一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法与流程

本发明属于电池壳体表面改性领域，涉及一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法。

背景技术：

铝合金由于其具有高的比强度、易加工成形、热传导性及导电性等优良特性，使其成为当今仅次于钢铁的第二大类金属材料，被广泛应用于厨餐用具、建筑装潢、“三航”工业及交通运输等行业。尤其是随着新能源汽车轻量化的要求，为了能进一步降低电池的整体重量，提高电池的重量比能量，满足空间用高比能量电流的要求，目前已经改用铝基材料(如：3003铝合金)替换不锈钢。

然而，为避免电池正极和负极都与电池壳体连接造成短路而导致爆炸，需要对铝合金电池壳体表面进行绝缘处理。传统的阳极氧化法所得膜层虽具有一定的绝缘性能，但是该工艺操作复杂，且溶液中含有酸根离子，重金属离子等对环境有害的污染物质。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法，能在铝合金电池壳体表面形成复合绝缘层，从而能提高铝合金壳体表面的绝缘性能。

本发明所采用的技术方案是，一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1、采用清洗剂对铝合金电池壳体表面进行清洗，以去除油污，完成对铝合金电池壳体表面的预处理；

步骤2、在经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层；

步骤3、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合得到有机硅树脂喷涂液，利用有机硅树脂喷涂液对经步骤2得到的微弧氧化陶瓷层进行喷涂、固化处理，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层。

本发明的特点还在于：

步骤1中：清洗剂采用的是质量百分比浓度为2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步骤2中：微弧氧化处理参数如下：

微弧氧化终止电压500v～650v，处理时间10min～150min，频率为100hz～1000hz，占空比为5％～30％；

微弧氧化溶液为硅酸盐和磷酸盐复合体系，体系中溶质总含量为41g/l～62g/l，其中，体系中溶质及其含量分别为硅酸钠10g/l～15g/l、六偏磷酸钠25g/l～35g/l、氢氧化钠1g/l～2g/l，碳酸钠5g/l～10g/l。

步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合，配制出浓度为5％～30％的有机硅树脂喷涂液；

步骤3.2、将步骤2中制备得到的具有微弧氧化陶瓷层的铝合金电池壳体放入烘箱中进行预热处理；

步骤3.3、将经步骤3.2预热的铝合金电池壳体平放在玻璃板上，将经步骤3.1配制出的有机硅树脂喷涂液采用喷枪均匀的喷涂覆盖在铝合金电池壳体的微弧氧化陶瓷层上，待亚光的微弧氧化陶瓷层表面出现亮色时，停止喷涂，待有机涂层室温固化后，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层，即完成复合绝缘层的制备。

步骤3.2中，在预热处理过程中：温度为110℃～120℃，时间为10min～20min。

在步骤3.3中：喷涂时，喷枪与铝合金壳体的距离为200mm～300mm，喷枪与工件平面呈直角，喷枪匀速运行，运行速度为300mm/s～500mm/s，喷枪压力为0.3mpa～0.5mpa。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法，其中应用微弧氧化喷涂复合工艺，所制备出的复合绝缘层具有较高的介电强度(最小值可以达到22kv/mm)；

(2)本发明一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法，能形成铝合金壳体微弧氧化陶瓷层的多孔结构，该结构有利于与聚甲基苯基有机硅树脂层之间形成机械咬合，从而使复合膜层具有良好的结合力；

(3)本发明一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法，聚甲基苯基有机硅树脂对微弧氧化陶瓷层起到封闭陶瓷微孔的作用，并且该树脂中苯基硅氧链节的引入可提高树脂本身的耐绝缘性能，能进一步提高复合膜层的绝缘性能；

(4)本发明一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法具有绿色环保的优点，在制备过程中对于设备的要求低，操作简单，成本也比较低。

附图说明

图1是实施例2得到的铝合金壳体微弧氧化陶瓷层的sem图；

图2是实施例2得到的铝合金壳体复合层的sem图；

图3是实施例2得到的铝合金壳体微弧氧化复合层的sem图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法，具体按以下方式实施：

步骤1、采用清洗剂对铝合金电池壳体表面进行清洗，以去除油污，完成对铝合金电池壳体表面的预处理；

其中的环保的中性清洗剂采用的是质量百分比浓度为2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步骤2、在经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层，具体按照以下方法实施：

将经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体置于微弧氧化溶液中，将铝合金电池壳体作为阳极，将不锈钢板作为阴极，进行微弧氧化处理，在铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层；

微弧氧化处理参数如下：

微弧氧化终止电压500v～650v，处理时间10min～150min，频率为100hz～1000hz，占空比为5％～30％；

微弧氧化溶液为硅酸盐和磷酸盐复合体系，体系中溶质总含量为41g/l～62g/l，其中，体系中各溶质及其含量分别为硅酸钠10g/l～15g/l、六偏磷酸钠25g/l～35g/l、氢氧化钠1g/l～2g/l，碳酸钠5g/l～10g/l。

步骤3、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合得到有机硅树脂喷涂液，利用有机硅树脂喷涂液对经步骤2得到的微弧氧化陶瓷层进行喷涂、固化处理，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层。

步骤3.1、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合，配制出浓度为5％～30％的有机硅树脂喷涂液，其中无水乙醇作为稀释剂。

步骤3.2、将步骤2中制备得到的具有微弧氧化陶瓷层的铝合金电池壳体放入烘箱中进行预热处理，预热温度为110℃～120℃，时间为10min～20min。

步骤3.3、将经步骤3.2预热的铝合金电池壳体平放在清洁的玻璃板上，将经步骤3.1配制出的有机硅树脂喷涂液采用喷枪均匀的喷涂覆盖在铝合金电池壳体的微弧氧化陶瓷层上，待亚光的微弧氧化陶瓷层表面出现亮色时，停止喷涂，待有机涂层室温固化后，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层，即完成复合绝缘层的制备。

在步骤3.3中：喷涂时，喷枪与铝合金壳体的距离为200mm～300mm，喷枪与工件平面呈直角，喷枪匀速运行，运行速度为300mm/s～500mm/s，喷枪压力为0.3mpa～0.5mpa。

本发明一种铝合金电池壳体表面复合绝缘层的制备方法，在微弧氧化过程中控制相应的参数，可快速、准确制备出机械性能良好并有利于结合有机硅树脂涂层的微纳尺寸多孔陶瓷层结构；同时，通过调节聚甲基苯基有机硅树脂喷涂液的浓度以及喷涂时的喷枪与工件的距离、喷枪运行速度等均可调控喷涂层的厚度。陶瓷以及有机硅树脂均是良好的绝缘体，通过在铝合金壳体基体上原位生长陶瓷层，并借助陶瓷层的多孔结构以及聚甲基苯基有机硅树脂优异的介电强度，可使得铝合金壳体表面获得优异的绝缘性能。

实施例1

步骤1、采用清洗剂对铝合金电池壳体表面进行清洗，以去除油污，完成对铝合金电池壳体表面的预处理；

其中的环保的中性清洗剂采用的是质量百分比浓度为2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步骤2、在经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层，具体按照以下方法实施：

将经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体置于微弧氧化溶液中，将铝合金电池壳体作为阳极，将不锈钢板作为阴极，进行微弧氧化处理，在铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层；

微弧氧化处理参数如下：

微弧氧化终止电压620v，处理时间40min，频率为500hz，占空比为10％；

微弧氧化溶液为硅酸盐和磷酸盐复合体系，其中硅酸钠10g/l，六偏磷酸钠30g/l，氢氧化钠1g/l，碳酸钠8g/l。

步骤3、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合得到有机硅树脂喷涂液，利用有机硅树脂喷涂液对经步骤2得到的微弧氧化陶瓷层进行喷涂、固化处理，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层。

步骤3.1、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合，配制出浓度为15％的有机硅树脂喷涂液，其中无水乙醇作为稀释剂。

步骤3.2、将步骤2中制备得到的具有微弧氧化陶瓷层的铝合金电池壳体放入烘箱中进行预热处理，预热温度为110℃，时间为15min。

步骤3.3、将经步骤3.2预热的铝合金电池壳体平放在清洁的玻璃板上，将经步骤3.1配制出的有机硅树脂喷涂液采用喷枪均匀的喷涂覆盖在铝合金电池壳体的微弧氧化陶瓷层上，待亚光的微弧氧化陶瓷层表面出现亮色时，停止喷涂，待有机涂层室温固化后，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层，即完成复合绝缘层的制备。

在步骤3.3中：喷涂时，喷枪与铝合金壳体的距离为200mm～300mm，喷枪与工件平面呈直角，喷枪匀速运行，运行速度为300mm/s～500mm/s，喷枪压力为0.3mpa～0.5mpa。

利用涡流测厚仪、表面粗糙仪、耐压仪等复合膜层的厚度、粗糙度、耐击穿电压进行检测。结果如下：

复合层厚度为33μm～38μm，粗糙度为1.5μm～2.0μm，最小击穿电压为1000v。

实施例2

步骤1、采用清洗剂对铝合金电池壳体表面进行清洗，以去除油污，完成对铝合金电池壳体表面的预处理；

其中的环保的中性清洗剂采用的是质量百分比浓度为2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步骤2、在经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层，具体按照以下方法实施：

将经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体置于微弧氧化溶液中，将铝合金电池壳体作为阳极，将不锈钢板作为阴极，进行微弧氧化处理，在铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层；

微弧氧化处理参数如下：

微弧氧化终止电压600v，处理时间20min，频率为500hz，占空比为12％；

微弧氧化溶液为硅酸盐和磷酸盐复合体系，其中硅酸钠10g/l，六偏磷酸钠35g/l，氢氧化钠1g/l，碳酸钠10g/l。

如图1所示，其中图1为利用本发明的制备方法制备得到的铝合金壳体微弧氧化陶瓷层的sem图，从图中可以看出：经过微弧氧化处理后，铝合金壳体表面被一层“火山峰”状微弧氧化膜所覆盖，具有一定的粗糙度，存在大量未被穿透的微米级和纳米级的盲孔，该微孔结构有利于与有机硅树脂形成机械咬合。

步骤3、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合得到有机硅树脂喷涂液，利用有机硅树脂喷涂液对经步骤2得到的微弧氧化陶瓷层进行喷涂、固化处理，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层。

步骤3.1、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合，配制出浓度为20％的有机硅树脂喷涂液，其中无水乙醇作为稀释剂。

步骤3.2、将步骤2中制备得到的具有微弧氧化陶瓷层的铝合金电池壳体放入烘箱中进行预热处理，预热温度为120℃，时间为10min。

步骤3.3、将经步骤3.2预热的铝合金电池壳体平放在清洁的玻璃板上，将经步骤3.1配制出的有机硅树脂喷涂液采用喷枪均匀的喷涂覆盖在铝合金电池壳体的微弧氧化陶瓷层上，待亚光的微弧氧化陶瓷层表面出现亮色时，停止喷涂，待有机涂层室温固化后，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层，即完成复合绝缘层的制备。

在步骤3.3中：喷涂时，喷枪与铝合金壳体的距离为200mm～300mm，喷枪与工件平面呈直角，喷枪匀速运行，运行速度为300mm/s～500mm/s，喷枪压力为0.3mpa～0.5mpa。

如图2所示，其中展示的是利用本发明制备方法制备得到的复合绝缘层表面的sem图，可以看出：经过喷涂后，微弧氧化膜的微孔被有机硅树脂所覆盖，有机硅树脂起到了很好的封闭效果。

图3为制备得到的复合绝缘层截面的sem图，可以看出，微弧氧化陶瓷层与铝基体以化学键连接。经过喷涂后，有机硅树脂进入到陶瓷层的微孔中，并与陶瓷层机械咬合，复合膜层与铝基体具有优异的结合强度。

利用涡流测厚仪、表面粗糙仪、耐压仪等复合膜层的厚度、粗糙度、耐击穿电压进行检测。结果如下：

复合层厚度为18μm～24μm，粗糙度为1.0μm～1.2μm，最小击穿电压值为826v。

实施例3

步骤1、采用环保的中性清洗剂对铝合金电池壳体表面进行清洗，以去除油污，完成对铝合金电池壳体表面的预处理；

其中的环保的中性清洗剂采用的是质量百分比浓度为2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步骤2、在经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层，具体按照以下方法实施：

将经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体置于微弧氧化溶液中，将铝合金电池壳体作为阳极，将不锈钢板作为阴极，进行微弧氧化处理，在铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层；

微弧氧化处理参数如下：

微弧氧化终止电压620v，处理时间30min，频率为600hz，占空比为15％；

微弧氧化溶液为硅酸盐和磷酸盐复合体系，其中硅酸钠12g/l，六偏磷酸钠35g/l，氢氧化钠1g/l，碳酸钠5g/l。

步骤3、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合得到有机硅树脂喷涂液，利用有机硅树脂喷涂液对经步骤2得到的微弧氧化陶瓷层进行喷涂、固化处理，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层。

步骤3.1、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合，配制出浓度为25％的有机硅树脂喷涂液，其中无水乙醇作为稀释剂。

步骤3.2、将步骤2中制备得到的具有微弧氧化陶瓷层的铝合金电池壳体放入烘箱中进行预热处理，预热温度为120℃，时间为10min。

步骤3.3、将经步骤3.2预热的铝合金电池壳体平放在清洁的玻璃板上，将经步骤3.1配制出的有机硅树脂喷涂液采用喷枪均匀的喷涂覆盖在铝合金电池壳体的微弧氧化陶瓷层上，待亚光的微弧氧化陶瓷层表面出现亮色时，停止喷涂，待有机涂层室温固化后，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层，即完成复合绝缘层的制备。

在步骤3.3中：喷涂时，喷枪与铝合金壳体的距离为200mm～300mm，喷枪与工件平面呈直角，喷枪匀速运行，运行速度为300mm/s～500mm/s，喷枪压力为0.3mpa～0.5mpa。

利用涡流测厚仪、表面粗糙仪、耐压仪等复合膜层的厚度、粗糙度、耐击穿电压进行检测。结果如下：

复合层厚度为25μm～32μm，粗糙度为1.3μm～1.6μm，最小击穿电压值为987v。

实施例4

步骤1、采用环保的中性清洗剂对铝合金电池壳体表面进行清洗，以去除油污，完成对铝合金电池壳体表面的预处理；

其中的环保的中性清洗剂采用的是质量百分比浓度为2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步骤2、在经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层，具体按照以下方法实施：

将经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体置于微弧氧化溶液中，将铝合金电池壳体作为阳极，将不锈钢板作为阴极，进行微弧氧化处理，在铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层；

微弧氧化处理参数如下：

微弧氧化终止电压580v，处理时间30min，频率为400hz，占空比为18％；

微弧氧化溶液为硅酸盐和磷酸盐复合体系，其中硅酸钠15g/l，六偏磷酸钠35g/l，氢氧化钠1.5g/l，碳酸钠10g/l。

步骤3、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合得到有机硅树脂喷涂液，利用有机硅树脂喷涂液对经步骤2得到的微弧氧化陶瓷层进行喷涂、固化处理，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层。

步骤3.1、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合，配制出浓度为30％的有机硅树脂喷涂液，其中无水乙醇作为稀释剂。

步骤3.2、将步骤2中制备得到的具有微弧氧化陶瓷层的铝合金电池壳体放入烘箱中进行预热处理，预热温度为115℃，时间为12min。

步骤3.3、将经步骤3.2预热的铝合金电池壳体平放在清洁的玻璃板上，将经步骤3.1配制出的有机硅树脂喷涂液采用喷枪均匀的喷涂覆盖在铝合金电池壳体的微弧氧化陶瓷层上，待亚光的微弧氧化陶瓷层表面出现亮色时，停止喷涂，待有机涂层室温固化后，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层，即完成复合绝缘层的制备。

在步骤3.3中：喷涂时，喷枪与铝合金壳体的距离为200mm～300mm，喷枪与工件平面呈直角，喷枪匀速运行，运行速度为300mm/s～500mm/s，喷枪压力为0.3mpa～0.5mpa。

利用涡流测厚仪、表面粗糙仪、耐压仪对复合膜层的厚度、粗糙度、耐击穿电压进行检测。结果如下：

复合层厚度为28μm～35μm，粗糙度为1.4μm～1.7μm，最小击穿电压值为1000v。

实施例5

步骤1、采用环保的中性清洗剂对铝合金电池壳体表面进行清洗，以去除油污，完成对铝合金电池壳体表面的预处理；

其中的环保的中性清洗剂采用的是质量百分比浓度为2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步骤2、在经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层，具体按照以下方法实施：

将经步骤1预处理后得到的铝合金电池壳体置于微弧氧化溶液中，将铝合金电池壳体作为阳极，将不锈钢板作为阴极，进行微弧氧化处理，在铝合金电池壳体表面制备出微弧氧化陶瓷层；

微弧氧化处理参数如下：

微弧氧化终止电压600v，处理时间50min，频率为600hz，占空比为20％；

微弧氧化溶液为硅酸盐和磷酸盐复合体系，其中硅酸钠15g/l，六偏磷酸钠30g/l，氢氧化钠1g/l，碳酸钠8g/l。

步骤3、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合得到有机硅树脂喷涂液，利用有机硅树脂喷涂液对经步骤2得到的微弧氧化陶瓷层进行喷涂、固化处理，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层。

步骤3.1、将聚甲基苯基有机硅树脂与无水乙醇混合，配制出浓度为5％的有机硅树脂喷涂液，其中无水乙醇作为稀释剂。

步骤3.2、将步骤2中制备得到的具有微弧氧化陶瓷层的铝合金电池壳体放入烘箱中进行预热处理，预热温度为120℃，时间为10min。

步骤3.3、将经步骤3.2预热的铝合金电池壳体平放在清洁的玻璃板上，将经步骤3.1配制出的有机硅树脂喷涂液采用喷枪均匀的喷涂覆盖在铝合金电池壳体的微弧氧化陶瓷层上，待亚光的微弧氧化陶瓷层表面出现亮色时，停止喷涂，待有机涂层室温固化后，在铝合金电池壳体上制备出复合绝缘层，即完成复合绝缘层的制备。

在步骤3.3中：喷涂时，喷枪与铝合金壳体的距离为200mm～300mm，喷枪与工件平面呈直角，喷枪匀速运行，运行速度为300mm/s～500mm/s，喷枪压力为0.3mpa～0.5mpa。

利用涡流测厚仪、表面粗糙仪、耐压仪等复合膜层的厚度、粗糙度、耐击穿电压进行检测。结果如下：

复合层厚度为35μm～44μm，粗糙度为1.7μm～2.2μm，最小击穿电压值为1000v。