一种电池壳体涂料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及涂料，尤其涉及一种电池壳体涂料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车动力电池向高能量密度、高倍率充放电、长寿命服役方向迭代，电芯热失控风险与电解液腐蚀失效问题愈发突出，电池壳体防护涂层面临长效耐化学腐蚀+短时极端耐烧蚀双重挑战。

2、具体来说，动力电池常规服役工况下，商用lipf6基碳酸酯电解液极易在微量水分、充放电微放热条件下水解，持续生成hf强腐蚀性介质。hf具备极强渗透性，会逐步侵蚀电池壳体的防护涂层与铝合金基材界面，引发防护涂层鼓泡、发白、层间脱落、附着力断崖式衰减，最终造成铝合金基材点蚀，大幅缩短电池循环与存储寿命。在热失控极端工况下，电芯瞬间释热、喷射1200℃左右高温火焰与气流，电池壳体内表面防护涂层需短时耐受高温冲击，防止涂防护层烧穿、基材熔融、壳体失效引发热蔓延起火。

3、然而，现有电池壳体防护涂层存在防护性能有限、长期电解液浸泡环境下易发生溶胀及脱落、耐高温烧蚀性差、难以实现薄膜化、轻量化等问题。因此，需要开发一种可实现薄膜化、长效耐电解液浸泡、耐高温烧蚀性能的电池壳体防护涂料与涂层，从而推进高安全、长寿命动力电池的产业化进程。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种电池壳体涂料及其制备方法与应用，用以解决现有电池壳体防护涂层存在防护性能有限、长期电解液浸泡环境下易发生溶胀及脱落、耐高温烧蚀性差、难以实现薄膜化、轻量化等问题中的至少一个。

2、一方面，本发明提供一种电池壳体涂料，按质量百分比计包括：55%～65%热固性聚酰胺酸树脂溶液、12%~18%耐烧蚀陶瓷骨架填料、6%~10%耐hf阻隔片状填料、4%~8%中空陶瓷微珠隔热填料、1%~4%高温增强陶瓷纤维、2%~5%硫酸钡、1%~2%功能助剂，余量为溶剂。

3、进一步地，所述热固性聚酰胺酸树脂溶液为热固性聚酰胺酸树脂的二甲基甲酰胺溶液；

4、和/或，热固性聚酰胺酸树脂溶液中热固性聚酰胺酸的分子量为5×104~1×105。

5、进一步地，所述耐烧蚀陶瓷骨架填料包括α-氧化铝、球形氧化铝、氧化锆、镁铝尖晶石中的两种以上；

6、和/或，所述耐hf阻隔片状填料包括六方氮化硼片状填料、氟金云母片状填料、合成云母片状填料、磷酸锆片状填料中的两种以上。

7、进一步地，耐hf阻隔片状填料包括六方氮化硼片状填料和氟金云母片状填料，六方氮化硼片状填料和氟金云母片状填料的质量比为1:2~1:3。

8、进一步地，所述中空陶瓷微珠隔热填料包括刚玉空心微球；

9、和/或，高温增强陶瓷纤维包括短切氧化铝纤维和/或莫来石纤维。

10、另一方面，本发明还提供一种上述的电池壳体涂料的制备方法，包括以下步骤：

11、s1、将耐烧蚀陶瓷骨架填料、耐hf阻隔片状填料、中空陶瓷微珠隔热填料、高温增强陶瓷纤维、硫酸钡初步干燥；

12、s2、在热固性聚酰胺酸树脂溶液中加入功能助剂与溶剂，搅拌分散；

13、s3、在s2所得溶液中加入s1所得耐烧蚀陶瓷骨架填料、耐hf阻隔片状填料、中空陶瓷微珠隔热填料、硫酸钡，搅拌分散；

14、s4、在s3所得混合体系中加入s1所得高温增强陶瓷纤维，搅拌分散，过滤，得到电池壳体涂料。

15、进一步地，s2中搅拌分散的转速为500-800rpm，时间为10-20min；

16、和/或，s3中搅拌分散的转速为1500-2000rpm，时间为40～60min；

17、和/或，s4中搅拌分散的转速为800-1000rpm，时间为20～30min。

18、另一方面，本发明还提供一种上述的电池壳体涂料或按照上述的电池壳体涂料的制备方法制得的电池壳体涂料在电池壳体涂覆中的应用，包括以下步骤：

19、a1、对电池壳体进行预处理；

20、a2、将电池壳体涂料喷涂于电池壳体内表面；

21、a3、进行阶梯分段升温固化，得到电池壳体涂层。

22、进一步地，a1中对电池壳体进行预处理的过程包括：

23、a11、对电池壳体进行除油、清洗；

24、a12、采用硅烷偶联剂溶液浸泡电池壳体；

25、a13、沥干、100~110℃热风烘烤10~15min。

26、进一步地，a3中阶梯分段升温固化过程包括：

27、a31、于60~100℃，保温1~2h；

28、a32、于140~180℃，保温1~2h；

29、a33、于200~280℃，保温1~2h。

30、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

31、1、本发明的电池壳体涂料通过聚酰胺酸树脂与多元功能填料（耐烧蚀陶瓷骨架填料、耐hf阻隔片状填料、中空陶瓷微珠隔热填料、高温增强陶瓷纤维、硫酸钡）的协同作用，同时实现长效耐电解液性能与1200℃短时耐烧蚀性能的提升。具体来说，聚酰胺酸树脂固化后生成聚酰亚胺pi连续相具有本征耐电解液特性，片状填料构建卡片屋迷宫阻隔网络，强效阻隔hf渗透，抑制界面腐蚀，搭配聚酰胺酸树脂固化后生成的pi树脂的hf配位吸附作用，相比常规无片状阻隔涂层，耐电解液浸泡寿命提升，有利于消除涂层鼓泡、抑制基材腐蚀失效；在高温烧蚀下，高温增强陶瓷纤维桥联高温裂纹、分散热应力，耐烧蚀陶瓷骨架填料约束树脂裂解收缩，结合其他无机填料在高温下原位生成致密陶瓷保护层。

32、2、本发明的电池壳体涂料可用于制备60～90μm的超薄电池壳体涂层，经1200℃火焰持续烧蚀5min无开裂、无脱落、无基材熔化变形，远超现有超薄pi防护涂层性能上限，兼顾电池壳体绝缘、长期服役与热失控极端安全防护双重需求，通过ac1500v/10s工频耐压绝缘测试，漏电流≤0.01ma。

33、3、本发明的电池壳体涂料应用过程中采用硅烷偶联剂对电池壳体进行预处理，构建al—o—si稳定化学键合界面，替代传统打磨粗化机械锚固方式，不损伤电池壳体成型精度；涂层拉开法附着力可达20mpa以上，长期电解液浸泡、后无层间脱落。

34、4、本发明电池壳体涂料的制备工艺简单，适配大规模工业化量产；制备过程中干燥、分散、喷涂、梯度固化均采用行业通用设备，无特殊定制工装；配方参数区间宽泛，生产容错率高、批次稳定性好，可对接动力电池铝合金壳体自动化喷涂生产线，产业化落地可行性强。

35、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中所特别指出的内容中来实现和获得。

1.一种电池壳体涂料，其特征在于，按质量百分比计包括：55%～65%热固性聚酰胺酸树脂溶液、12%~18%耐烧蚀陶瓷骨架填料、6%~10%耐hf阻隔片状填料、4%~8%中空陶瓷微珠隔热填料、1%~4%高温增强陶瓷纤维、2%~5%硫酸钡、1%~2%功能助剂，余量为溶剂。

2.根据权利要求1所述的电池壳体涂料，其特征在于，所述热固性聚酰胺酸树脂溶液为热固性聚酰胺酸树脂的二甲基甲酰胺溶液；

3.根据权利要求1所述的电池壳体涂料，其特征在于，所述耐烧蚀陶瓷骨架填料包括α-氧化铝、球形氧化铝、氧化锆、镁铝尖晶石中的两种以上；

4.根据权利要求3所述的电池壳体涂料，其特征在于，耐hf阻隔片状填料包括六方氮化硼片状填料和氟金云母片状填料，六方氮化硼片状填料和氟金云母片状填料的质量比为1:2~1:3。

5.根据权利要求1所述的电池壳体涂料，其特征在于，所述中空陶瓷微珠隔热填料包括刚玉空心微球；

6.一种权利要求1-5任一项所述的电池壳体涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的电池壳体涂料的制备方法，其特征在于，s2中搅拌分散的转速为500-800rpm，时间为10-20min；

8.一种权利要求1-5任一项所述的电池壳体涂料或按照权利要求6或7所述的电池壳体涂料的制备方法制得的电池壳体涂料在电池壳体涂覆中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，a1中对电池壳体进行预处理的过程包括：

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，a3中阶梯分段升温固化过程包括：