CN117484927A - 一种电池壳体复合材料及成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池壳体复合材料及成型方法,属于金属‑复合材料复合及成型技术领域,解决了现有技术中金属‑复合材料之间连接性能不稳定、制造难度高的问题。一种电池壳体复合材料及成型方法,包括以下步骤:S1、制备树脂基复合材料预浸料;S2、将树脂基复合材料预浸料、金属裁剪及切割成对应产品的形状及尺寸;S3、对金属层进行预处理;S4、对材料进行铺覆,在铺覆完成后,形成预制件,放入冷库中等待模压;S5、将预制件放入模具,调试好相关工艺参数后,进行模压;S6、待保温时间达到后,将成型件取出,取下脱模布、四氟布及硅胶片,得到成品。实现了金属层和复合材料层粘接稳定并且可以满足各种性能和应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及金属-复合材料复合及成型技术领域,尤其涉及一种电池壳体复合材料及成型方法。
背景技术
新能源汽车电池包上盖制造过程中,要求材料不仅有防腐防锈性能、绝缘性能同时还要求抗弯曲强度大、耐高温、刚度强。
目前,不同金属之间复合的多层复合材料,如:铝合金+铜合金、高强高韧马氏体时效钢+商用奥氏体不锈钢、铝合金+镁合金等,这些多层金属复合的材料在轻量化上效果不佳,耐腐蚀性能、弯曲及吸能性能较差,且制造多层金属复合结构可能涉及更复杂的工艺,包括焊接、铆接和机械加工等,这可能导致生产成本上升,而且合金材料的成本较高;连续纤维增强树脂基复合材料,可以满足轻量化的要求。为了降低成本,新能源汽车电池包上盖多选用玻璃纤维复合材料,虽然满足轻量化要求,但是,由于其结构上为面积较大的薄板结构,导致变形较大,即抗弯强度不够;多层金属-树脂基复合材料复合的材料是复合材料结构体,由多个金属层和树脂基复合材料层组成,通过层层堆叠并粘合在一起形成的复合结构体,这种材料的设计旨在充分利用金属和树脂基复合材料各自的特性,以获得特定的性能和性质,传统的金属-树脂基复合材料复合的成型工艺存在金属和树脂连接不稳定、工艺流程复杂等问题。
综上所述,需要提供一种设计灵活、工艺简单,可以对不同产品所需结构要求进行针对性设计,同时满足不同性能和应用需求的电池壳体复合材料的成型方法。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明实施例旨在提供一种电池壳体复合材料及成型方法,用以解决现有用于电池壳体的金属-树脂基复合材料之间连接性能不稳定,制造难度高的问题。
一方面,本发明实施例提供了一种电池壳体复合材料及成型方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、制备树脂基复合材料预浸料;
S2、将树脂基复合材料预浸料、金属裁剪及切割成对应产品的形状及尺寸;
S3、对金属层进行预处理,按打磨-喷砂-酸洗-电泳的顺序对金属层进行预处理;
S4、对材料进行铺覆,根据材料层数与顺序设计进行铺覆,铺覆时根据需求贴上四氟布或脱模布,在铺覆完成后,形成预制件,放入模具中等待模压;
S5、将预制件放入模具,调试好相关工艺参数后,进行模压;
S6、待保温时间达到后,将成型件取出,取下脱模布、四氟布及硅胶片,得到成品。
具体地,步骤S1中所述树脂基复合材料预浸料制备方法为将基体树脂、固化剂、偶联剂和增强纤维通过预浸渍过程均匀地混合在一起,形成长布状预浸料。
优选地,所述树脂基复合材料预浸料中基体树脂、固化剂及偶联剂总含量为35%-45%,增强纤维含量为55%-65%;其中固化剂含量占基体树脂、固化剂及偶联剂总含量的20%,偶联剂含量占比为0.5%。
示例性地,所述树脂基复合材料预浸料基体树脂为环氧树脂;增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶中的一种或多种,优选的为连续玻璃纤维以0°/90°方向双轴编织成的方格布。
进一步地,步骤S3中所述金属层依据产品性能需求采用不同金属材质,应用于高强度性能需求时,采用铝合金、钛合金和高强度不锈钢等;应用于轻量化性能需求时,采用镁合金、铝合金等;应用于恶劣环境下,采用不锈钢、铝合金等;应用于散热器或导电性能要求高时,采用铜、铜合金、铝、铝合金等;金属层结构可依据产品结构进行设计调整,以适配于各种产品需求。
需要说明的是,步骤S3中所述金属层预处理过程包括如下步骤:
S301、使用打磨机对金属层进行打磨,去除金属层表面的不均匀性、氧化物、氧化层、污垢和任何其他不洁净物质;
S302、对打磨后的金属层进行喷砂处理,通过喷射磨料颗粒去除更深层次的污垢、氧化物和划痕,增加金属层表面的粗糙度;
S303、喷砂后采用酸洗,将金属层部件浸泡在酸性溶液中,去除金属层由喷砂残留的磨料颗粒、金属表面的氧化物、腐蚀产物和任何其他残留物;
S304、酸洗后进行电泳,使金属表面会产生一层电泳涂层。
进一步地,步骤S4中所述的铺覆顺序及方式,若第一层与最后一层均为复合材料层,即金属层被复合材料层包覆在其中,则需在复合材料层上铺上脱模布;若第一层与最后一层有金属层,则需在金属层外面贴上聚四氟布;铺覆时,在用于电池包上盖与箱体固定连接的安装孔内塞入尺寸合适的圆硅胶片堵住安装孔。
值得注意的是,步骤S4中所述的层数设计,金属层与复合材料层的层数可以根据产品应用与性能要求进行调整,当产品要求轻量化时,增加复合材料的层数;当产品要求高强度时,增加金属层的层数。
另一方面,本发明提供了一种电池壳体复合材料,采用上述多电池壳体复合材料的成型方法制得。
具体地,所述电池壳体复合材料包括金属层和复合材料层,所述金属层采用金属材料,所述复合材料层包括基体树脂、增强纤维以及固化剂和偶联剂。
所述电池壳体复合材料具有优异的防腐防锈性能、绝缘性能、耐高温性能以及优异的力学性能,防腐防锈盐雾测试达到1000小时;在1000℃火烧后,仍达到绝缘效果;抗弯曲性能是目前纯玻纤复合材料的2倍,刚度相对于单一复合材料或钢板都有所提升。
与现有技术相比,本发明至少可实现如下有益效果之一:
1、本发明对金属层的预处理,通过打磨、喷砂方法提高金属层表面粗糙度,以增强金属层表面与复合材料层之间的粘结度;通过酸洗,清洁金属表面的同时在一定程度上微观地改变金属表面的特性,提高附着性;通过电泳使金属层表面产生电泳涂层,形成轻微凹凸不平的粘结层,达到金属层表面防腐防锈效果;电泳后金属层与树脂基复合材料粘结性能通过滚筒剥离实验进行测试,结果表明剥离强度达到400Mpa,满足使用要求;并且将剥离处横截面在SEM下观察后,发现钢板表面残留一层树脂,断开处即剥离空隙出现在接近钢板的玻璃纤维层,而钢板及电泳层和树脂粘接性较好;
金属层完成所有预处理工序后粘接性能通过划格测试,结果表明切割边缘完全平滑,网格内无脱落,满足GB/T9286-2021标准中0级;上述预处理措施确保复合材料能够充分附着在金属层表面。
2、本发明根据需求选择不同类型和排列方式的树脂基复合材料层和金属层,以满足特定的性能和应用需求;根据对强度和轻量化的不同需要确定复合材料层和金属层的层数,设计灵活并且节约成本。
3、本发明提供的成型方法,先将多层的金属与树脂基复合材料预浸料裁剪成产品形状和尺寸大小,再按照需求设计铺叠顺序,并且在铺覆时分别采用脱模布和聚四氟布处理复合材料层和金属层,减少后续表面处理或修整的成本,最终模压出的成品不需进行后期激光切割、返修等处理,大大降低了成型工艺难度,减少了生产成本。
4、本发明提供的电池壳体复合材料叠层结构,通过控制材料及配比,使得该叠层结构具有优异的防腐防锈性能、绝缘性能、耐高温性能以及优异的力学性能,其中防腐防锈盐雾测试达到1000小时;绝缘性能在经过1000℃高温燃烧后导电性仍小于1ma,仍达到绝缘效果;抗弯曲性能是目前纯玻纤复合材料的2倍,抗弯曲强度可达到900Mpa;耐高温可在1000℃以上;刚度相对于单一复合材料或钢板都有所提升。
本发明中,上述各技术方案之间还可以相互组合,以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分优点可从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明提供电池壳体复合材料示意图;
图2为本发明提供一种最外层为金属层的电池壳体复合材料的铺覆工艺结构示意图;
图3为本发明提供一种最外层为复合材料层的电池壳体复合材料的铺覆工艺结构示意图;
图4为本发明提供电池壳体复合材料的成型装置示意图;
附图标记:
1-金属层;2-复合材料层;3-聚四氟布;4-安装孔;5-脱模布;6-下模;7-上模。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理,并非用于限定本发明的范围。
为了提供同时满足良好的防腐防锈性能、绝缘性能、抗弯曲强度大、耐高温、刚度强等复合需求的电池壳体材料,需要一种电池壳体复合材料及成型方法,解决现有技术中用于电池壳体的金属-复合材料之间连接性能不稳定、制造难度高的问题,实现金属层和复合材料层粘接稳定并且可以满足各种性能和应用需求。
本发明的一个具体实施例,公开了一种电池壳体复合材料的成型方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、制备树脂基复合材料预浸料;
S2、将树脂基复合材料预浸料、金属裁剪及切割成对应产品的形状及尺寸;
S3、对金属层进行预处理,按打磨-喷砂-酸洗-电泳的顺序对金属层进行预处理;
S4、对材料进行铺覆,根据材料层数与顺序设计进行铺覆,铺覆时根据需求贴上四氟布或脱模布,在铺覆完成后,形成预制件,放入模具中等待模压;
S5、将预制件放入模具,进行模压、保温;
S6、待步骤S5中所述保温时间达到后,将成型件取出,取下脱模布、四氟布及硅胶片,得到成品。
具体地,步骤S1中所述树脂基复合材料预浸料制备温度为60℃至70℃,持续时间为40分钟及以上;将基体树脂、固化剂、偶联剂和增强纤维通过预浸渍过程均匀地混合在一起,形成长布状预浸料。
以质量百分含量计,所述树脂基复合材料预浸料中,基体树脂、固化剂及偶联剂总含量为35%-45%,增强纤维含量为55%-65%。优选地,基体树脂、固化剂及偶联剂总含量为40%,增强纤维含量为60%;其中,固化剂含量占基体树脂、固化剂及偶联剂总含量的20%,偶联剂含量占比为0.5%。采用该用量并在配制过程使用精密称量设备和准确的计量单位进行成分的配制,确保配比的准确性,有利于树脂基复合材料预浸料与金属层间的粘结性。
树脂均匀地浸渍到玻纤中,避免气泡和杂质的存在,厚度和一致性符合设计要求;通过搅拌,确保混合过程中各组分的均匀分散,使材料的每一部分具有相似的树脂含量和分布,以确保最终固化后的复合材料性能一致。
优选地,选择长布状的预浸渍料能够保证树脂和纤维的均匀分布,使其在模压或成型过程中的树脂含量和性能更为一致,并且易于在生产线上处理,降低了裁剪、堆叠和放置的复杂性,提高了生产效率;可以准确地匹配模具形状,减少不必要的浪费,节约材料;可以更好地适应复杂结构和曲面,有助于提高最终复合材料的性能和质量。
需要说明的是,在成型前,复合材料层以预浸渍料的形式准备,有如下优点:
(1)确保了在复合材料制造过程中树脂分布的均匀性,从而避免了树脂浸渍不均或超量的问题,提高了制造的一致性和材料性能;
(2)预浸渍过程使树脂牢固地固定在增强纤维中,所以预浸渍材料在制备后可以长时间储存,故可以提前准备材料,在需要时使用,避免了树脂固化或流失问题;
(3)预浸渍过程中可以精确控制所需材料的用量,故制备预浸渍材料有助于减少材料浪费、降低成本;
(4)预浸渍材料的制备过程在受控条件下进行,确保了预浸渍材料在不同批次之间的性能一致性;保证不同时间或不同制造批次的预浸渍材料具有相似的物理、化学和力学性能,确保最终产品的性能稳定性。
具体地,主体树脂和增强纤维通过固化剂和偶联剂进行固化、交联、结合在一起,通过固化剂在固化过程使树脂变成坚硬的形态,将增强纤维牢固地固定在树脂基体中,从而形成具有所需力学性能的复合材料;通过偶联剂的偶联作用,改善增强纤维和树脂之间的界面相容性,增强两者之间的粘结强度,偶联剂通过化学键或物理吸附等方式,使增强纤维与树脂更有效地结合,提高复合材料的整体性能;
值得注意的是,此配方下的复合材料具有出色的黏附性能,能够通过复合材料层本身的粘性使金属层和复合材料层更好的结合。
在一种可能的设计中,所述固化剂采用加速胺,促进环氧树脂快速固化,加速环氧树脂与固化剂之间的化学反应速度,从而使固化过程更快地进行,可以缩短生产周期;偶联剂采用三氨基甲基硅烷(简称APS),APS具有活性的氨基(-NH2)和甲氧基(-OCH3)官能团,这些官能团可以吸附在金属表面上,并与金属表面形成键合,形成金属-有机硅键或金属-氧-有机键,有助于提高树脂与金属表面的相互粘结力,通过使用APS作为偶联剂,可以改善树脂与金属表面之间的界面相容性,增加它们之间的粘结强度,APS的官能团能够提供更多的粘结点,增加树脂与金属间的结合面积,有助于提高粘接效果。
示例性地,所述树脂基复合材料预浸料基体树脂为环氧树脂,环氧树脂具有优异的机械性能,具有高强度和高刚度,当环氧树脂与玻璃纤维结合时,能够形成具有优异强度和刚度的复合材料;环氧树脂在固化后,能够形成坚固的化学键和物理键,具有出色的粘接性能,可以有效的与金属粘接。
在一种可能的设计中,所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶中的一种或多种,优选的为连续玻璃纤维以0°/90°方向双轴编织成的方格布。
需要说明的是,所述玻璃纤维方格布具备如下特点:
(1)在制备过程中,玻璃纤维以0°和90°两个主要方向相互交替排列,为复合材料提供了均匀的强度分布,使得复合材料在各个方向上都具备相对均匀的机械性能,有助于满足不同应用的需求;同时,这种结构还增强了材料的韧性,降低了撕裂或分层的风险;
(2)玻璃纤维方格布易于切割和定位,确保制造过程的准确性和可控性;
(3)玻璃纤维方格布中的0°和90°纤维排列还确保了良好的导向性能,适用于需要特定方向性能的应用,例如悬挂装置或支撑结构;
(4)方格布的灵活性和适应性使其适用于制造复杂形状的部件,因为它可以相对容易地适应曲线或异形表面;
(5)玻璃纤维成本较低,采用方格布结构能够以较低的成本提供多向增强性能。
进一步地,步骤S3中所述金属层依据产品性能需求采用不同金属材质,应用于高强度性能需求时,采用铝合金、钛合金和高强度不锈钢等;应用于轻量化性能需求时,采用镁合金、铝合金等;应用于恶劣环境下,采用不锈钢、铝合金等;应用于散热器或导电性能要求高时,采用铜、铜合金、铝、铝合金等;金属层结构可依据产品结构进行设计调整,以适配于各种产品需求。
需要说明的是,步骤S3中所述金属层预处理过程包括如下步骤:
S301、使用打磨机对金属层进行打磨,去除金属层表面的不均匀性、氧化物、氧化层、污垢和任何其他不洁净物质;
S302、对打磨后的金属层进行喷砂处理,通过喷射磨料颗粒去除更深层次的污垢、氧化物和划痕,增加金属层表面的粗糙度;
S303、喷砂后采用酸洗,将金属层部件浸泡在酸性溶液中,去除金属层由喷砂残留的磨料颗粒、金属表面的氧化物、腐蚀产物和任何其他残留物;
S304、酸洗后进行电泳,使金属表面会产生一层电泳涂层。
具体地,如图1-3所示,对金属层1先进行脱脂处理,然后利用打磨机打磨,打磨到磨痕宽度2微米左右,对金属层1进行打磨可以去除金属层1表面的不均匀性、氧化物、氧化层、污垢和任何其他不洁净物质,确保了金属层1表面具有一致的平滑度,并为后续处理步骤提供清洁的工作表面,其中金属层1表面的平滑度对于粘接和涂覆非常重要,因为它可以确保金属层1和复合材料层2之间有良好的物理接触;
打磨后对金属层1进行喷砂处理,根据需要打磨到的磨痕宽度选择磨料颗粒的粒径为0.05mm-0.08mm;优选地,磨料颗粒的粒径为0.07mm。喷砂可以去除更深层次的污垢、氧化物和划痕,同时也可以增加金属层1表面的粗糙度,可以提供更好的附着性,有助于提高金属层1与复合材料层2之间的粘附性;
在一种可能的设计中,通过喷射粒径为0.07mm(G40)的磨料颗粒进行喷砂,喷砂过程中喷枪与钢板的夹角65°、喷枪移动速度0.03m/s、喷砂压力0.7MPa,保证金属层1表面的粗糙度低于6微米;优选地,所述磨料颗粒是硅砂或铝氧化物。
喷砂后采用酸洗,将金属层1部件浸泡在15~20ml/LH3PO4(85%)+10~15g/LNa3PO4的混合酸性溶液中,在常温下酸洗10分钟以上,再利用清水洗净表面酸性溶液,最终达到酸碱性为中性并烘干;以去除金属层1由喷砂残留的磨料颗粒、金属表面的氧化物、腐蚀产物和任何其他残留物,酸洗可以进一步净化金属层1表面,确保其具有良好的清洁度和化学性质,以便与复合材料层2更好地粘合;
在一种可能的设计中,将金属层1部件浸泡在20ml/LH3PO4(85%)+15g/LNa3PO4的混合酸性溶液中,在常温下酸洗10分钟,再利用清水洗净表面酸性溶液,最终达到酸碱性为中性并烘干。
酸洗后进行电泳,具体步骤为:
(1)表面准备:使用碱性清洗剂对钢板表面进行清洗和预处理,以去除油脂、灰尘、锈迹和其他污染物;
(2)电泳涂装槽准备:将钢板悬挂在装有水和涂料的电泳槽中,其中电泳涂料是一种水性涂料,其中包含带电粒子,使其在电场中能够在金属表面形成均匀且附着力强的膜;
(3)电泳涂装:在电泳涂装槽中,通过施加30~50A/m2的直流电流,将带电粒子引导到钢板表面,形成一层均匀的涂层,并确保涂层的均匀性和附着力;
(4)固化:钢板在电泳涂装后,通过烘烤进行固化,以确保涂层能够牢固地附着在金属表面上;
(5)冷却和清洗:对固化后的钢板进行冷却,并进行最终清洗,以去除任何可能残留在表面上的不需要的物质;
具体的,所述电泳涂料为丙烯酸树脂电泳涂料;所述金属层电泳后形成微微凹凸不平的表面特征,形成成分包括丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、颜料、溶剂、中和剂及添加剂的粘结层,粘结层厚度为40~45微米;
在一种可能的设计中,电泳后金属层表面形成厚度为42.8微米的粘结层;
电泳处理可以提供额外的防腐蚀保护,保护金属层1表面免受湿气、化学物质和腐蚀的侵害,同时由于电泳处理的工作原理是电荷驱动颗粒在电场中移动,并沉积在基底上,因此涂层的均匀性较高,不容易出现斑点、滴落或不均匀的情况,所以电泳涂层可以改善金属层1表面的黏附性,使其更容易与复合材料层2结合;
进一步地,电泳后金属层与树脂基复合材料粘结性能通过滚筒剥离实验进行测试,结果表明剥离强度达到400Mpa,满足使用要求;并且将剥离处横截面在SEM下观察后,发现钢板表面残留一层树脂,断开处即剥离空隙出现在接近钢板的玻璃纤维层,而钢板及电泳层和树脂粘接性较好;
金属层完成所有预处理工序后粘接性能通过划格测试,结果表明切割边缘完全平滑,网格内无脱落,满足GB/T9286-2021标准中0级;
综上所述,金属层1的预处理可以有效提高金属层1与复合材料层2之间的结合强度,并降低分离或剥离的风险。
进一步地,步骤S4中所述的铺覆顺序及方式,若第一层与最后一层均为复合材料层,即金属层被复合材料层包覆在其中,则需在复合材料层上铺上脱模布,所述脱模布一面涂聚四氟乙烯,一面涂压敏胶的玻璃布;若第一层与最后一层有金属层,则需在金属层外面贴上聚四氟布;
值得注意的是,铺覆时,无论最外层是金属层1或是复合材料层2,均需在用于电池包上盖与箱体固定连接的安装孔内塞入尺寸合适的圆硅胶片堵住安装孔,确保树脂在模压时,不会溢入孔内而导致需要后期激光开孔;
具体地,当最外层是金属层1时则需在金属层1外表面贴上聚四氟布,聚四氟布的表面非常光滑,这有助于保持金属表面的质量和光洁度,且聚四氟布具有出色的耐高温性,模压时温度较高,聚四氟布不会被破坏且可以有效地避免树脂溢到金属层1上影响金属层表面质量及破坏电泳涂层;当最外层是复合材料层2时,则需铺上脱模布,避免由于粘模导致的产品表面缺陷,且脱模布的纹理、纤维材料以及其本身的表面特性在脱模时对复合材料的表面产生影响,脱模布的表面比较粗糙且带有磨砂质感的纹理,会在复合材料表面留下相似的纹理,减少后续表面处理或修整的成本。
值得注意的是,步骤S4中所述的层数设计,金属层与复合材料层的层数可以根据产品应用与性能要求进行调整,当产品要求轻量化时,增加复合材料的层数;当产品要求高强度时,增加金属层的层数;
在一种可能的设计中,金属与树脂基复合材料的厚度比接近于1:1。
步骤S5中,为了保证树脂熔化并充分浸渍到增强纤维中,获得良好的产品,在成形过程中,选择合适的保温时间使树脂在高温高压模压环境下完全固化并与纤维牢固结合;将预制件放入模具,将模压温度设置为120℃-180℃,保温时间为5-15分钟,模压压力为10-15MPa,进行模压;优选地,将模压温度设置为150℃,保温时间为10分钟,模压压力为12MPa,进行模压。
同时考虑到材料及生产成本,金属与复合材料层数的比例需要平衡。
另一方面,基于上述电池壳体复合材料的成型方法,本发明提供了一种电池壳体复合材料。
具体地,所述电池壳体复合材料包括金属层和复合材料层,所述金属层采用金属材料,所述复合材料层包括基体树脂、增强纤维以及固化剂和偶联剂。
以下结合具体的实施例,进行解释说明本发明的技术方案。
实施例中采用JC1000-2Y型打磨机,维力安VOLCANO X6-2000W型激光切割机,爱科Talon 75X型裁布机进行预处理和加工。
实施例1
本实施例为了同时满足轻量化、高强度及刚度、耐腐蚀、绝缘性能,采用1层金属层在中间,2层复合材料层在外侧对金属层进行包覆;
金属层选取DP590钢材,DP590钢材具有优异的机械性能,具有高强度和刚度,能够提供优良的承载能力,有效保护电池内部组件,并且DP590钢材在一定程度上具有良好的耐腐蚀性,有助于延长电池包结构的使用寿命,可以在成本和性能之间取得平衡;
复合材料层采用环氧树脂+玻璃纤维增强,利用复合材料相对较轻,有助于减轻整体结构的重量,并且复合材料通常具有较好的绝缘性能,能够提供绝缘保护,避免电池包外壳的电气短路或干扰,另外复合材料具有一定的吸能和吸声特性,有助于吸收冲击能量和减少振动传递,保护电池内部组件免受外界振动和冲击;与环境接触的一侧采用复合材料,由于最外层接触环境复杂,可能会受到冲击碰撞及噪音影响,而复合材料具有优秀的抗腐蚀性能以及一定的吸能和吸声性能,相较于金属,不易受到氧化和腐蚀的影响,并且能够有效吸收冲击能量,减轻外部冲击对电池包内部的损害以及减少外界噪音对电池包内部的干扰,有助于延长电池包结构的使用寿命;与电池接触的一侧也是复合材料层,利用复合材料良好的绝缘性能,避免电池漏电对乘客的伤害,提高安全性;
本发明实施例采用如图4所示的成型装置制备金属-复合材料复合的的电池包上盖,具体包括以下步骤:
S1、制备复合材料层,采用环氧树脂+玻璃纤维增强的复合材料:将环氧树脂、固化剂加速胺、偶联剂三氨基甲基硅烷和玻璃纤维混合在一起并进行搅拌,其中环氧树脂、固化剂加速胺、偶联剂三氨基甲基硅烷和玻璃纤维按照质量百分含量计分别为60%和40%,并且保证制备过程中温度维持在60℃至70℃,持续时间为40分钟,最终形成长布状预浸料;
S2、将金属层与复合材料层分别使用激光切割机和裁布机切割及裁剪成对应产品的形状及尺寸;
S301、使用打磨机对金属层进行打磨,首先对金属层1先进行脱脂处理,然后利用打磨机打磨,打磨到磨痕宽度2微米左右;
S302、打磨后通过喷射磨料颗粒对金属层进行喷砂处理,通过喷射0.07mm(G40)的硅砂进行喷砂,喷砂过程中喷枪与钢板的夹角65°、喷枪移动速度0.03m/s、喷砂压力0.7MPa,保证金属层1表面的粗糙度低于6微米;
S303、酸洗,将金属层1部件浸泡在20ml/LH3PO4(85%)+15g/LNa3PO4的混合酸性溶液中,在常温下酸洗10分钟,再利用清水洗净表面酸性溶液,最终达到酸碱性为中性并烘干;
S304、电泳,具体步骤为:使用碱性清洗剂对钢板表面进行清洗和预处理;将钢板悬挂在装有水和涂料的电泳槽中,通过施加电流,将带电粒子引导到钢板表面,形成一层均匀的涂层,并确保涂层的均匀性和附着力;钢板在电泳涂装后,通过烘烤进行固化,以确保涂层能够牢固地附着在金属表面上;对固化后的钢板进行冷却,并进行最终清洗,以去除任何可能残留在表面上的不需要的物质;最终形成厚度为42.8微米的粘结层;
S4、先将钢板一面铺上复合材料层,再铺上脱模布,将之反转过来后铺上另一层复合材料,并将硅胶圆片塞入用于电池包上盖与箱体固定连接的安装孔中,再铺上脱模布;
S5、将S4所得的预制件放于模具上,进行模压,模压温度为150℃,保温时间为10分钟,模压压力为12MPa;
S6、待保温时间达到10分钟后,将成型件取出,取下脱模布及硅胶片,得到成品,成品材料总厚度为1.5mm。
通过测试得出本具体实施例得到的金属-复合材料复合的结构的测试性能如表1所示。
对比例1
对比例1采用DP590钢板和树脂基+玻璃纤维增强的复合材料组成的1+1结构,具体制备步骤如下:
步骤1:制备复合材料层:采用环氧树脂+玻璃纤维增强的复合材料;
步骤2:将金属层与复合材料层分别使用激光切割机和裁布机切割及裁剪成对应产品的形状及尺寸;
步骤3:将钢板与复合材料层直接贴合;
步骤4:将步骤3所得的预制件放于模具上,进行模压,模压温度为150℃,保温时间为10分钟,模压压力为12MPa;
步骤5:待保温时间达到10分钟后,将成型件取出,得到成品,成品材料总厚度为1.5mm。
测试性能如表1所示。
对比例2
对比例2采用上下层为树脂基+玻璃纤维增强的复合材料,中间层为DP590钢板的1+2结构,共三层,具体制备步骤如下:
步骤1:制备复合材料层:采用环氧树脂+玻璃纤维增强的复合材料;
步骤2:将金属层与复合材料层分别使用激光切割机和裁布机切割及裁剪成对应产品的形状及尺寸;
步骤3:先将钢板一面铺上复合材料层,再铺上脱模布,将之反转过来后铺上另一层复合材料,并将硅胶圆片塞入用于电池包上盖与箱体固定连接的安装孔中,再铺上脱模布;
步骤4:将步骤3所得的预制件放于模具上,进行模压,模压温度为150℃,保温时间为10分钟,模压压力为12MPa;
步骤5:待保温时间达到10分钟后,将成型件取出,得到成品,成品材料总厚度为1.5mm。
测试性能如表1所示。
对比例3
与实施例1厚度相同的单一树脂基+玻璃纤维增强的复合材料,厚度为1.5mm,测试性能如表1所示。
对比例4
与实施例1厚度相同的单一DP590钢板,厚度为1.5mm,测试性能如表1所示。
表1不同电池包上盖材料测试性能
通过表1可以看出,实施例1与对比例1、2为厚度相同,均为金属-复合材料复合的结构,并且对比例2与实施例1同为上下层树脂基+玻璃纤维增强的复合材料、中间层DP590钢板的1+2结构,但是对比例1和2没有经过金属层表面预处理,造成其拉伸强度和弯曲强度远低于实施例1,可见金属层表面预处理措施可以使复合材料与金属层表面充分附着;
实施例1及对比例1、2采用金属-复合材料复合的结构与对比例3单一复合材料结构相比,具有明显更佳的弯曲强度、耐火烧及更高的热变形温度;实施例1及对比例1、2采用金属-复合材料复合的结构与对比例4单一DP590钢板相比,具有明显更优异的耐腐蚀性能和耐电压性能。并且,通过对比例1、2之间的性能比较可知,可以根据实际的需求调整金属层和/或复合材料层数量、顺序,以获得更侧重弯曲强度或者耐电压性能的复合结构,以及达到使用需求与经济性的平衡。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉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,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池壳体复合材料成型方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、制备树脂基复合材料预浸料;
S2、将树脂基复合材料预浸料、金属层裁剪及切割成对应产品的形状及尺寸;
S3、按打磨-喷砂-酸洗-电泳的顺序对金属层进行预处理;
S4、对树脂基复合材料预浸料和金属层进行铺覆,铺覆时根据需求贴上四氟布或脱模布,在铺覆完成后,形成预制件,放入模具中等待模压;
S5、将预制件放入模具,进行模压、保温;
S6、保温结束后,取出,取下脱模布或四氟布,得到成品。
2.根据权利要求1所述的电池壳体复合材料的成型方法,其特征在于,步骤S1中所述树脂基复合材料预浸料的制备方法包括:将基体树脂、固化剂、偶联剂和增强纤维通过预浸渍过程均匀地混合在一起,形成长布状预浸料。
3.根据权利要求2所述的电池壳体复合材料的成型方法,其特征在于,以质量百分含量计,所述树脂基复合材料预浸料中,基体树脂、固化剂及偶联剂总含量为35%-45%,增强纤维含量为55%-65%。
4.根据权利要求3所述的电池壳体复合材料的成型方法,其特征在于,其中固化剂含量占基体树脂、固化剂及偶联剂总含量的20%,偶联剂含量占比为0.5%。
5.根据权利要求2所述的电池壳体复合材料的成型方法,其特征在于,所述基体树脂为环氧树脂;增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的电池壳体复合材料的成型方法,其特征在于,所述玻璃纤维为连续玻璃纤维,所述增强纤维为连续玻璃纤维以0°/90°方向双轴编织成方格布。
7.根据权利要求1所述的电池壳体复合材料的成型方法,其特征在于,步骤S3中,所述金属层采用铝合金、钛合金、高强度不锈钢、镁合金、铜、铜合金中的任一种。
8.根据权利要求1所述的电池壳体复合材料的成型方法,其特征在于,步骤S3中,所述对金属层进行预处理的过程包括:
S301、使用打磨机对金属层进行打磨,去除金属层表面的不均匀性、氧化物、氧化层、污垢和任何其他不洁净物质;
S302、对打磨后的金属层进行喷砂处理,通过喷射磨料颗粒去除更深层次的污垢、氧化物和划痕,增加金属层表面的粗糙度;
S303、喷砂后采用酸洗,将金属层部件浸泡在酸性溶液中,去除金属层由喷砂残留的磨料颗粒、金属表面的氧化物、腐蚀产物和任何其他残留物;
S304、酸洗后进行电泳,使金属表面会产生一层电泳涂层。
9.根据权利要求1所述的电池壳体复合材料的成型方法,其特征在于,步骤S4中,进行铺覆时,若第一层与最后一层均为树脂基复合材料层,金属层被树脂基复合材料层包覆在其中,则需在树脂基复合材料层上铺上脱模布;若第一层和/或最后一层为金属层,则需在金属层外面贴上聚四氟布;铺覆时,在用于电池包上盖与箱体固定连接的安装孔内塞入尺寸合适的圆硅胶片堵住安装孔。
10.一种电池壳体复合材料,其特征在于,采用权利要求1-9任一项所述的多层金属-复合材料的成型方法制得。
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CN202311621693.1A CN117484927A (zh) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | 一种电池壳体复合材料及成型方法 |
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