CN114914592A - 一种绝缘喷涂电池壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种绝缘喷涂电池壳体,采用静电喷涂的方法对电池壳体进行各向异性喷涂绝缘粉末涂料形成电池壳体的绝缘层,电池大面和侧面涂层为双层,包括内层树脂材料绝缘涂层和外层无机材料绝缘涂层。电池底面涂层为单层树脂材料绝缘涂层,内层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为树脂材料,外层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为无机材料,具有压缩性且表面粗糙度较高的绝缘涂层。本发明有效简化电芯生产工序;并避免因外绝缘膜粘贴过程中产生的气泡、褶皱等缺陷影响模组内的电芯装配;通过大面喷涂具有压缩性且表面粗糙度较高的碱金属硅酸盐和硅溶胶绝缘涂层,有效减少电芯间结构胶的用量;通过电芯底部喷涂高导热系数的绝缘涂层,增加电芯的散热能力。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种绝缘喷涂电池壳体。
背景技术
电池壳体通常采用带电的设计,以防止锂离子嵌入电池铝壳产生电化学腐蚀,进而造成电解液泄漏引起绝缘失效,由于绝大多数电池壳体均带电,为了保证电池系统安全,需要对电池壳体进行绝缘保护,以防止电池壳体发生电化学腐蚀。现有电芯外部绝缘方法均采用PET膜、PI膜、PP膜、PBT膜、PVC膜或PPS膜等材质对进行电池壳体进行包覆,随着电芯尺寸的增加,电池壳体外部包膜过程较难控制,且易产生气泡、褶皱等缺陷,缺陷将影响电芯后续在模组或者整包内的组装。包膜后的电池,在模组成组过程中需要再电池表面进行结构胶、导热胶的涂覆。
现有技术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。
现有技术还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。
现有技术还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,其中,漆涂层包括含有粘合剂的颗粒,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。
综上,为避免在电池转运过程或模组装配过程中,电池正极和负极都与电池壳体连接造成短路而导致爆炸,需要对电池壳体表面进行绝缘处理。传统的PET、PI、PP等材质外绝缘膜虽具有一定的绝缘性能,但是该种绝缘膜的贴膜工艺操作复杂,易产生气泡、褶皱等缺陷影响电池间结构胶、导热胶的涂覆效果。电池在组装成模组的过程中需要施加预紧力以约束电芯的膨胀,提升电池的循环寿命,电池大面间需要涂结构胶,以保证模组顺利完成装配,电池底部需要涂导热胶,以保证电池的散热能力。传统的PET材质外绝缘膜的包覆效果及外绝缘膜与导热胶、结构胶的兼容性,对电池的性能影响较大。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足,提供一种绝缘喷涂电池壳体,以解决电池壳体绝缘防护的问题。防止锂离子嵌入电池铝壳产生电化学腐蚀,进而造成电解液泄漏引起绝缘失效,由于绝大多数电池壳体均带电,为了保证电池系统安全,需要对电池壳体进行绝缘保护,以防止电池壳体发生电化学腐蚀。通过大面喷涂具有压缩性且表面粗糙度较高的绝缘涂层,有效减少电芯间结构胶的用量;通过电芯底部喷涂高导热系数的绝缘涂层,增加电芯的散热能力。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种绝缘喷涂电池壳体,采用静电喷涂的方法对电池壳体进行各向异性喷涂绝缘粉末涂料形成电池壳体的绝缘层,电池大面和侧面涂层为双层,包括内层树脂材料绝缘涂层和外层无机材料绝缘涂层。电池底面涂层为单层树脂材料绝缘涂层;所述内层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为树脂材料,外层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为无机材料,具有压缩性且表面粗糙度较高的绝缘涂层。
进一步地,所述无机涂层为压缩性较好且表面粗糙度较高的碱金属硅酸盐或硅溶胶绝缘涂层,材料表面具有纳米二氧化钛包覆。
更进一步地,所述硅溶胶与丙烯酸酯、醋酸乙烯等乳液任意相溶。
更进一步地,所述碱金属硅酸盐体系中溶质为硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡。
进一步地,所述内层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为树脂材料,包括酚醛树脂、聚酯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氯乙烯树脂中的一种或者至少两种的组合。
进一步地,所述内层绝缘粉末涂料包括绝缘材料、导热材料和流平材料,所述流平材料包括苯酚、甲醛和聚丙烯酸。
更进一步地,所述导热材料包括氮化硼、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮化镓、砷化镓、磷化镓、锌氧化物、磷化铟、铍氧化物、镁氧化物、氮化硅镁中的至少一种。
更进一步地,所述流平材料包括苯酚、甲醛和聚丙烯酸。
进一步地,对于电池大面、侧面,所用的内层绝缘涂料成分如下:内层绝缘粉末涂料的质量为100%计,所述绝缘剂的质量百分含量为55-90%,所述聚酯树脂和酚醛树脂的质量百分含量分别为15-30%、20-35%,所述导热材料的质量百分含量为2-5%,所述流平材料的质量百分含量为5-15%内层绝缘材料厚度为100um-150um,外层绝缘材料厚度为250um-400um。进一步地,对于电池底面,所用的绝缘涂料成分如下:绝缘粉末涂料的质量为100%计,所述绝缘剂的质量百分含量为45-80%,例如可以是50%、60%、70%或80%,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45-70%。所述聚酯树脂和酚醛树脂的质量百分含量分别为15-30%、20-30%。电池底面的导热材料质量百分含量为25-35%。所述流平材料的质量百分含量为5-15%。底部绝缘材料厚度为200um-300um。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明采用静电喷涂的方法,对电池壳体进行各向异性喷涂,壳体大面、侧面及底面涂层的层数、成分、厚度、导热系数和弹性均有不同。通过各向异性的绝缘静电喷涂,使电芯壳体外壁能够有效绝缘,电芯壳体外壁无需包覆PET等材质的外绝缘膜,简化电芯生产工序;同时避免因外绝缘膜粘贴过程中产生的气泡、褶皱等缺陷影响模组内的电芯装配;通过大面喷涂具有压缩性且表面粗糙度较高的碱金属硅酸盐和硅溶胶绝缘涂层,有效减少电芯间结构胶的用量;通过电芯底部喷涂高导热系数的绝缘涂层,增加电芯的散热能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1绝缘涂层的示意图;
图2制造过程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明:
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明绝缘喷涂电池壳体,绝缘粉末涂料形成的绝缘层具有良好的绝缘性能、散热性能,并且涂层材料可压缩性,涂层材料表面摩擦系数较大,可大幅减少电池成组时结构胶和导热胶的用量;所述绝缘粉末涂料用于形成电池壳体的绝缘层时,所得绝缘层与电池壳体外表面的附着力良好,能够耐受高温、高湿的环境,克服现有技术中电池壳体表面贴PET、PI、PP等绝缘膜存在的缺陷。
电池大面和侧面涂层为双层,包括内层树脂材料绝缘涂层和外层无机材料绝缘涂层。电池底面涂层为单层树脂材料绝缘涂层。
电池表面绝缘涂层分为内层绝缘粉末涂料涂层和外层绝缘粉末涂料涂层,外层绝缘涂层具有压缩性,可以吸收电池循环过程中由于正负极材料膨胀、副反应产气等原因导致的电池大面膨胀而产生的膨胀力。外层绝缘涂层同时表面粗糙度较高,电池间的摩擦系数较高,可以大幅减少结构胶的使用量。内层绝缘涂层中添加了氮化硼、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝等导热材料,可以有效提升电池的导热性能,可大幅减少导热胶的使用量。
外层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为无机材料,无机涂层为压缩性较好且表面粗糙度较高的碱金属硅酸盐或硅溶胶绝缘涂层,材料表面具有纳米二氧化钛包覆。通过纳米二氧化钛包覆,可以使树脂材料膜表面具有自清洁能力,避免粉尘、油污附着,改善锂电池绝缘膜表面的表面能。硅溶胶与丙烯酸酯、醋酸乙烯等乳液任意相溶,两者的特性相互补充,可以配制出性能优良的有机、无机复合涂料。碱金属硅酸盐体系中溶质为硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡。
内层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为树脂材料,包括酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚氯乙烯树脂中的一种或者至少两种的组合。所述导热材料包括氮化硼、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮化镓、砷化镓、磷化镓、锌氧化物、磷化铟、铍氧化物、镁氧化物、氮化硅镁中的至少一种。
电芯各个面采用各向异性喷涂,通过电芯底部喷涂高导热系数的绝缘涂层,增加电芯的散热能力,减少导热胶用量,电芯大面和侧面采用双层喷涂低导热系数的绝缘涂层。
电池进行绝缘喷涂前,需要进行清洗,清洗采用激光清洗或者采用碱性溶液清洗。
将清洗后的电池壳体放入烘箱中进行预热处理,在预热处理过程中:温度为100℃~120℃,时间为15min~30min。
本发明内层绝缘粉末涂料包括绝缘材料、导热材料和流平材料。
内层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为树脂材料,包括酚醛树脂、聚酯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氯乙烯树脂中的一种或者至少两种的组合。优选的,所述绝缘材料为聚酯树脂、环氧树脂或酚醛树脂中的任意一种或至少两种的组合。
所述导热材料包括氮化硼、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮化镓、砷化镓、磷化镓、锌氧化物、磷化铟、铍氧化物、镁氧化物、氮化硅镁中的至少一种。优选的,导热材料为碳化硼、碳化硅或氮化硅中的至少一种作为导热剂,所述导热剂不仅导热性能优良,还具有良好的绝缘性能。所述流平材料包括苯酚、甲醛和聚丙烯酸。
对于电池大面、侧面,所用的内层绝缘涂料成分如下。
内层绝缘粉末涂料的质量为100%计,所述绝缘剂的质量百分含量为55-90%,例如可以是40%、50%、60%、70%、80%或90%,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50-85%。所述聚酯树脂和酚醛树脂的质量百分含量分别为15-30%、20-35%。所述导热材料的质量百分含量为2-5%。所述流平材料的质量百分含量为5-15%。
将经预热的电池壳体平放在玻璃板上,将喷涂液喷涂覆盖在电池壳体上,作为优选的技术方案,所述喷涂的方法为静电粉末喷涂。待涂层室温固化后,在电池壳体上完成电池大面和侧面的内层绝缘涂层的喷涂。内层绝缘材料厚度为100um-150um。
外层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为无机材料,无机涂层为压缩性较好且表面粗糙度较高的碱金属硅酸盐或硅溶胶绝缘涂层,材料表面具有纳米二氧化钛包覆。通过纳米二氧化钛包覆,可以使树脂材料膜表面具有自清洁能力,避免粉尘、油污附着,改善锂电池绝缘膜表面的表面能。碱金属硅酸盐的质量百分含量为50%-70%,硅溶胶的质量百分含量为30%-50%。
碱金属硅酸盐体系中溶质为硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡。外层绝缘材料厚度为250um-400um。
将已经完成内层绝缘粉末涂料喷涂的电池壳进行预热,预热温度为90℃~115℃,时间为15min~20min。经预热的电池壳体平放在玻璃板上,将喷涂液采用喷枪均匀的喷涂覆盖在电池上,待涂层室温固化后,在电池壳体上完成外层绝缘涂层的喷涂。喷枪喷涂相比于静电喷涂的一致性稍差,并且无机材料涂层自身的粗糙度较高,可有效增加电池大面的粗糙度。
对于电池底面,所用的绝缘涂料成分如下。
绝缘粉末涂料的质量为100%计,所述绝缘剂的质量百分含量为45-80%,例如可以是50%、60%、70%或80%,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45-70%。所述聚酯树脂和酚醛树脂的质量百分含量分别为15-30%、20-30%。电池底面的导热材料质量百分含量为25-35%。所述流平材料的质量百分含量为5-15%。底部绝缘材料厚度为200um-300um。
将经预热的电池壳体平放在玻璃板上,将喷涂液喷涂覆盖在电池壳体上,作为优选的技术方案,所述喷涂的方法为静电粉末喷涂。待涂层室温固化后,在电池壳体上完成电芯底部绝缘涂层的喷涂。
实施例1
电池进行绝缘喷涂前,需要进行清洗,清洗采用激光清洗或者采用碱性溶液清洗。
将清洗后的电池壳体放入烘箱中进行预热处理,在预热处理过程中:温度为110℃,时间为25min。
内层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为树脂材料,绝缘材料为聚酯树脂、酚醛树脂和环氧树脂。内层绝缘粉末涂料的质量为100%计,所述绝缘剂的质量百分含量为65%,聚酯树脂、酚醛树脂和环氧树脂的质量百分含量分别为30%、35%、15%。所述导热材料为碳化硼、碳化硅,所述导热剂不仅导热性能优良,还具有良好的绝缘性能。所述导热材料的质量百分含量为5%。所述流平材料包括苯酚、甲醛和聚丙烯酸。所述流平材料的质量百分含量为15%。内层绝缘材料厚度为150um。
外层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为无机材料,无机涂层为压缩性较好且表面粗糙度较高的碱金属硅酸盐或硅溶胶绝缘涂层,材料表面具有纳米二氧化钛包覆。通过纳米二氧化钛包覆,可以使树脂材料膜表面具有自清洁能力,避免粉尘、油污附着,改善锂电池绝缘膜表面的表面能。碱金属硅酸盐的质量百分含量为50%-70%,硅溶胶的质量百分含量为30%-50%。内层绝缘材料厚度为350um。
对于电池底面,所用的绝缘涂料成分如下。
内层绝缘粉末涂料的质量为100%计,所述绝缘剂的质量百分含量为45-80%,例如可以是50%、60%、70%或80%,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45-70%。所述聚酯树脂和酚醛树脂的质量百分含量分别为15-30%、20-30%。所述导热材料的质量百分含量为35%,电池底面的导热材料质量百分含量为25-35%。所述流平材料的质量百分含量为10%。底部绝缘材料厚度为200um。
将经预热的电池壳体平放在玻璃板上,将喷涂液喷涂覆盖在电池壳体上,作为优选的技术方案,所述喷涂的方法为静电粉末喷涂。待涂层室温固化后,在电池壳体上完成电芯底部绝缘涂层的喷涂。
本发明使用各向异性双层绝缘涂层的喷涂电池壳体,内层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为树脂材料,包括酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚氯乙烯树脂中的一种或者至少两种的组合。所述导热材料包括氮化硼、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮化镓、砷化镓、磷化镓、锌氧化物、磷化铟、铍氧化物、镁氧化物、氮化硅镁中的至少一种。外层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为无机材料,无机涂层为压缩性较好且表面粗糙度较高的碱金属硅酸盐或硅溶胶绝缘涂层,材料表面具有纳米二氧化钛包覆。通过纳米二氧化钛包覆,可以使树脂材料膜表面具有自清洁能力,避免粉尘、油污附着,改善锂电池绝缘膜表面的表面能。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:采用静电喷涂的方法对电池壳体进行各向异性喷涂绝缘粉末涂料形成电池壳体的绝缘层,电池大面和侧面涂层为双层,包括内层树脂材料绝缘涂层和外层无机材料绝缘涂层,电池底面涂层为单层树脂材料绝缘涂层;所述内层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为树脂材料,外层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为无机材料,具有压缩性且表面粗糙度较高的绝缘涂层。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:所述无机涂层为压缩性较好且表面粗糙度较高的碱金属硅酸盐或硅溶胶绝缘涂层,材料表面具有纳米二氧化钛包覆。
3.根据权利要求2所述的一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:所述硅溶胶与丙烯酸酯、醋酸乙烯等乳液任意相溶。
4.根据权利要求2所述的一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:所述碱金属硅酸盐体系中溶质为硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡。
5.根据权利要求1所述的一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:所述内层绝缘粉末涂料涂层主体绝缘材料为树脂材料,包括酚醛树脂、聚酯树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氯乙烯树脂中的一种或者至少两种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:所述内层绝缘粉末涂料包括绝缘材料、导热材料和流平材料,所述流平材料包括苯酚、甲醛和聚丙烯酸。
7.根据权利要求6所述的一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:所述导热材料包括氮化硼、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮化镓、砷化镓、磷化镓、锌氧化物、磷化铟、铍氧化物、镁氧化物、氮化硅镁中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:所述流平材料包括苯酚、甲醛和聚丙烯酸。
9.根据权利要求1所述的一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:对于电池大面、侧面,所用的内层绝缘涂料成分如下:内层绝缘粉末涂料的质量为100%计,所述绝缘剂的质量百分含量为55-90%,所述聚酯树脂和酚醛树脂的质量百分含量分别为15-30%、20-35%,所述导热材料的质量百分含量为2-5%,所述流平材料的质量百分含量为5-15%内层绝缘材料厚度为100um-150um,外层绝缘材料厚度为250um-400um。
10.根据权利要求1所述的一种绝缘喷涂电池壳体,其特征在于:对于电池底面,所用的绝缘涂料成分如下:绝缘粉末涂料的质量为100%计,所述绝缘剂的质量百分含量为45-80%,例如可以是50%、60%、70%或80%,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45-70%。所述聚酯树脂和酚醛树脂的质量百分含量分别为15-30%、20-30%。电池底面的导热材料质量百分含量为25-35%。所述流平材料的质量百分含量为5-15%。底部绝缘材料厚度为200um-300um。
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PB01 | Publication | ||
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