CN116078643A - 锂离子电池外壳uv固化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池外壳UV固化方法，应用于锂离子电池的外壳，包括以下步骤：步骤一、准备装配完的锂离子电池，在锂离子电池的外壳上涂UV油漆；步骤二、利用紫外光固化UV油漆，固化过程中的UV油漆处于氧气体积分数低于1％的气体环境中；其中，UV油漆固化过程中温度低于70摄氏度，固化后的UV油漆的厚度不低于50um。上述的方法中，锂离子电池的外壳温度始终处于70摄氏度以下，可以有效保障外壳内的电池包的温度处于可控温度范围内，固化过程中的UV油漆只能与少量的氧分子接触或者不与氧分子接触，减少或者避免UV油漆中的光敏剂分子发生断键产生自由基被氧分子捕捉的问题，自由基得以供UV油漆聚合、交联固化，进而UV油漆能够快速固化干透。

Description

锂离子电池外壳UV固化方法
技术领域
本发明涉及新能源电池制造技术领域，特别涉及一种锂离子电池外壳UV固化方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、低维护的优点，但是锂离子电池也存在安全性差的缺点，为了防止碰撞导致刺穿锂离子电池包，锂离子电池外壳一般采用金属材质，为了提升电气安全性能，一般在锂离子电池外壳上缠绕绝缘薄膜，但是绝缘薄膜在缠绕过程中绝缘薄膜与锂离子电池外壳之间容易存在气泡，绝缘薄膜与绝缘薄膜之间也可能存在气泡，气泡使得绝缘薄膜鼓起，不同锂离子电池壳之间的绝缘薄膜容易相互摩擦，长期使用过程中，摩擦产生的电荷会逐渐积累，最终可能会影响锂离子电池壳之间的电气绝缘性能，出现安全隐患。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种锂离子电池外壳UV固化方法，其可以有效解决无法在锂离子电池外壳固化大厚度UV油漆的技术问题。
根据本发明一方面实施例的锂离子电池外壳UV固化方法，应用于锂离子电池的外壳，，包括以下步骤：
步骤一、准备装配完的锂离子电池，在锂离子电池的外壳上涂UV油漆；
步骤二、利用紫外光固化UV油漆，固化过程中的UV油漆处于氧气体积分数低于1％的气体环境中；
其中，UV油漆固化过程中温度低于70摄氏度，固化后的UV油漆的厚度不低于50um。
根据本发明实施例的锂离子电池外壳UV固化方法，至少具有如下有益效果：上述的方法中，锂离子电池的外壳温度始终处于70摄氏度以下，可以有效保障外壳内的电池包的温度处于可控温度范围内，避免出现安全事故，固化过程中的UV油漆只能与少量的氧分子接触或者不与氧分子接触，减少或者避免UV油漆中的光敏剂分子发生断键产生自由基被氧分子捕捉的问题，大部分或者全部自由基得以供UV油漆聚合、交联固化，此时，UV油漆能够快速固化干透，且充足的自由基可以使得UV油漆固化后形成长链高聚物，长链高聚物的绝缘性能优秀，进而可以有效的提升固化后的UV油漆的绝缘性能。
根据本发明的一些实施例，固化过程中的UV油漆处于氮气的气体环境中。
根据本发明的一些实施例，固化过程中的UV油漆处于二氧化碳的气体环境中。
根据本发明的一些实施例，固化过程中的UV油漆处于惰性气体的气体环境中。
根据本发明的一些实施例，所述紫外光为LED紫外光源发出。
根据本发明的一些实施例，所述紫外光的波长为320nm至400nm。
根据本发明的一些实施例，所述UV油漆在固化过程中温度不超过60摄氏度。
根据本发明的一些实施例，所述固化后的UV油漆的厚度不低于100um。
根据本发明的一些实施例，所述UV油漆包括具有环氧基结构的官能基树脂。
根据本发明的一些实施例，所述官能基树脂的官能基数量不超过三个。
具体实施方式
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
UV油漆一般包括光敏树脂、感光单体、光敏剂、其它辅助成分，光敏剂受紫外光照射产生活性自由基，自由基与光敏树脂、感光单体产生连锁反应形成网状体型结构的膜。现有的UV油漆固化工艺，一般应用于纸张或者薄膜上，固化后的UV油漆的厚度一般不会超过50um，主要原因有两个，第一个原因为UV油漆主要用于保护所覆盖的表面，没有必要做太厚，第二个原因为UV油漆的厚度超过50um以后，其成本及固化难度会大幅度提升。
本发明提供一种锂离子电池外壳UV固化方法，应用于锂离子电池的外壳，包括以下步骤：
步骤一、准备装配完的锂离子电池，在锂离子电池的外壳上涂UV油漆，此时锂离子电池的外壳内装有电池包，不能处于高温环境中；步骤二、利用紫外光固化UV油漆，固化过程中的UV油漆处于氧气体积分数低于1％的气体环境中；其中，UV油漆固化过程中温度低于70摄氏度，固化后的UV油漆的厚度不低于50um。利用大厚度的UV油漆在锂离子电池外壳表面形成一层绝缘层，提升锂离子电池外壳的绝缘性能，使得锂离子电池外壳的击穿电压符合相关规定，可以完全代替传统的绝缘薄膜缠绕锂离子电池外壳的技术方案，且不存在由于气泡导致绝缘薄膜摩擦累积静电的问题。UV油漆传统的固化工艺一般在高温空气中固化，在高温空气中固化时，受紫外光照射，UV油漆中的光敏剂分子发生断键产生自由基，自由基会快速与空气中的氧分子结合，生成带有气味的分子，消耗大量自由基，导致大厚度的UV油漆不能顺利固化，即使可以固化，固化后的UV油漆中缺少长链高聚物，导致其绝缘性能较差，无法满足锂离子电池壳体的绝缘需求；而本发明的的实施例，通过控制氧气数量，减少氧气消耗自由基，使得大部分自由基用于UV油漆聚合、交联固化，极少部分的自由基与氧分子结合，固化后的UV油漆存在大量的长链高聚物，长链高聚物的绝缘性能优秀，进而可以有效的提升固化后的UV油漆的绝缘性能。
在UV油漆的固化过程中，锂离子电池外壳温度不能过高，过高会导致锂离子电池外壳内的电池包出现安全问题，因此锂离子电池外壳上的UV油漆在固化过程中温度不能超过70摄氏度，以保障内部电池包的安全。经过长时间的思考及无数次的实验测试后发现，在低温环境下，UV油漆的固化效率会偏低，当利用紫外光固化UV油漆时，如果UV油漆处于空气中，受紫外光照射，UV油漆中的光敏剂分子发生断键产生自由基，自由基会快速与空气中的氧分子结合，生成带有气味的分子，消耗大量的自由基，导致UV漆无法固化，即使增大UV油漆中光敏剂分子的含量，UV油漆也无法干透；因此，在UV油漆被紫外光照射固化时，需要防止UV油漆与大量的氧分子接触，当气体环境中氧气体积分数低于1％时，大部分自由基用于UV油漆聚合、交联固化，极少部分的自由基与氧分子结合，此时，UV油漆能够快速固化干透，且固化后的UV油漆品质极佳，存在大量的长链高聚物，在固化后的UV油漆表面刮出痕迹后，放入水中煮沸保持12小时，固化的UV油漆也不会出现变性的情况。
本发明的技术方案用于提升锂离子电池外壳的绝缘性能，因此固化后的UV油漆的绝缘性能有一定要求，需要选用绝缘性能好的UV油漆，而UV油漆中的主要成分为光敏树脂，因此在本发明的一些实施例中，UV油漆包括具有环氧基结构的官能基树脂，环氧基即具有—CH(O)CH—结构的官能基，具有环氧基结构的官能基树脂在与自由基、感光单体聚合、交联固化形成的膜具有更好的绝缘性能，与此同时，具有环氧基结构的官能基树脂具有吸光性，其会和光敏剂竞争吸收紫外光，产生竞争性吸光的问题，导致部分紫外光不能被光敏剂吸收而分解，降低光敏剂的分解速度，降低光敏剂分解产生自由基的速度，如果自由基旁边存在大量氧分子，产生的小量自由基会迅速与氧分子结合，导致自由基无法参与到官能基树脂、感光单体的聚合、交联固化反应中，进而导致UV油漆无法固化或者无法干透，只有在氧气体积分数低于1％的气体环境中，上述的UV油漆才能有效固化。
此外，为了能够有效提升锂离子电池外壳的绝缘性能，固化后的UV油漆厚度不低于50um，此厚度的UV油漆容易产生脆性，磕碰容易损坏，为此需要考虑大厚度UV油漆固化后的柔韧性问题，在发明的一些实施例中，官能基树脂的官能基数量为三个，官能基数量越少，聚合、交联固化反应的速度就相对更慢，进而可以降低固化后的UV油漆的脆性，有效提升固化后UV油漆的柔韧性。
需要说明的是，官能基树脂的官能基数量根据UV油漆的厚度进行设置，UV油漆厚度越大，对柔韧性的要求越高，此时官能基树脂的官能基数量需要越低，综合来讲，官能基树脂的官能基数量不超过三个，可以是一个或者两个。
具体而言，在本发明的一些实施例中，固化过程中的UV油漆处于氮气的气体环境中，上述实施例通过氮气隔绝氧气，使得固化过程中的UV油漆无法与氧分子结合，保障UV油漆能够有效干透。氮气成本低廉，对氧气的隔离效果佳。
当然，本领域的技术人员可以理解的是，固化过程中的UV油漆不局限于处于氮气的气体环境中，其还可以处于其它的气体环境中，只需要满足气体环境中氧气体积分数低于1％即可，例如，在本发明的某些实施例中固化过程中的UV油漆处于二氧化碳的气体环境中，上述实施例通过二氧化碳隔绝氧气，使得固化过程中的UV油漆无法与氧分子结合，保障UV油漆能够有效干透。二氧化碳成本低廉，对氧气的隔离效果佳。或者，固化过程中的UV油漆处于惰性气体的气体环境中，惰性气体化学性能稳定，能够更好的对固化过程中的UV油漆进行保护。
具体而言，在本发明的一些实施例中，紫外光为LED紫外光源发出，LED紫外光源的温度较低，使得的经过LED紫外光源照射的UV油漆的温度不会超过70摄氏度，进而能够有效保护锂离子电池外壳内的电池包不处于高温状态。
在本发明的一些实施例中，紫外光的波长为320nm至400nm，为低频紫外线，波长较长，具有很强的穿透力，进而可以穿过UV油漆表层，到达UV油漆的深处，有效固化UV油漆内部，进而使得UV油漆能够干透，非常适用于厚度较大的UV油漆。
为了能够进一步提升锂离子电池外壳UV油漆固化过程的安全性，将UV油漆在固化时温度控制到不超过60摄氏度，可以通过降低LED紫外光源的功率，或者加强LED紫外光源的散热，使得UV油漆在固化过程中温度不超过60摄氏度，进一步保障锂离子电池外壳内的电池包处于低温环境。
在发明的一些实施例中，固化后的UV油漆的厚度不低于100um，UV油漆的厚度与锂离子电池的额定电压相关，锂离子电池的额定电压越高，越容易击穿锂离子电池的外壳，因此对锂离子电池的外壳的绝缘性能要求更高，进而就需要提升UV油漆的厚度，固化后的UV油漆的厚度不低于100um能够满足更高额定电压的锂离子电池的需求，能够提供更多性能冗余，提升系统安全性。
对照试验组一
具有双环氧基结构的官能基树脂的UV油漆，采用功率密度10kw/cm高压汞灯，进行固化测试，UV油漆处于空气中，速度20m/min，环境温度24.5℃。
Figure BDA0004061488890000041
Figure BDA0004061488890000051
对照试验组二
具有双环氧基结构的官能基树脂的UV油漆，采用功率密度7.5kw/cm，波长395nm，LED紫外光源进行固化测试，速度20m/min，UV油漆外于空气中，环境温度24.5℃。
Figure BDA0004061488890000052
本发明实施例一
具有双环氧基结构的官能基树脂的UV油漆；采用功率密度2.5kw/cm，波长395nm，LED紫外光源照射，UV油漆外于氮气中，速度40m/min，环境温度24.5℃。
Figure BDA0004061488890000053
本发明实施例二
具有双环氧基结构的官能基树脂的UV油漆；采用功率密度2.5kw/cm，波长395nm，LED紫外光源照射，UV油漆外于二氧化碳中，速度40m/min，环境温度24.5℃。
Figure BDA0004061488890000061
由上述对照实验组一、对照实验组二、实施例一、实施例二可知，当UV油漆厚度超过50um以后，在空气的气体环境下，UV油的固化质量达不到要求，且锂离子电池的外壳上的温度均超过70摄氏度，可能会导致外壳内的电池包发生爆炸的可能，因此行业里的常识是无法用UV油漆替代绝缘膜。本发明的是实施例一至实施例二可以证明，在氧气体积分数低于1％的气体环境中，可以实现对高厚度的UV油漆固定，且不需要大功率的紫外灯，进而可以使得锂离子电池的外壳上的温度处于70摄氏度以下，进而可以在电池包处于安全温度下，完成高厚度的UV油漆固化，克服了本领域技术人员的偏见。
对照试验组三
具有双环氧基结构的官能基树脂的UV油漆；UV油漆处于空气中；
实施例三
具有双环氧基结构的官能基树脂的UV油漆；UV油漆处于氧气体积分数低于1％的气体环境中；
实施例四
具有双环氧基结构的官能基树脂的UV油漆；UV油漆处于氮气中；
将对照试验组三、实施例三、实施例四的油漆通过紫外光照射固化在同样锂离子电池外壳上，固化后的UV油漆厚度为120um，在不同电压下测试其是否被击穿，结果为：
Figure BDA0004061488890000062
Figure BDA0004061488890000071
由上述对照实验组三、实施例三和实施例四可知，在空气中固化的UV油漆绝缘性能要低于在氧气体积分数低于1％的气体环境中固化的绝缘性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。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方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.锂离子电池外壳UV固化方法，应用于锂离子电池的外壳，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、准备装配完的锂离子电池，在锂离子电池的外壳上涂UV油漆；
步骤二、利用紫外光固化UV油漆，固化过程中的UV油漆处于氧气体积分数低于1％的气体环境中；
其中，UV油漆固化过程中温度低于70摄氏度，固化后的UV油漆的厚度不低于50um。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池外壳UV固化方法，其特征在于，固化过程中的UV油漆处于氮气的气体环境中。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池外壳UV固化方法，其特征在于，固化过程中的UV油漆处于二氧化碳的气体环境中。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池外壳UV固化方法，其特征在于，固化过程中的UV油漆处于惰性气体的气体环境中。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池外壳UV固化方法，其特征在于，所述紫外光为LED紫外光源发出。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池外壳UV固化方法，其特征在于，所述紫外光的波长为320nm至400nm。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池外壳UV固化方法，其特征在于，所述UV油漆在固化过程中温度不超过60摄氏度。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池外壳UV固化方法，其特征在于，所述固化后的UV油漆的厚度不低于100um。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池外壳UV固化方法，其特征在于，所述UV油漆包括具有环氧基结构的官能基树脂。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池外壳UV固化方法，其特征在于，所述官能基树脂的官能基数量不超过三个。
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