UV喷墨墨水、电池壳体绝缘喷墨涂层的制法及应用的制作方法

本发明涉及光固化涂料，具体的，涉及uv喷墨墨水、电池壳体绝缘喷墨涂层的制法及应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车向800v高压快充、ctp无模组化方向加速升级，动力电池电芯外壳的绝缘防护性能面临更严苛的要求。当前工业界普遍采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）蓝膜包覆电芯金属外壳实现绝缘防护，但该方案存在诸多固有缺陷：蓝膜与金属壳体间粘附力不足，使用中易出现划痕、破损、褶皱与气泡，壳体边角处易形成裸露死角；绝缘耐压能力有限，无法适配高压平台的绝缘可靠性要求；蓝膜自身不具备阻燃性，热失控场景下存在燃烧蔓延的安全隐患；同时包覆工序流程长、生产效率低，涂层厚度固定无法灵活调控，场景适应性差。

2、为替代传统pet蓝膜，uv固化绝缘涂层技术逐渐成为行业研究热点。中国发明专利申请cn119350922a公开了一种uv固化喷墨打印动力电池蓝膜墨水，采用丙烯酸酯类树脂搭配uv光固化单体，通过喷墨打印工艺解决电芯外壳棱角包边的难题。但其基体树脂多为通用丙烯酸酯，缺乏可参与二次交联的活性位点，固化后涂层交联密度不足，绝缘耐压与耐电解液性能难以满足高压快充与ctp结构的长期使用需求。

3、因此，开发一款无需复杂表面预处理、兼具高附着力、高绝缘耐压与耐电解液性能的电池壳体喷墨涂层体系，同时简化生产工序、提升生产节拍，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明第一方面提供了一种uv喷墨墨水，按重量份数计，包括以下组分：丙烯酸改性环氧树脂20~50份，附着力促进剂0.5~5份，活性稀释剂40~70份，光引发剂2~8份，热固化剂1~10份，助剂0.1~3份；所述丙烯酸改性环氧树脂为丙烯酸改性缩水甘油胺型环氧树脂。

2、现有技术中常规 uv 固化绝缘涂层多采用通用丙烯酸酯树脂体系，缺乏可参与二次交联的活性反应位点，且墨水粘度与高精度喷墨工艺的适配性不足，难以在保障涂覆精度的同时构建高致密性的交联网络。丙烯酸改性缩水甘油胺型环氧树脂作为基体树脂，其分子链同时带有可参与 uv 自由基聚合的丙烯酸酯双键与可发生热开环反应的环氧活性基团；在 uv 光固化阶段，丙烯酸酯双键在光引发剂作用下快速聚合形成初步交联网络，实现涂层表干定型；在后续热固化阶段，树脂中的环氧基团与胺类固化剂、硅烷类促进剂等发生反应，进一步形成致密的三维交联结构，有效提升涂层的绝缘耐压与耐电解液阻隔性能；丙烯酸改性缩水甘油胺型环氧树脂的胺类结构还会在电池壳体铝材表面能与铝材有一定极性匹配和配合锚定结合力进一步促进附着力增强，提升综合性能，能够适配于无需复杂表面预处理即可获得高附着力、高绝缘耐压与耐电解液性能的电池壳体喷墨涂层体系，同时简化生产工序、提升生产节拍。

3、所述丙烯酸改性缩水甘油胺型环氧树脂、附着力促进剂和活性稀释剂的重量比为25:（2~4）:（40~50）。通过特定的搭配得到的本发明uv喷墨墨水在电池壳体平面与边角区域均能形成连续一致的涂覆膜层，避免粘度过高引发的喷头堵塞与涂覆不均，或粘度过低导致的流挂与厚度失控，通过搭配协同最终使成型涂层兼具优异的界面附着力、高绝缘耐压性能与耐电解液稳定性。

4、可选的，所述丙烯酸改性缩水甘油胺型环氧树脂选自丙烯酸改性tgddm、丙烯酸改性tgpap、丙烯酸改性tgmap、丙烯酸改性海因环氧树脂中的至少一种，其中海因环氧树脂也是缩水甘油胺型环氧树脂且为脂肪族、含五元含氮杂环。常规的制备方法为缩水甘油胺型环氧树脂与丙烯酸 (aa)，经环氧-羧基开环加成制得，对应地，可以是通过tgddm（四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷）、tgpap（三缩水甘油基对氨基苯酚）和tgmap（三缩水甘油基间氨基苯酚）多官能团环氧树脂、海因环氧树脂与丙烯酸之间的反应产物，在一些实施例中具体可以参考钱建华等人发布在《高分子材料科学与工程》2019年第11期《多官能团端乙烯基酯基-环氧树脂的合成与结构表征》，通过控制n,n,n′,n′-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯甲烷(tgddm)和丙烯酸(aa)的摩尔比(n(aa)/n(tgddm)=2：1，合成多官能团端乙烯基酯基-环氧树脂(mve-ep)，即丙烯酸改性丙烯酸改性缩水甘油胺型环氧树脂（丙烯酸改性tgddm）；对应地，还可以合成丙烯酸改性tgpap、丙烯酸改性tgmap等。在一些实施例中丙烯酸改性海因环氧树脂可以选自宏明化学试剂rhya系列丙烯酸改性海因环氧树脂rhya-500等。

5、可选的，所述丙烯酸改性缩水甘油胺型环氧树脂包括丙烯酸改性tgddm、丙烯酸改性tgpap、丙烯酸改性tgmap中任一种与丙烯酸改性海因环氧树脂搭配且两者重量比为（2~4）:1。

6、所述附着力促进剂包括环氧基硅烷和氨基硅烷。

7、所述环氧基硅烷和氨基硅烷的质量比为1:（0.5~2）。

8、可选的，所述环氧基硅烷和氨基硅烷的质量比为1:（1~2）。

9、可选的，所述环氧基硅烷包括γ-缩水甘油醚丙氧基三甲氧基硅烷（kh-560）、γ-缩水甘油醚丙基三乙氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷（kh-566）、γ-缩水甘油醚丙基甲基二乙氧基硅烷（kh-561）、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。

10、可选的，所述氨基硅烷包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷（kh-550）、γ-氨丙基三甲氧基硅烷（kh-540）、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷（kh-792）、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（kh-602）、n-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

11、所述热固化剂为胺类固化剂。可选的，所述胺类固化剂选自聚醚胺 d-230、异佛尔酮二胺（ipda）、聚醚胺 d-400、4,4'- 二氨基二环己基甲烷（pacm-20）、1,3 - 双 (氨甲基)环己烷（1,3-bac）、间苯二甲胺（mxda）、n-氨乙基哌嗪（n-aep）、三官能度聚醚胺 t-403 中的一种或两种。

12、可选的，所述活性稀释剂包括丙烯酸异冰片酯（iboa）、四氢呋喃丙烯酸酯（thfa）、1,6-己二醇二丙烯酸酯（hdda）、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（tmpta）、丙烯酸羟乙酯（hea）、二丙二醇二丙烯酸酯（dpgda）、三丙二醇二丙烯酸酯（tpgda）、新戊二醇二丙烯酸酯（npgda）、季戊四醇三丙烯酸酯（peta）、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（eo-tmpta）中的至少一种。可选的，活性稀释剂包括丙烯酸异冰片酯、四氢呋喃丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯且三者重量比为1:（1~2）：（2~4）。

13、所述光引发剂包括自由基型光引发剂。可选的，所述自由基型光引发剂包括2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦（tpo）、1-羟基环己基苯基甲酮（184）、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮（1173）、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯（tpo-l）、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮（907）、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮（369）、二苯甲酮（bp）中的两种或两种以上。

14、所述助剂包括流平剂、消泡剂。

15、所述流平剂选自有机硅类或聚丙烯酸酯类流平剂。可选的，所述流平剂包括byk-333、tegoglide410、byk-306、byk-346、tego glide100、tego flow300、efka 3777、道康宁dc-57中的至少一种。

16、所述消泡剂选自有机硅类消泡剂。可选的，所述消泡剂包括byk-501、tegoairex900、byk-055、byk-066n、tego airex920、tego foamex810、efka 2022、德谦6500中的至少一种。

17、本发明第二方面提供了一种电池壳体绝缘喷墨涂层的制备方法，采用所述的uv喷墨墨水，通过喷墨打印在电池金属外壳表面形成绝缘涂层，包括以下步骤：对待打印的电池金属外壳进行清洁预处理并确定打印区域；使用uv墨水在打印区域内进行喷墨打印，打印完成后依次经过uv光固化、热固化处理，形成绝缘喷墨涂层。

18、可选的，包括以下步骤：

19、s1，对待打印的电池金属外壳进行清洁预处理；

20、s2，采用ccd视觉识别系统对电池外壳进行拍照与轮廓提取，确定待打印区域；

21、s3，控制喷墨喷头向待打印区域喷射uv墨水，先经uv光照射完成初固化，再送入烘道进行热固化处理，形成高交联密度的完全固化绝缘涂层。

22、所述uv光固化的波长为365~405nm，uv光固化的辐照能量为500~3000mj/cm2，uv光固化的时间为2~10s。

23、可选的，热固化处理的温度为120~150 ℃、时间为20~30 min。

24、所述电池金属外壳为新能源电池铝壳。

25、所述绝缘涂层的厚度为30~200μm。

26、所述待打印区域包括电池外壳的正面大面、侧面及端盖边缘。

27、第三方面，本发明提供了一种新能源电池，其包括电池本体及形成于电池本体外表面的电池壳体绝缘喷墨涂层，所述电池壳体绝缘喷墨涂层如前述的墨水喷墨打印形成或前述的制备方法制备得到墨水喷墨打印得到的涂层。

28、有益效果：

29、1.采用丙烯酸改性缩水甘油胺型环氧树脂作为基体树脂，配合活性稀释剂、固化剂、附着力促进剂可用于形成电池壳体喷墨涂层，使涂层兼具高附着力、高绝缘耐压与耐电解液性能，得到的uv喷墨墨水可在保证得到的涂层交联密度与绝缘耐压性能的同时，避免涂层脆性增大，兼顾界面附着力与涂层整体韧性。

30、2.采用环氧基硅烷与氨基硅烷复配作为附着力促进剂，可通过环氧基团与树脂体系共价键合、氨基与金属铝壳表面配位键合的双重作用，协同提升涂层在铝壳表面的附着强度。将环氧基硅烷与氨基硅烷的质量比控制在 1:（0.5~2），可使界面键合作用达到最优平衡，既避免氨基硅烷过量导致的涂层绝缘性能下降，又防止环氧基硅烷不足引发的附着力衰减。

31、3.将丙烯酸改性缩水甘油胺型环氧树脂、附着力促进剂与活性稀释剂按 25:（2~4）:（40~50）的重量比复配，可使树脂基体、界面促进与粘度调控三者形成协同效应，同步保障涂层的交联致密性、界面附着力与喷墨工艺适配性，提升综合性能，特别适用于电池壳体绝缘喷墨涂层及其制备方法且适配简化生产工序、提升生产节拍等降本需求。