CN115806764B - 一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体公开了一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料及其制备方法，所述绝缘涂料采用阳离子光引发剂引发脂环族环氧树脂进行聚合反应，在常温状态下进行UV固化，具有高效、节能、环保的特点，由于脂环族环氧树脂固化收缩率低，收缩应力小，使其具有附着力好的特点，在高膜厚条件下仍然能够保证涂层对基材的附着力，而且，脂环族环氧树脂本身绝缘性好，该绝缘涂料一次喷涂的漆膜厚度可以达到80微米，大大提升了该绝缘涂料涂层的绝缘性；另外，基于活性单体的特性使得该绝缘涂料中不含挥发性溶剂，不存在环境污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料及其制备方法。
背景技术
由于日益突出的环保问题，人类越来越注重环保，而新能源汽车基于零排放绿色环保的特点，已经逐渐取代了燃油汽车。新能源汽车为了提升其续航性，大多将电芯设计成四方体结构，然后将多个电芯串联，并紧密排列，捆绑成一个电池包，进而能够在提升汽车续航能力的同时，也节省了空间。由于相邻电芯之间的间距小，因此，电芯与电芯之间需要进行绝缘处理，常见的绝缘处理是在电芯外层进行包膜处理，如中国专利CN 113823804 A，但是包膜处理密封性较差，绝缘效果不稳定，导致其安全性差，并且包膜处理的工艺复杂，生产效率低。为了解决包膜处理工艺的密封性等问题，中国专利CN 112322182 A使用喷涂涂层的工艺替代包膜处理工艺，其具体采用单一涂层直接喷涂于电芯表面进行高温固化后以使电芯具有优异的绝缘耐压性能。目前，市场上普遍采用喷涂涂层的工艺对电池包进行绝缘处理，但是该专利技术使用的涂料需要在高温条件下才能固化（150-180℃条件下烘烤30min），能耗高，生产效率低，且高温烘烤存在安全隐患，同时，该涂料含有有机挥发性溶剂，进而还存在环境污染等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料，包括以重量百分比计的以下组分：
脂环族环氧树脂 30-50份
活性单体 20-40份
气相二氧化硅 5-8份
石英粉 10-30份
润湿分散剂 0.2-1份
阳离子光引发剂 3-5份
光敏增感剂 0.1-0.5份。
优选地，所述脂环族环氧树脂为沙多玛的UVICURE140和TR-TCM218中的至少一种。
优选地，所述活性单体为长兴化学的EM3060-T。
优选地，所述阳离子光引发剂为IMG的Omnicat 320。
优选地，所述润湿分散剂为埃夫卡的EFKA-4010。
优选地，所述光敏增感剂为强力新材的TR-PSS-205。
优选地，所述气相二氧化硅为德固赛的A380。
优选地，所述石英粉为矽比科的Silverbond ® 925。
本发明还提供了一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料的制备方法，所述方法用于制备上述所述的用于新能源汽车电池的绝缘涂料，至少包括以下步骤：
S1、将活性单体、阳离子光引发剂、光敏增感剂加入分散釜中，并用800-1200转/分钟的转速分散10-20分钟，直至阳离子光引发剂和光敏增感剂完全溶于活性单体中；
S2、将脂环族环氧树脂、润湿分散剂加入步骤S1中的分散釜内，并用800-1200转/分钟的转速分散10-20分钟，使得润湿分散剂充分分散均匀，然后边搅拌边加入气相二氧化硅和石英粉，并用800-1200转/分钟的转速分散20-30分钟；
S3、将步骤S2中分散好的混合物转入研磨机中进行研磨，直至其细度≤20μm，即可得到用于新能源汽车电池的绝缘涂料。
本发明还提供了一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料的应用，将上述所述的用于新能源汽车电池的绝缘涂料或上述所制备的用于新能源汽车电池的绝缘涂料应用于新能源汽车电池上，其应用具体过程为：采用空气喷涂的方式将所制备的绝缘涂料涂覆在新能源汽车电池的工件外表壳上，并在40-60℃的条件下烘烤3-5分钟，然后转至UV炉中用5000-8000mJ/cm2的能量固化，其中，空气喷涂过程中绝缘涂料的涂层膜厚为60-70微米。
与现有技术比较，本发明所提出的一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料及其制备方法和应用，所述绝缘涂料采用阳离子光引发剂引发脂环族环氧树脂进行聚合反应，在常温状态下进行UV固化，具有高效、节能、环保的特点，由于脂环族环氧树脂固化收缩率低，收缩应力小，使其具有附着力好的特点，在高膜厚条件下仍然能够保证涂层对基材的附着力，而且，脂环族环氧树脂本身绝缘性好，该绝缘涂料一次喷涂的漆膜厚度可以达到80微米，大大提升了该绝缘涂料涂层的绝缘性；另外，基于活性单体的特性使得该绝缘涂料中不含挥发性溶剂，不存在环境污染的问题；通过将阳离子光固化技术与绝缘涂料进行结合，由于阳离子光固化涂料的收缩率比自由基固化涂料的收缩率低，因此，在高膜厚提升绝缘涂料涂层绝缘性的条件下，并保证该涂层对基材的附着力。
附图说明
图1是本发明中一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明所提供的一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料包括以重量百分比计的以下组分：
脂环族环氧树脂 30-50份
活性单体 20-40份
气相二氧化硅 5-8份
石英粉 10-30份
润湿分散剂 0.2-1份
阳离子光引发剂 3-5份
光敏增感剂 0.1-0.5份。
本实施例中，所述脂环族环氧树脂为沙多玛的UVICURE140和TR-TCM218中的至少一种。与自由基固化的UV树脂比较，所述脂环族环氧树脂固化时收缩率低，收缩应力小，且在金属素材上附着力好，进而保证了涂层的附着力；选择沙多玛的UVICURE140和TR-TCM218的混合物作为脂环族环氧树脂能够基于实际情况调整配方。
所述活性单体为长兴化学的EM3060-T。所述活动单体基于粘度低和稀释效果好的特性，可以对绝缘涂料体系粘度进行调整，以便于应用施工；同时，活性单体还可以参与聚合反应，避免了因挥发而造成环境污染的问题；
所述阳离子光引发剂为IMG的Omnicat 320。利用阳离子光引发剂来引发脂环族环氧树脂进行聚合反应，而且，阳离子光引发剂在固化光照停止后仍然可以继续聚合交联以进行后固化，有利于厚涂层的固化；
所述润湿分散剂为埃夫卡的EFKA-4010。该润湿分散剂能够改善脂环族环氧树脂和活性单体对气相二氧化硅、石英粉等粉料的润湿性，进而提升脂环族环氧树脂和活性单体对粉料的分散性，提高了研磨效率，并使得绝缘涂料中的粉料充分研磨均匀，保证涂层膜厚的均匀性，从而保证涂层的绝缘效果；
所述光敏增感剂为强力新材的TR-PSS-205。基于光敏增感剂来提升光引发剂的光吸收效率，进而提升反应速率，保证了涂层的充分固化，从而保证了漆膜的各方面性能；
所述气相二氧化硅为德固赛的A380。基于气相二氧化硅触变性好的特性，能够有效防止施工过程中涂层出现流挂，导致漆膜不均匀，从而降低漆膜的绝缘性的问题；同时，气相二氧化硅本身也具有绝缘性，进一步增加了涂层的绝缘性能；
所述石英粉为矽比科的Silverbond ® 925。基于石英粉绝缘性好的特性，能够进一步提升涂层的绝缘性，同时利用石英粉还可以降低漆膜固化时的体积収缩，进而进一步降低漆膜收缩应力，提升漆膜附着力；在其他实施例中，所述石英粉也可以用陶瓷粉、玻璃粉、氧化铝、二氧化硅等绝缘性填料进行替代。
本实施例中，所述绝缘涂料通过采用阳离子光引发剂固化体系进行固化，只需要在常温状态（40-60℃的条件下烘烤3-5分钟）下即可让涂层流平实现固化，不仅收缩率低，收缩应力小，能耗低，而且一次喷涂的漆膜厚度可以达到80微米，大大提升了涂层的耐电压性能，同时，阳离子光引发剂在固化后仍然能够保证涂层对基材的良好附着力，从而使得该绝缘材料具有极佳的附着力和耐电压性能，另外，基于活性单体的特性使得绝缘涂料中不含挥发性溶剂，因而不存在环境污染的问题。
如图1所示，本发明还提供了一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料制备方法，所述方法用于制备上述所述的用于新能源汽车电池的绝缘涂料，至少包括以下步骤：
S1、将活性单体、阳离子光引发剂、光敏增感剂加入分散釜中，并用800-1200转/分钟的转速分散10-20分钟，直至阳离子光引发剂和光敏增感剂完全溶于活性单体中；
S2、将脂环族环氧树脂、润湿分散剂加入步骤S1中的分散釜内，并用800-1200转/分钟的转速分散10-20分钟，使得润湿分散剂充分分散均匀，然后边搅拌边加入气相二氧化硅和石英粉，并用800-1200转/分钟的转速分散20-30分钟；
S3、将步骤S2中分散好的混合物转入研磨机中进行研磨，直至其细度≤20μm，即可得到用于新能源汽车电池的绝缘涂料。
本实施例中，首先将阳离子光引发剂和光敏增感剂溶解分散在活性单体内，然后加入脂环族环氧树脂和润湿分散剂并充分分散使其均匀，最后利用研磨机将均匀分散的混合物进行研磨直至达到所需细度，即可得到所述绝缘涂料；所制备的绝缘涂料具体技术效果在前面已经详述，此处不再赘述。
本发明还提供了一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料的应用，将上述所述的用于新能源汽车电池的绝缘涂料或上述所制备的用于新能源汽车电池的绝缘涂料应用于新能源汽车电池上，其应用具体过程为：采用空气喷涂的方式将所制备的绝缘涂料涂覆在新能源汽车电池的工件外表壳上，并在40-60℃的条件下烘烤3-5分钟，然后转至UV炉中用5000-8000mJ/cm2的能量固化，其中，空气喷涂过程中绝缘涂料的涂层膜厚为60-70微米。
本实施例中，首先将绝缘涂料涂覆于工件外表壳上，并在40-60℃的红外加热炉（一种喷漆线体的专门IR炉）烘烤3-5分钟后转移至UV炉中进行常温能量固化，即将上述所述的用于新能源汽车电池的绝缘涂料或上述所制备的用于新能源汽车电池的绝缘涂料应用于新能源汽车电池上，仅需常温情况下即可实现绝缘涂料的固化，能耗低；且在应用过程中也不存在挥发性溶剂，避免了环境污染，同时，基于所述绝缘涂料高附着力和高漆膜膜厚的特点，该绝缘涂料在新能源汽车电池上表现出了优异的附着力性能和耐电压性能。
为了进一步理解本发明的工作原理和有效技术效果，下面以三个实施例和三个对比例予以说明。
为了便于表述，下面以三个表来表达实施例和对比例的配比及其产品性能，分别为：表1：对比例1-2和实施例1-3的原料重量百分比配比表；表2：对比例3的原料重量百分比配比表；表3：基于对比例和实施例的配比所制备的绝缘涂料的性能测试结果表。
表1 对比例和实施例的原料重量百分比配比表
| 组成类型 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 脂环族环氧树脂1 | 20 | 20 | 20 | 20 | 28 |
| 脂环族环氧树脂2 | 20 | 20 | 20 | 20 | 28 |
| 活性单体 | 29.3 | 29.3 | 19.3 | 29.3 | 29.3 |
| 阳离子光引发剂 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 光敏增感剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 润湿分散剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 气相二氧化硅 | 6 | 6 | 6 | 6 | 0 |
| 石英粉 | 20 | 20 | 30 | 20 | 10 |
对比例3
用长兴化学的丙烯酸酯树脂6363来替代实施例中的脂环族环氧树脂，丙烯酸酯树脂6363及其各组分的用量如下表：
表2 对比例3的原料重量百分比配比表
| 物料 | 型号 | 添加量 |
| 丙烯酸酯树脂 | 6363（长兴化学） | 40 |
| / | / | / |
| 活性单体 | EM3060-T（长兴化学） | 29.3 |
| 光引发剂 | Omnirad 1173（IMG） | 4 |
| 光敏增感剂 | TR-PSS-205（强力新材） | 0.2 |
| 润湿分散剂 | EFKA-4010（埃夫卡） | 0.5 |
| 气相二氧化硅 | A380（德固赛） | 6 |
| 石英粉 | Silverbond ® 925（矽比科） | 20 |
将上述实施例和对比例所制备的绝缘涂料分别进行性能测试，具体结果如表3。
表3：基于对比例和实施例的配比所制备的绝缘涂料的性能测试结果表
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |
| 附着力 | 100/100 | 100/100 | 100/100 | 100/100 | 100/100 | 0/100 |
| RCA耐磨性 | 800次 | 850次 | 1000次 | 600次 | 700次 | 500次 |
| 硬度 | OK | OK | OK | OK | OK | OK |
| 绝缘性（耐电压） | 22KV | 21KV | 29KV | 10KV | 18KV | 15KV |
| 耐湿热性测试 | OK | OK | OK | OK | OK | NG |
| 耐化学品测试 | OK | OK | OK | OK | OK | OK |
其中，实施例1、实施例2、实施例3、对比例2和对比例3的漆膜厚度均控制在60-70微米，对比例1的漆膜厚度控制在40-50微米，所述性能测试的具体指标包括：
1、附着力：附着力测试按照GB/T 9826中规定的方法进行，100/100即为在涂层上划了10*10个格子，测试后100个格子均未有涂层脱落；
2、RCA耐磨性：RCA纸袋耐磨试验机（Norman Tool RCA Abrader），175g负重，记录漆膜磨破次数。样品及研磨介质测试前要在23±2℃，50±10％相对湿度的环境下放置24h。
3、硬度：铅笔硬度测试仪。日本三菱铅笔、H、750g。
4、绝缘性：按照GB1408.1-2006中规定的方法，使用长春市智能仪器设备有限公司的GJW-50KV电压击穿测试仪进行测试。
5、耐湿热性测试：放置于放置于恒温恒湿箱中，温度85℃、湿度85%，保持1000个小时，不得出现开裂、起泡、变色、掉漆等现象。
6、耐化学品测试:用凡士林涂覆与漆膜表面，然后放置于放置于恒温恒湿箱（温度85℃、湿度85%）中96小时，取出后用抹布擦拭干净，并观察漆膜是否有变色、起泡、变色、掉漆等现象。
基于表1、表2和表3可知，
对比例1与实施例1、实施例2对比可知：降低漆膜厚度，会导致漆膜的耐电压性能大幅度下降，而增加漆膜厚度明显提升了涂层的绝缘性，同时也增加涂层的耐磨性。
对比例2与实施例1、实施例2对比可知：未添加气相二氧化硅导致漆膜流挂，从而导致漆膜膜厚不均匀，绝缘性下降。
对比例3与实施例1、实施例2对比可知：阳离子光引发剂引发脂环族环氧树脂固化体系的绝缘性优于自由基固化体系，并且在铝合金素材上附着力明显优于自由基固化体系。
实施例3与实施例1、实施例2对比可知：添加石英粉可以明显提升涂层的绝缘性，同时提升漆膜的耐磨性。
由此可知，所述绝缘涂料采用阳离子光引发剂引发脂环族环氧树脂进行聚合反应，在常温状态下进行UV固化，具有高效、节能、环保的特点，由于脂环族环氧树脂固化收缩率低，收缩应力小，使其具有附着力好的特点，在高膜厚条件下仍然能够保证涂层对基材的附着力，而且，脂环族环氧树脂本身绝缘性好，该绝缘涂料一次喷涂的漆膜厚度可以达到80微米，大大提升了该绝缘涂料涂层的绝缘性；另外，基于活性单体的特性使得该绝缘涂料中不含挥发性溶剂，不存在环境污染的问题；通过将阳离子光固化技术与绝缘涂料进行结合，由于阳离子光固化涂料的收缩率比自由基固化涂料的收缩率低，因此，在高膜厚提升绝缘涂料涂层绝缘性的条件下，并保证该涂层对基材的附着力。
以上对本发明所提供的一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料的应用，其特征在于，所述绝缘涂料包括以重量份计的以下组分：
脂环族环氧树脂 30-50份
活性单体 20-40份
气相二氧化硅 5-8份
石英粉 10-30份
润湿分散剂 0.2-1份
阳离子光引发剂 3-5份
光敏增感剂 0.1-0.5份；
其中，所述脂环族环氧树脂为沙多玛的UVICURE140和TR-TCM218的组合，组合中UVICURE140和TR-TCM218的质量比为1:1；
所述气相二氧化硅为德固赛的A380；
所述石英粉为矽比科的Silverbond ® 925；
该绝缘涂料应用具体过程为：采用空气喷涂的方式将所制备的绝缘涂料涂覆在新能源汽车电池的工件外表壳上，并在40-60℃的条件下烘烤3-5分钟，然后转至UV炉中用5000-8000mJ/cm2的能量固化，其中，空气喷涂过程中绝缘涂料的涂层膜厚为60-70微米。
2.如权利要求1所述的用于新能源汽车电池的绝缘涂料的应用，其特征在于，所述活性单体为长兴化学的EM3060-T。
3.如权利要求2所述的用于新能源汽车电池的绝缘涂料的应用，其特征在于，所述阳离子光引发剂为IMG的Omnicat 320。
4.如权利要求3所述的用于新能源汽车电池的绝缘涂料的应用，其特征在于，所述润湿分散剂为埃夫卡的EFKA-4010。
5.如权利要求4所述的用于新能源汽车电池的绝缘涂料的应用，其特征在于，所述光敏增感剂为强力新材的TR-PSS-205。
6.一种用于新能源汽车电池的绝缘涂料的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备权利要求1-5任一项所述应用中的绝缘涂料，包括以下步骤：
S1、将活性单体、阳离子光引发剂、光敏增感剂加入分散釜中，并用800-1200转/分钟的转速分散10-20分钟，直至阳离子光引发剂和光敏增感剂完全溶于活性单体中；
S2、将脂环族环氧树脂、润湿分散剂加入步骤S1中的分散釜内，并用800-1200转/分钟的转速分散10-20分钟，使得润湿分散剂充分分散均匀，然后边搅拌边加入气相二氧化硅和石英粉，并用800-1200转/分钟的转速分散20-30分钟；
S3、将步骤S2中分散好的混合物转入研磨机中进行研磨，直至其细度≤20μm，即可以得到用于新能源汽车电池的绝缘涂料。
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