用例12
本应用例提供了一种单体电池的制备方法，与应用例1的区别仅在于，将步骤(1)中的电池壳体替换为实施例12制备得到的电池壳体。
对实施例1-12得到的电池壳体进行附着力、绝缘性能、导热性能和阻燃性能的测试，测试方法如下：
附着力测试方法：参考国标GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》进行测试，评价等级为5B：无剥离，4B：剥离面积少于5％，3B剥离面积为5％-15％。
绝缘值：根据客户要求，500VDC条件下，绝缘电阻大于20MΩ。具体操作方法：在漆膜表面施加500VDC电压，金属板接地，测试绝缘电阻。
导热系数参照ASTM D5470薄型导热固态电绝缘材料热传输特性的标准测试方法。
50J抗冲击测试：参考GB/T1732-93漆膜耐冲击测定法。
测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002917689470000181
Figure BDA0002917689470000191
通过表1可以看出，本发明提供的喷涂方法得到的绝缘层经表面重构和/或表面除尘的电池壳体上具有良好的附着性能及抗冲击性能。
由实施例1-3可以看出，未进行表面重构与表面除尘处理时，所得绝缘层在电池壳体上的附着性能及抗冲击性能存在明显不足。
与实施例4相比，实施例6的电池壳体绝缘电阻下降、但导热系数上升，这是因为点状激光表层重构的激光功率上升引起的，且二者所得绝缘层的附着性能及抗冲击性能均较佳，进而说明点状激光表层重构的激光功率在20-100W的范围内，其均能实现较好的表面重构，在保持绝缘层较好的绝缘性能和导热性能的前提下，改善绝缘层的附着能力及耐冲击性能。
与实施例4相比，实施例7-8的电池壳体的导热性能提升，且绝缘性能均较佳，进而说明表面重构采用点状激光表层重构和高效率重构激光设备在本发明限定的操作条件下均能实现较好的表面重构，且所得绝缘层的附着性能和耐冲击性能优异。
与实施例4相比，实施例9-10的电池壳体绝缘层厚度不一样，绝缘阻值也会有明显差异，这是因为喷涂粉料的量对漆膜厚度成型有很明显的影响；且由上述对比可以看出，喷涂量过大，所得绝缘层的附着能力及抗冲击性能下降，而喷涂量较小时，所得绝缘层的绝缘性能下降明显。
与实施例4相比，实施例11-12的电池壳体绝缘层厚度不一样，绝缘阻值有差异，这是因为喷涂间距对粉料落在壳体表面的量有影响，从而影响到漆膜的厚度，进而影响绝缘层的性能。
对应用例1-12得到的单体电池进行耐高电压测试，测试条件为：2700VDC条件下，持续加压60s，漏电流<2mA。测试结果如表2所示。
表2
耐高电压测试
应用例1 通过
应用例2 通过
应用例3 通过
应用例4 通过
应用例5 通过
应用例6 通过
应用例7 通过
应用例8 通过
应用例9 通过
应用例10 通过
应用例11 通过
应用例12 通过
通过表2可以看出，本发明所述喷涂方法得到的电池壳体用于组装单体电池后，均能通过耐高压测试。
综上所述，本发明提供的喷涂方法，在电池组装前，采用静电粉末喷涂的方法，在电池壳体外表面形成绝缘层，所得绝缘层与电池壳体附着力良好，能够耐受长期高温高湿环境，解决了现有技术中绝缘层与电池壳体之间附着不可靠等问题，同时解决了绝缘层固化受限于电池内部电解液、隔膜等的耐受温度范围的问题；所述制备方法，具有可操作性强，适用于自动化生产的特点。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (44)

1.一种绝缘层的喷涂方法，其特征在于，所述喷涂方法包括如下步骤：
采用静电粉末喷涂的方法，在电池壳体外表面喷涂绝缘粉末涂料，固化，形成绝缘层；
在所述静电粉末喷涂之前，对电池壳体进行表层重构和表面除尘；
所述表层重构的方式包括激光功率为20-100W的点状激光表层重构；
所述表面除尘的方式包括功率为0.4-1kW的火焰等离子处理；
所述静电粉末喷涂的喷粉量为20-100g/min。
2.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述激光表层重构在高效率重构激光设备中进行，所述高效率重构激光设备的功率为3-8kW。
3.根据权利要求2所述的喷涂方法，其特征在于，所述高效率重构激光设备的功率为4-6kW。
4.根据权利要求2所述的喷涂方法，其特征在于，所述高效率重构激光设备的加工效率为5000-15000mm2/s。
5.根据权利要求4所述的喷涂方法，其特征在于，所述高效率重构激光设备的加工效率为8000-12000mm2/s。
6.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述表层重构的深度为5-10μm。
7.根据权利要求6所述的喷涂方法，其特征在于，所述表层重构的深度为5-8μm。
8.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述火焰等离子处理的频率为500-1000Hz。
9.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述火焰等离子处理将电池壳体表面加热至60-100℃。
10.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述静电粉末喷涂的喷粉量为30-60g/min。
11.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述静电粉末喷涂的喷涂距离为50-150cm。
12.根据权利要求11所述的喷涂方法，其特征在于，所述静电粉末喷涂的喷涂距离为100-135cm。
13.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述静电粉末喷涂的电压为1-12kV。
14.根据权利要求13所述的喷涂方法，其特征在于，所述静电粉末喷涂的电压为4-8kV。
15.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述静电粉末喷涂的时间为1-5min。
16.根据权利要求15所述的喷涂方法，其特征在于，所述静电粉末喷涂的时间为2-3min。
17.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述固化的温度为180-250℃。
18.根据权利要求17所述的喷涂方法，其特征在于，所述固化的温度为200-220℃。
19.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述固化的时间为5-20min。
20.根据权利要求19所述的喷涂方法，其特征在于，所述固化的时间为8-15min。
21.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述绝缘层的厚度为80-300μm。
22.根据权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，所述喷涂方法包括如下步骤：
(1)采用高效率重构激光设备，控制功率为4-6kW，加工效率为8000-12000mm2/s，对电池壳体进行表层重构，所述表层重构的深度为5-8μm，然后控制火焰等离子处理的功率为0.4-1kW，频率为500-1000Hz，进行表面除尘，同时将电池壳体表面加热至60-100℃，得到预处理的电池壳体；
(2)将绝缘粉末涂料通过静电粉末喷涂装置喷涂在所述预处理的电池壳体外表面，固化，形成厚度为80-300μm的绝缘层；
步骤(2)所述静电粉末喷涂过程中，喷粉量为30-60g/min，喷涂距离为100-135cm，电压为4-8kV，时间为2-3min；
步骤(2)所述固化过程中，温度为200-220℃，时间为8-15min。
23.一种外表面具有绝缘层的电池壳体，其特征在于，所述电池壳体的绝缘层由权利要求1-22任一项所述喷涂方法得到。
24.根据权利要求23所述的电池壳体，其特征在于，所述电池壳体的绝缘层外侧还包覆厚度为0.05-0.15mm的保护膜。
25.根据权利要求24所述的电池壳体，其特征在于，所述保护膜的材质包括PP、PET或PC中的任意一种或至少两种的组合。
26.一种单体电池，其特征在于，所述单体电池包括电池顶盖和权利要求23-25任一项所述的外表面具有绝缘层的电池壳体；
所述电池顶盖的外端面设置有绝缘保护层，所述绝缘保护层与所述电池顶盖的正极端子、负极端子和防爆阀孔相应的位置设置有开孔；
所述绝缘保护层自所述电池顶盖沿着电池壳体外表面向下，与所述电池壳体外表面的绝缘层连接。
27.根据权利要求26所述的单体电池，其特征在于，所述绝缘保护层在电池顶盖外端面的设置方式包括超声焊接。
28.根据权利要求26所述的单体电池，其特征在于，所述绝缘保护层与绝缘层的连接方式包括热熔接。
29.根据权利要求26所述的单体电池，其特征在于，所述绝缘保护层与绝缘层部分重叠。
30.根据权利要求26所述的单体电池，其特征在于，所述绝缘保护层的材质包括PP、PET或PC中的任意一种或至少两种的组合。
31.根据权利要求26所述的单体电池，其特征在于，所述绝缘保护层的厚度为0.1-0.3mm。
32.一种根据权利要求26-31任一项所述的单体电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
采用权利要求23-25任一项所述的外表面具有绝缘层的电池壳体，在所述外表面具有绝缘层的电池壳体上设置电池顶盖，在所述电池顶盖的外端面设置绝缘保护层；所述绝缘保护层与所述电池顶盖的正极端子、负极端子和防爆阀孔相应的位置设置有开孔，并与所述外表面具有绝缘层的电池壳体的外表面绝缘层连接。
33.根据权利要求32所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘保护层在电池顶盖外端面的设置方式包括超声焊接。
34.根据权利要求33所述的制备方法，其特征在于，所述超声焊接的功率为1-5kW。
35.根据权利要求34所述的制备方法，其特征在于，所述超声焊接的功率为1.5-3kW。
36.根据权利要求33所述的制备方法，其特征在于，所述超声焊接的时间为10-60ms。
37.根据权利要求36所述的制备方法，其特征在于，所述超声焊接的时间为20-50ms。
38.根据权利要求32所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘保护层与绝缘层部分重叠。
39.根据权利要求38所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘保护层上与绝缘层重叠的部分设置有减薄区域。
40.根据权利要求39所述的制备方法，其特征在于，所述减薄区域的高度为1-2mm。
41.根据权利要求39所述的制备方法，其特征在于，所述减薄区域与绝缘层连接。
42.根据权利要求32所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘保护层与绝缘层的连接方式包括热熔接。
43.根据权利要求42所述的制备方法，其特征在于，所述热熔接的温度为200-220℃。
44.根据权利要求43所述的制备方法，其特征在于，所述热熔接的时间为5-20s。
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