一种具有智能控热功能的壳体涂层及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池领域，具体为一种具有智能控热功能的壳体涂层及其制备方法。

背景技术：

自20世纪90年代锂离子电池商业化以来，作为一种能量密度高、环保的新型二次电池，锂离子电池被广泛应用于便携电子产品中。其作为新型的高能化学电源，目前也被作为动力电池应用于各类纯电动、混合动力汽车中，电动汽车对锂离子电池的性能提出了更高的要求，尤其是使用寿命及安全方面的需要。

锂离子电池的循环寿命及电性能发挥与其工作温度有很大关系，如果电池长期处于高温状态下工作，其循环寿命衰减速率较常温条件会加快，有相关数据显示电池60℃下的循环寿命较常温下的循环寿命衰减3倍；如果电池长期处于低温状态下运作，其容量及其它电性能发挥会受到影响，因为低温条件下锂离子迁移速率会减慢且正负极的活性降低，进行低温放电时，放电容量会较常温下会降低30%甚至更多，在进行低温充电或低温循环时，锂离子很容易在负极表面析出形成锂支晶引发一定的安全隐患。如能保证电池的使用温度维持在一定水平，即可使电池性能稳定发挥并达到延长循环寿命的目的。目前针对锂离子电池的热控制方面，有相关专利报道在裸芯外包覆膜层或内芯添加阻燃材料，但其对电池性能会有一定影响；也有相关专利于模组之间进行热管理，但单体电池本身的热防护无法保障，且热调控效果于模组不同位置相差较大。

技术实现要素：

本发明提供了一种具有智能控热功能的壳体涂层及其制备方法，并将此壳体应用于锂离子电池，实现对单体电池的智能控热，且热调节功能是通过外部的壳体实现不会对电池内芯结构等造成影响，从而避免对电池性能的影响。

本发明提供了一种具有智能控热功能的壳体涂层，其特征在于：包括控热涂层和支撑涂层，该支撑涂层包覆在控热涂层的外层；所述控热涂层包括20%~80%的相转变温度为20~40℃的六水氯化钙或石蜡；所述支撑涂层为聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。

优选地，所述控热涂层还包括1%~10%的粘结剂。

优选地，所述控热涂层的厚度为2~20μm。

本发明还提供了一种具有智能控热功能的壳体涂层的制备方法，具体步骤为：

（1）控热涂层的制备方法：将粘结剂按1%~10%进行称重，在溶剂中进行溶解分散；将控热材料按20%~80%称重后加入到分散好的粘结剂溶液中进行搅拌，混合后涂覆于锂离子电池壳体表面；

（2）支撑涂层的制备方法：将聚合单体按99.9%~95%进行称重，将聚合引发剂及增塑剂按0.1%~5%比例称重后进行溶解，后涂覆于包含有聚合单体的壳体表面，然后控制温度在80℃~170℃，实现聚合反应形成预聚物；将预聚物在已经涂覆控热涂层的壳体表面进行涂覆，然后将壳体置于低温聚合区间0℃~20℃，高温聚合区间80℃~170℃的恒温环境中进行聚合反应，实现铝壳控热层-支撑层的结构分布。

优选地，所述步骤（1）中的控热涂层制备所需溶剂为水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮或碳酸酯类。

优选地，所述步骤（1）中的粘结剂为聚偏氟乙烯。

优选地，所述步骤（1）中的控热材料为六水氯化钙或石蜡。

优选地，所述步骤（2）中的聚合单体为氯乙烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或碳酸酯。

优选地，所述步骤（2）中的聚合引发剂为偶氮二异丁腈。

优选地，所述步骤（2）中的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供的一种具有智能控热功能的壳体涂层及其制备方法，壳体表面进行功能化处理，实现电池智能控热功能，从而保持电池工作温度的相对恒定，实现电池性能的发挥及循环寿命的提升；

（2）本发明通过对壳体表面的功能化涂层处理，实现对锂离子电池的智能控热，本方法避免了于电芯内部进行控热设计对电池性能造成的影响，也克服了传统的于模块间进行散热造成的散热效果不均等问题；

（3）本发明的智能控热涂层结构为：内层控热材料，外层支撑材料，其外层的支撑性基体将内层的控热材料包覆，不会出现控热材料在相变点附近发生相变吸收热量而导致的泄漏问题。

（4）本发明所述的智能控热涂层，控热材料可以根据锂离子电池中所需要的吸热温度及吸热量而进行改变；支撑涂层的聚合单体、引发剂种类及控热涂层的粘结剂种类可以根据所要进行复合的基底性状进行调整，从而实现对不同质地壳体的功能化。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的方形壳体的示意图。

图2是本发明的圆柱形壳体的示意图。

图3是本发明的涂层的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

附图标记：1、3、5-壳体本体；2、4-功能化涂层；6-粘结剂；7-控热涂层；8-支撑涂层。

实施例1

一种具有智能控热功能的壳体涂层，包括方形壳体本体1，所述壳体本体1的表面上设有10μm的功能化涂层2，该功能化涂层2依次为可实现智能控热功能的控热涂层7和具有机械强度的支撑涂层8；所述支撑涂层8将控热涂层7包覆；所述控热涂层为相转变温度为25~30℃间的六水氯化钙；所述支撑涂层材料为聚甲基丙烯酸。

一种具有智能控热功能的壳体涂层的制备方法为：

在100ml烧瓶中，加入50ml的N-甲基吡咯烷酮NMP，然后加入3g的聚偏氟乙烯粉体，经4h的高速分散将粘结剂分散均匀，然后将相变温度为25~30℃间的六水氯化钙按10g称重后加入粘结剂溶液中混合均匀，后将其涂覆于方形锂离子电池的铝壳表面；

另一烧瓶中，称量0.1g克偶氮二异丁腈，30ml水，0.1g邻苯二甲酸二丁酯，使其溶解完全，然后置于80℃水浴锅中进行反应至预聚物形成甘油状；将预聚物在已经进行控热涂层处理的方形壳体表面进行涂覆，然后将壳体置于恒温环境中进行低温10℃及高温130℃聚合，实现铝壳控热层-支撑层的结构分布及智能控热功能。

实施例2

一种具有智能控热功能的壳体涂层，包括方形壳体本体1，所述壳体本体1的表面上设有2μm的功能化涂层2，该功能化涂层2依次为可实现智能控热功能的控热涂层7和具有机械强度的支撑涂层8；所述支撑涂层8将控热涂层7包覆；所述控热涂层材料为相转变温度为20~40℃间的石蜡；所述支撑涂层材料为聚氯乙烯。

一种具有智能控热功能的壳体涂层的制备方法为：

在100ml烧瓶中，加入50ml的乙醇，然后加入5g的聚偏氟乙烯粉体，经4h的高速分散将粘结剂分散均匀，然后将相变温度为20~40℃间的石蜡20g在粘结剂溶液中混合均匀，后将其涂覆于方形锂离子电池的铝壳表面；

另一烧瓶中，称量0.03g克偶氮二异丁腈，30ml氯乙烯，0.03g邻苯二甲酸二丁酯，使其溶解完全，然后置于130℃水浴锅中进行反应至预聚物形成甘油状；将预聚物在已经进行控热涂层处理的方形壳体表面进行涂覆，然后将壳体置于恒温环境中进行低温0℃及高温80℃聚合，实现铝壳控热层-支撑层的结构分布及智能控热功能。

实施例3

一种具有智能控热功能的壳体涂层，包括圆形壳体本体3，所述壳体本体3的表面上设有20μm的功能化涂层4，该功能化涂层4依次为可实现智能控热功能的控热涂层7和具有机械强度的支撑涂层8；所述支撑涂层8将控热涂层7包覆；所述控热涂层材料为相转变温度为20~40℃间的石蜡；所述支撑涂层材料为聚苯乙烯。

一种具有智能控热功能的壳体涂层的制备方法为：

在100ml烧瓶中，加入50ml的N-甲基吡咯烷酮NMP，然后加入1g的聚偏氟乙烯粉体，经4h的高速分散将粘结剂分散均匀，然后将相变温度为20~40℃间的石蜡30g在粘结剂溶液中混合均匀，后将其涂覆于方形锂离子电池的铝壳表面；

另一烧瓶中，称量1.5g克偶氮二异丁腈，30ml苯乙烯，1.5g邻苯二甲酸二丁酯，使其溶解完全，然后置于170℃水浴锅中进行反应至预聚物形成甘油状；将预聚物在已经进行控热涂层处理的方形壳体表面进行涂覆，然后将壳体置于恒温环境中进行低温20℃及高温170℃聚合，实现铝壳控热层-支撑层的结构分布及智能控热功能。

实施例4

一种具有智能控热功能的壳体涂层，包括圆形壳体本体3，所述壳体本体3的表面上设有10μm的功能化涂层4，该功能化涂层4依次为可实现智能控热功能的控热涂层7和具有机械强度的支撑涂层8；所述支撑涂层8将控热涂层7包覆；所述控热涂层材料为相转变温度为25~30℃间的六水氯化钙；所述支撑涂层材料为聚碳酸酯。

一种具有智能控热功能的壳体涂层的制备方法为：

在100ml烧瓶中，加入50ml的碳酸酯，然后加入0.5g的聚偏氟乙烯粉体，经4h的高速分散将粘结剂分散均匀，然后将相变温度为25~30℃间的六水氯化钙40g在粘结剂溶液中混合均匀，后将其涂覆于方形锂离子电池的铝壳表面；

另一烧瓶中，称量0.1g克偶氮二异丁腈，30ml碳酸酯，0.1g邻苯二甲酸二丁酯，使其溶解完全，然后置于80℃水浴锅中进行反应至预聚物形成甘油状；将预聚物在已经进行控热涂层处理的方形壳体表面进行涂覆，然后将壳体置于恒温环境中进行低温10℃及高温130℃聚合，实现铝壳控热层-支撑层的结构分布及智能控热功能。

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。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。