CN115651508B - 一种用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料和喷涂方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粉末涂料技术领域。本发明公开了一种用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料和喷涂方法。粉末涂料包括过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料；所述过渡层粉料的原料包括聚酯树脂、氟碳树脂、环氧树脂、酚醛胺固化剂和2‑甲基咪唑；所述主功能层粉料的原料包括聚酯树脂、氟碳树脂、三缩水甘油异氰尿酸酯、硅微粉和负载有防腐组分的多孔纳米材料；所述防护层粉料的原料包括聚酯树脂、氟碳树脂、羟烷基酰胺和纳米石墨烯。该涂料具备很好的防腐性能和耐候性能，应用于电池包外壳，能有效提高电池包外壳的使用寿命。通过该喷涂方法，涂层能牢固附着于电池包外壳，且各涂层之间紧密结合。

Description

一种用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料和喷涂方法

技术领域

本发明涉及粉末涂料技术领域，尤其涉及一种用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料和喷涂方法。

背景技术

电池包是新能源汽车的必备部件，新能源汽车的电池包主要包括电池单体和外壳，多个电池单体组合为模组，将多个模组组合后固定于外壳内即形成电池包。目前，新能源汽车的电池包外壳的材质为铝合金或者钢，在电池包外壳的表面设置保护涂层。

现有技术中，电池包外壳的涂层更关注阻燃和疏水性能，如公开号为CN108165126B，名称为“一种用于锂离子电池包外壳的隔热阻燃防火涂层材料”的中国发明专利，该涂层用于增强电池包外壳的阻燃性能，以及公开号为CN204155986U，名称为“一种用于电池外壳的复合涂层”的中国实用新型专利，该复合涂层由防水涂层和高绝缘涂层组成。

电池包外壳起着保护电池模组的作用，不仅在于突发情况的阻燃，还有新能源汽车在日常使用过程中的保护，例如，防止液体进入到电池包内部。基于汽车在多种路况行驶以及较长的使用寿命，电池包外壳的保护涂层需要有较好的防腐蚀和耐候的性能，有鉴于此，本发明提出一种用于电池包的防腐耐候粉末涂料。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料，该涂料具备很好的防腐性能和耐候性能，应用于电池包外壳，能有效提高电池包外壳的使用寿命。

本发明的目的在于提出一种电池包外壳的粉末喷涂方法，通过该喷涂方法，涂层能牢固附着于电池包外壳，且各涂层之间紧密结合。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料，包括过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料；

所述过渡层粉料的原料包括聚酯树脂、氟碳树脂、环氧树脂、酚醛胺固化剂和2-甲基咪唑；

所述主功能层粉料的原料包括聚酯树脂、氟碳树脂、三缩水甘油异氰尿酸酯、硅微粉和负载有防腐组分的多孔纳米材料；

所述防护层粉料的原料包括聚酯树脂、氟碳树脂、羟烷基酰胺和纳米石墨烯。

进一步的，所述多孔纳米材料为介孔二氧化硅材料，所述防腐组分为5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。

进一步的，以重量份计，所述过渡层粉料、所述主功能层粉料和所述防护层粉料的原料如下：

所述过渡层粉料的原料包括聚酯树脂100份、氟碳树脂10-15份、环氧树脂5-8份、酚醛胺固化剂1-2份和2-甲基咪唑8-12份；

所述主功能层粉料的原料包括聚酯树脂100份、氟碳树脂10-15份、三缩水甘油异氰尿酸酯8-12份、硅微粉20-28份和负载有防腐组分的多孔纳米材料8-12份；

所述防护层粉料的原料包括聚酯树脂100份、氟碳树脂10-15份、羟烷基酰胺5-8份和纳米石墨烯25-30份。

进一步的，所述过渡层粉料、所述主功能层粉料和所述防护层粉料的原料还包括色料和助剂，所述助剂选自安息香、流平剂、增光剂和蜡粉中的一种或多种。

进一步的，所述防护层粉料的原料还包括紫外线吸收剂。

进一步的，所述过渡层粉料、所述主功能层粉料和所述防护层粉料的喷涂质量比为（0.8-1.2）：（5-10）:（1-3）。

一种电池包外壳的粉末喷涂方法，采用上述的电池包外壳的防腐耐候粉末涂料进行喷涂，该方法包括以下步骤：

（1）对电池包外壳进行前处理；

（2）将电池包外壳在180-190℃预热，将过渡层粉料喷涂于电池包外壳的表面形成过渡层，之后使电池包外壳降温；

（3）将主功能层粉料喷涂于所述过渡层形成主功能层，并将带有过渡层和主功能层的电池包外壳在160-180℃下烘烤5-10min；

（4）将防护层粉料喷涂于所述主功能层形成防护层；

（5）将带有过渡层、主功能层和防护层的电池包外壳在180-190℃下烘烤30-50min。

进一步的，所述电池包外壳由铝合金或钢材料制成；

所述步骤（2）-（5）中，以吊具携带所电池包外壳依次经过过渡层粉料喷涂工位、主功能层粉料喷涂工位和防护层粉料喷涂工位，所述吊具设有加热组件和冷却组件；

所述步骤（2）中，所述吊具的加热组件对所述电池包外壳进行预热和降温；

所述步骤（3）和（5）中，所述吊具的加热组件对电池包组件进行烘烤，所述吊具的冷却组件对烘烤完成后的电池包外壳降温。

进一步的，所述吊具包括相连接的前板和后板，所述前板的顶部和底部均具有与所述电池包外壳相适配的限位部，所述电池包外壳限位于所述吊具时，所述电池包外壳的侧壁与所述前板相贴；

所述加热组件包括电磁加热线圈，所述电磁加热圈安装于所述前板的内侧，所述冷却组件包括冷却管，所述冷却管安装于所述后板的内侧。

进一步的，所述步骤（2）中，对电池包外壳的预热的升温时间为1-5min；

所述步骤（3）中，升温至160-180℃所用时间为1-5min；

所述步骤（5）中，烘烤温度曲线如下：

常温升温至105℃，用时15-20min；

105℃升温至180-190℃，用时2-5min；

在180-190℃下保温30-50min。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明的用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料包括三种涂料组分，其中，过渡层粉料基于环氧树脂和低分子固化剂的使用，具有很好的流平效果和附着效果，能提高涂层在电池包外壳的附着牢固程度；主功能涂料基于负载有防腐组分的多孔纳米材料的使用能使涂层具备防腐性能，多孔纳米材料能在烘烤过程中释放防腐组分，以实现液体高防腐性能的防腐材料，提高粉末涂料的防腐效果；防护层粉料中的纳米石墨烯能提高涂层的抗渗性、防腐性和抗老化性，且石墨烯对紫外线有一定的吸收作用，还能使涂层具备抗紫外线性能。

具体实施方式

本发明提供一种用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料，包括过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料；

过渡层粉料的原料包括聚酯树脂、氟碳树脂、环氧树脂、酚醛胺固化剂和2-甲基咪唑；

主功能层粉料的原料包括聚酯树脂、氟碳树脂、三缩水甘油异氰尿酸酯、硅微粉和负载有防腐组分的多孔纳米材料；

防护层粉料的原料包括聚酯树脂、氟碳树脂、羟烷基酰胺和纳米石墨烯。

本发明的用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料包括三种涂料组分，其中，过渡层粉料基于环氧树脂和低分子固化剂的使用，具有很好的流平效果和附着效果，能提高涂层在电池包外壳的附着牢固程度；主功能涂料基于负载有防腐组分的多孔纳米材料的使用能使涂层具备防腐性能，另外，多孔纳米材料能在烘烤过程中释放防腐组分，以实现液体高防腐性能的防腐材料，提高粉末涂料的防腐效果，其中的硅微粉有很好的悬浮效果，能在固化过程中防止负载有防腐组分的多孔纳米材料沉降；防护层粉料中的纳米石墨烯能提高涂层的抗渗性、防腐性和抗老化性，且石墨烯对紫外线有一定的吸收作用，还能使涂层具备抗紫外线性能。

需要说明的是，小分子固化剂使涂层粘附性好、柔性好，但电池包外壳表面需要较高硬度，以防止磕碰磨损，因此，仅在过渡层粉料中添加小分子固化剂，用以提高涂层的附着性。

本发明的三种涂料组分中的树脂都包含了聚酯树脂和氟碳树脂，使得涂层具有很好的耐热性、耐腐蚀性和耐候性，且基于包含同样的成分，三种涂料组分能牢固结合。另外，三种涂料组分采用了不同的固化剂，在烘烤固化过程中，相邻两层之间的固化剂能相互渗透，进一步提高各层涂料之间的结合牢固程度。

具体的，多孔纳米材料为介孔二氧化硅材料，防腐组分为5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮具有杀菌效果好且低毒的优点，其状态为液体，能渗透进入介孔二氧化硅材料内，实现负载。具体的，使5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮与介孔二氧化硅材料混合，持续搅拌30-60min，5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮与介孔二氧化硅材料的配比以两者混合均匀后，5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮被介孔二氧化硅材料完全吸收为准，保证无液体从混合物中滴落。

优选的，以重量份计，过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料的原料如下：

过渡层粉料的原料包括聚酯树脂100份、氟碳树脂10-15份、环氧树脂5-8份、酚醛胺固化剂1-2份和2-甲基咪唑8-12份；

主功能层粉料的原料包括聚酯树脂100份、氟碳树脂10-15份、三缩水甘油异氰尿酸酯8-12份、硅微粉20-28份和负载有防腐组分的多孔纳米材料8-12份；

防护层粉料的原料包括聚酯树脂100份、氟碳树脂10-15份、羟烷基酰胺5-8份和纳米石墨烯25-30份。

过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料均以聚酯树脂为主，氟碳树脂为辅，所得涂层能兼具两种树脂的性能，防护层粉料中含有加大量的纳米石墨烯，增强防护层粉料的性能。

在实际生产中，粉末涂料中需加入助剂增加粉料的流动性、光泽性或者表面硬度，因此，进一步的，过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料的原料还包括色料和助剂，助剂选自安息香、流平剂、增光剂和蜡粉中的一种或多种。

可以理解的，在一些实施方式中，在主功能层粉料或者防护层粉料中添加阻燃剂能使涂层具备阻燃效果。在另一些实施方式中，在防护层粉料增加紫外线吸收剂能提高涂层的抗紫外线效果。紫外线吸收剂选自2-（2’-羟基-3’，5’-二叔苯基）-5-氯化苯并三唑和2-（2-羟基-5-苯甲基）苯并三唑中的一种或两种。

需要说明的是，过渡层粉料起衔接电池包外壳表面与主功能层的作用，过渡层粉料用量较少，优选的，过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料的喷涂质量比为（0.8-1.2）：（5-10）:（1-3）。

具体的，本发明的用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料的制备过程如下：

过渡层粉料：按照配方量，将各原料混合后造粒并粉碎；

主功能层粉料：按照配方量，将除负载有防腐组分的多孔纳米材料外的其他组分进行混合、造粒和粉碎，最后加入负载有防腐组分的多孔纳米材料混合均匀；

防护层粉料：按照配方量，将各原料混合后造粒并粉碎。

过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料的粒径分布均为：D50=4-10μm、D80=20-40μm以及D100＜50μm。

相应的，本发明还提供一种电池包外壳的粉末喷涂方法，采用上述的电池包外壳的防腐耐候粉末涂料进行喷涂，该方法包括以下步骤：

（1）对电池包外壳进行前处理；

（2）将电池包外壳在180-190℃预热，将过渡层粉料喷涂于电池包外壳的表面形成过渡层，之后使电池包外壳降温；

（3）将主功能层粉料喷涂于过渡层形成主功能层，并将带有过渡层和主功能层的电池包外壳在160-180℃下烘烤5-10min；

（4）将防护层粉料喷涂于主功能层形成防护层；

（5）将带有过渡层、主功能层和防护层的电池包外壳在180-190℃下烘烤30-50min。

上述方法中，将过渡层粉料喷涂于预热的电池包外壳上，能实现过渡层粉料的初步熔融，形成较为紧密的过渡层表面，使得主功能层粉料不会渗透进入过渡层内，完成主功能层粉料喷涂后的烘烤工序后使主功能层粉料初步熔融形成较为紧密的主功能层表面使得防护层粉料不会渗透进入主功能层内，而且还能使过渡层和主功能层初步结合，在最后的烘烤程序中，基于过渡层粉料的较好熔融流动性，过渡层能进一步与主功能层结合，在较长的烘烤时间这种，各层析之间的固化剂相互迁移，提高各层次之间的结合牢固程度。

其中，步骤（1）中的对电池包外壳进行前处理是指对电池包外壳进行清洁、除油和表面处理。

进一步的，电池包外壳由铝合金或钢材料制成；

步骤（2）-（5）中，以吊具携带所电池包外壳依次经过过渡层粉料喷涂工位、主功能层粉料喷涂工位和防护层粉料喷涂工位；

所述过渡层粉料喷涂工位的上游以及所述主功能层粉料喷涂工位和防护层粉料喷涂工位之间均设有电磁感应加热通道，所述吊具携带所述电池包外壳经过所述电磁感应加热通道时，所述电磁感应加热通道对所述电池包外壳进行加热。

具体的，所述电磁感应加热通道的顶部开设有导向槽，当所述吊具携带所述电池包外壳经过所述电磁感应加热通道时，所述吊具的下部和所述电池包外壳位于所述电磁感应加热通道内，所述吊具的上部与所述导向槽滑动配合。电磁加热通道呈圆柱形，电磁加热通道的内壁安装有电磁加热线圈。在步骤（2）和步骤（3）中电磁感应加热通道能对运动中的电池包外壳进行加热，能在很大程度上提高喷涂效率。

步骤（2）中，对电池包外壳的预热的升温时间为1-5min；步骤（3）中，升温至160-180℃所用时间为1-5min；步骤（5）中，烘烤温度曲线如下：常温升温至105℃，用时15-20min；105℃升温至180-190℃，用时2-5min；在180-190℃下保温30-50min。

以下通过实施例进一步阐述本发明。

实施例组A用于电池包的防腐耐候粉末涂料

本实施例组的用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料以重量份计的配方如下表所示。

其中，各实施例中的助剂均包括安息香、流平剂和蜡粉。

本实施例组的用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料的制备过程如下：

过渡层粉料：按照配方量，将各原料混合后造粒并粉碎；

主功能层粉料：按照配方量，将除负载有防腐组分的多孔纳米材料外的其他组分进行混合、造粒和粉碎，最后加入负载有防腐组分的多孔纳米材料混合均匀；

防护层粉料：按照配方量，将各原料混合后造粒并粉碎。

过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料的粒径分布均为：D50=4-10μm、D80=20-40μm以及D100＜50μm。

实施例组B电池包外壳的粉末喷涂方法

本实施例组的方法包括以下步骤：

（1）对电池包外壳进行前处理；

（2）将池包外壳在1-5min升温至180-190℃，预热1min，将过渡层粉料喷涂于电池包外壳的表面形成过渡层，之后使电池包外壳降温；

（3）将主功能层粉料喷涂于所述过渡层形成主功能层，并将带有过渡层和主功能层的将电池包外壳在1-5min升温至160-180℃，并烘烤5-10min；

（4）将防护层粉料喷涂于所述主功能层形成防护层；

（5）将带有过渡层、主功能层和防护层的电池包外壳在180-190℃下烘烤30-50min，烘烤温度曲线如下：

常温升温至105℃，用时15-20min；

105℃升温至180-190℃，用时2-5min；

在180-190℃下保温30-50min。

电池包外壳由铝合金或钢材料制成。

步骤（2）-（5）中，以吊具携带所电池包外壳依次经过过渡层粉料喷涂工位、主功能层粉料喷涂工位和防护层粉料喷涂工位，吊具设有加热组件和冷却组件；步骤（2）中，吊具的加热组件对电池包外壳进行预热和降温；步骤（3）和（5）中，吊具的加热组件对电池包组件进行烘烤，吊具的冷却组件对烘烤完成后的电池包外壳降温。

具体的，吊具包括相连接的前板和后板，前板的顶部和底部均具有与电池包外壳相适配的限位部，电池包外壳限位于吊具时，电池包外壳的侧壁与前板相贴；加热组件包括电磁加热线圈，电磁加热圈安装于前板的内侧，冷却组件包括冷却管，冷却管安装于后板的内侧。

本实施例组中各实施例的温度和时间参数设定如下表所示。

实施例组C电池包外壳的涂层

本实施例组中电池包外壳的涂层与实施例组A和实施例组B的对应关系如下表所示。

按照GB5237.4-2008对上述得到的各个产品进行测试，测试结果为：涂层的干附着性、湿附着性和沸水附着性均达到0级；压痕硬度均大于90；乙酸盐雾试验1000h后膜层表面没有脱落、凸起以及其他明显变化；耐盐酸性试验后涂层未有明显变化；人工加速老化试验后膜层变色程度△E_ab＜1.8，光泽保持率大于90%，尤其是涂层1、涂层2和涂层3，人工加速老化试验后膜层变色程度△E_ab＜1.1。涂层1-9的水接触角均在100°至105°之间。

对比例组

本对比例组的电池包外壳采用实施例A-1的粉末涂料和实施例组B的喷涂步骤，但喷涂步骤中的参数有所不同，具体如下：

根据上述表格，对比例1-3所得涂层按照GB5237.4-2008进行测试，测试结果如下表所示。

由上述表格可知，当步骤（5）的升温速度较快时会影响涂层的附着力，当步骤（3）的烘烤时间过大时，会影响涂层之间的结合性能，尤其是防护层和主功能层之间的结合程度。

根据本发明实施例的一种用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料和喷涂方法的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料，其特征在于，包括过渡层粉料、主功能层粉料和防护层粉料；以重量份计，所述过渡层粉料、所述主功能层粉料和所述防护层粉料的原料如下：

所述过渡层粉料的原料包括聚酯树脂100份、氟碳树脂10-15份、环氧树脂5-8份、酚醛胺固化剂1-2份和2-甲基咪唑8-12份；

所述主功能层粉料的原料包括聚酯树脂100份、氟碳树脂10-15份、三缩水甘油异氰尿酸酯8-12份、硅微粉20-28份和负载有防腐组分的多孔纳米材料8-12份；

所述防护层粉料的原料包括聚酯树脂100份、氟碳树脂10-15份、羟烷基酰胺5-8份和纳米石墨烯25-30份；

所述多孔纳米材料为介孔二氧化硅材料，所述防腐组分为5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。

2.根据权利要求1所述的用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料，其特征在于，所述过渡层粉料、所述主功能层粉料和所述防护层粉料的原料还包括色料和助剂，所述助剂选自安息香、流平剂、增光剂和蜡粉中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料，其特征在于，所述防护层粉料的原料还包括紫外线吸收剂。

4.根据权利要求1所述的用于电池包外壳的防腐耐候粉末涂料，其特征在于，所述过渡层粉料、所述主功能层粉料和所述防护层粉料的喷涂质量比为（0.8-1.2）：（5-10）:（1-3）。

5.一种电池包外壳的粉末喷涂方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的电池包外壳的防腐耐候粉末涂料进行喷涂，该方法包括以下步骤：

（1）对电池包外壳进行前处理；

（2）将电池包外壳在180-190℃预热，将过渡层粉料喷涂于电池包外壳的表面形成过渡层，之后使电池包外壳降温；

（3）将主功能层粉料喷涂于所述过渡层形成主功能层，并将带有过渡层和主功能层的电池包外壳在160-180℃下烘烤5-10min；

（4）将防护层粉料喷涂于所述主功能层形成防护层；

（5）将带有过渡层、主功能层和防护层的电池包外壳在180-190℃下烘烤30-50min。

6.根据权利要求5所述的电池包外壳的粉末喷涂方法，其特征在于，所述电池包外壳由铝合金或钢材料制成；

所述步骤（2）-（5）中，以吊具携带所述电池包外壳依次经过过渡层粉料喷涂工位、主功能层粉料喷涂工位和防护层粉料喷涂工位；

所述过渡层粉料喷涂工位的上游以及所述主功能层粉料喷涂工位和防护层粉料喷涂工位之间均设有电磁感应加热通道，所述吊具携带所述电池包外壳经过所述电磁感应加热通道时，所述电磁感应加热通道对所述电池包外壳进行加热。

7.根据权利要求6所述的电池包外壳的粉末喷涂方法，其特征在于，所述电磁感应加热通道的顶部开设有导向槽，当所述吊具携带所述电池包外壳经过所述电磁感应加热通道时，所述吊具的下部和所述电池包外壳位于所述电磁感应加热通道内，所述吊具的上部与所述导向槽滑动配合。

8.根据权利要求5所述的电池包外壳的粉末喷涂方法，其特征在于，所述步骤（2）中，对电池包外壳的预热的升温时间为1-5min；

所述步骤（3）中，升温至160-180℃所用时间为1-5min；

所述步骤（5）中，烘烤温度曲线如下：

常温升温至105℃，用时15-20min；

105℃升温至180-190℃，用时2-5min；

在180-190℃下保温30-50min。