本發(fā)明屬于電池殼體表面改性領域，涉及一種鋁合金電池殼體表面復合絕緣層的制備方法。

背景技術：

鋁合金由于其具有高的比強度、易加工成形、熱傳導性及導電性等優(yōu)良特性，使其成為當今僅次于鋼鐵的第二大類金屬材料，被廣泛應用于廚餐用具、建筑裝潢、“三航”工業(yè)及交通運輸?shù)刃袠I(yè)。尤其是隨著新能源汽車輕量化的要求，為了能進一步降低電池的整體重量，提高電池的重量比能量，滿足空間用高比能量電流的要求，目前已經(jīng)改用鋁基材料(如：3003鋁合金)替換不銹鋼。

然而，為避免電池正極和負極都與電池殼體連接造成短路而導致爆炸，需要對鋁合金電池殼體表面進行絕緣處理。傳統(tǒng)的陽極氧化法所得膜層雖具有一定的絕緣性能，但是該工藝操作復雜，且溶液中含有酸根離子，重金屬離子等對環(huán)境有害的污染物質(zhì)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金電池殼體表面復合絕緣層的制備方法，能在鋁合金電池殼體表面形成復合絕緣層，從而能提高鋁合金殼體表面的絕緣性能。

本發(fā)明所采用的技術方案是，一種鋁合金電池殼體表面復合絕緣層的制備方法，具體按以下步驟實施：

步驟1、采用清洗劑對鋁合金電池殼體表面進行清洗，以去除油污，完成對鋁合金電池殼體表面的預處理；

步驟2、在經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層；

步驟3、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合得到有機硅樹脂噴涂液，利用有機硅樹脂噴涂液對經(jīng)步驟2得到的微弧氧化陶瓷層進行噴涂、固化處理，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層。

本發(fā)明的特點還在于：

步驟1中：清洗劑采用的是質(zhì)量百分比濃度為2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步驟2中：微弧氧化處理參數(shù)如下：

微弧氧化終止電壓500v～650v，處理時間10min～150min，頻率為100hz～1000hz，占空比為5％～30％；

微弧氧化溶液為硅酸鹽和磷酸鹽復合體系，體系中溶質(zhì)總含量為41g/l～62g/l，其中，體系中溶質(zhì)及其含量分別為硅酸鈉10g/l～15g/l、六偏磷酸鈉25g/l～35g/l、氫氧化鈉1g/l～2g/l，碳酸鈉5g/l～10g/l。

步驟3具體按照以下步驟實施：

步驟3.1、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合，配制出濃度為5％～30％的有機硅樹脂噴涂液；

步驟3.2、將步驟2中制備得到的具有微弧氧化陶瓷層的鋁合金電池殼體放入烘箱中進行預熱處理；

步驟3.3、將經(jīng)步驟3.2預熱的鋁合金電池殼體平放在玻璃板上，將經(jīng)步驟3.1配制出的有機硅樹脂噴涂液采用噴槍均勻的噴涂覆蓋在鋁合金電池殼體的微弧氧化陶瓷層上，待亞光的微弧氧化陶瓷層表面出現(xiàn)亮色時，停止噴涂，待有機涂層室溫固化后，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層，即完成復合絕緣層的制備。

步驟3.2中，在預熱處理過程中：溫度為110℃～120℃，時間為10min～20min。

在步驟3.3中：噴涂時，噴槍與鋁合金殼體的距離為200mm～300mm，噴槍與工件平面呈直角，噴槍勻速運行，運行速度為300mm/s～500mm/s，噴槍壓力為0.3mpa～0.5mpa。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明一種鋁合金電池殼體表面復合絕緣層的制備方法，其中應用微弧氧化噴涂復合工藝，所制備出的復合絕緣層具有較高的介電強度(最小值可以達到22kv/mm)；

(2)本發(fā)明一種鋁合金電池殼體表面復合絕緣層的制備方法，能形成鋁合金殼體微弧氧化陶瓷層的多孔結構，該結構有利于與聚甲基苯基有機硅樹脂層之間形成機械咬合，從而使復合膜層具有良好的結合力；

(3)本發(fā)明一種鋁合金電池殼體表面復合絕緣層的制備方法，聚甲基苯基有機硅樹脂對微弧氧化陶瓷層起到封閉陶瓷微孔的作用，并且該樹脂中苯基硅氧鏈節(jié)的引入可提高樹脂本身的耐絕緣性能，能進一步提高復合膜層的絕緣性能；

(4)本發(fā)明一種鋁合金電池殼體表面復合絕緣層的制備方法具有綠色環(huán)保的優(yōu)點，在制備過程中對于設備的要求低，操作簡單，成本也比較低。

附圖說明

圖1是實施例2得到的鋁合金殼體微弧氧化陶瓷層的sem圖；

圖2是實施例2得到的鋁合金殼體復合層的sem圖；

圖3是實施例2得到的鋁合金殼體微弧氧化復合層的sem圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明一種鋁合金電池殼體表面復合絕緣層的制備方法，具體按以下方式實施：

步驟1、采用清洗劑對鋁合金電池殼體表面進行清洗，以去除油污，完成對鋁合金電池殼體表面的預處理；

其中的環(huán)保的中性清洗劑采用的是質(zhì)量百分比濃度為2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步驟2、在經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層，具體按照以下方法實施：

將經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體置于微弧氧化溶液中，將鋁合金電池殼體作為陽極，將不銹鋼板作為陰極，進行微弧氧化處理，在鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層；

微弧氧化處理參數(shù)如下：

微弧氧化終止電壓500v～650v，處理時間10min～150min，頻率為100hz～1000hz，占空比為5％～30％；

微弧氧化溶液為硅酸鹽和磷酸鹽復合體系，體系中溶質(zhì)總含量為41g/l～62g/l，其中，體系中各溶質(zhì)及其含量分別為硅酸鈉10g/l～15g/l、六偏磷酸鈉25g/l～35g/l、氫氧化鈉1g/l～2g/l，碳酸鈉5g/l～10g/l。

步驟3、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合得到有機硅樹脂噴涂液，利用有機硅樹脂噴涂液對經(jīng)步驟2得到的微弧氧化陶瓷層進行噴涂、固化處理，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層。

步驟3.1、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合，配制出濃度為5％～30％的有機硅樹脂噴涂液，其中無水乙醇作為稀釋劑。

步驟3.2、將步驟2中制備得到的具有微弧氧化陶瓷層的鋁合金電池殼體放入烘箱中進行預熱處理，預熱溫度為110℃～120℃，時間為10min～20min。

步驟3.3、將經(jīng)步驟3.2預熱的鋁合金電池殼體平放在清潔的玻璃板上，將經(jīng)步驟3.1配制出的有機硅樹脂噴涂液采用噴槍均勻的噴涂覆蓋在鋁合金電池殼體的微弧氧化陶瓷層上，待亞光的微弧氧化陶瓷層表面出現(xiàn)亮色時，停止噴涂，待有機涂層室溫固化后，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層，即完成復合絕緣層的制備。

在步驟3.3中：噴涂時，噴槍與鋁合金殼體的距離為200mm～300mm，噴槍與工件平面呈直角，噴槍勻速運行，運行速度為300mm/s～500mm/s，噴槍壓力為0.3mpa～0.5mpa。

本發(fā)明一種鋁合金電池殼體表面復合絕緣層的制備方法，在微弧氧化過程中控制相應的參數(shù)，可快速、準確制備出機械性能良好并有利于結合有機硅樹脂涂層的微納尺寸多孔陶瓷層結構；同時，通過調(diào)節(jié)聚甲基苯基有機硅樹脂噴涂液的濃度以及噴涂時的噴槍與工件的距離、噴槍運行速度等均可調(diào)控噴涂層的厚度。陶瓷以及有機硅樹脂均是良好的絕緣體，通過在鋁合金殼體基體上原位生長陶瓷層，并借助陶瓷層的多孔結構以及聚甲基苯基有機硅樹脂優(yōu)異的介電強度，可使得鋁合金殼體表面獲得優(yōu)異的絕緣性能。

實施例1

步驟1、采用清洗劑對鋁合金電池殼體表面進行清洗，以去除油污，完成對鋁合金電池殼體表面的預處理；

其中的環(huán)保的中性清洗劑采用的是質(zhì)量百分比濃度為2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步驟2、在經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層，具體按照以下方法實施：

將經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體置于微弧氧化溶液中，將鋁合金電池殼體作為陽極，將不銹鋼板作為陰極，進行微弧氧化處理，在鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層；

微弧氧化處理參數(shù)如下：

微弧氧化終止電壓620v，處理時間40min，頻率為500hz，占空比為10％；

微弧氧化溶液為硅酸鹽和磷酸鹽復合體系，其中硅酸鈉10g/l，六偏磷酸鈉30g/l，氫氧化鈉1g/l，碳酸鈉8g/l。

步驟3、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合得到有機硅樹脂噴涂液，利用有機硅樹脂噴涂液對經(jīng)步驟2得到的微弧氧化陶瓷層進行噴涂、固化處理，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層。

步驟3.1、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合，配制出濃度為15％的有機硅樹脂噴涂液，其中無水乙醇作為稀釋劑。

步驟3.2、將步驟2中制備得到的具有微弧氧化陶瓷層的鋁合金電池殼體放入烘箱中進行預熱處理，預熱溫度為110℃，時間為15min。

步驟3.3、將經(jīng)步驟3.2預熱的鋁合金電池殼體平放在清潔的玻璃板上，將經(jīng)步驟3.1配制出的有機硅樹脂噴涂液采用噴槍均勻的噴涂覆蓋在鋁合金電池殼體的微弧氧化陶瓷層上，待亞光的微弧氧化陶瓷層表面出現(xiàn)亮色時，停止噴涂，待有機涂層室溫固化后，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層，即完成復合絕緣層的制備。

在步驟3.3中：噴涂時，噴槍與鋁合金殼體的距離為200mm～300mm，噴槍與工件平面呈直角，噴槍勻速運行，運行速度為300mm/s～500mm/s，噴槍壓力為0.3mpa～0.5mpa。

利用渦流測厚儀、表面粗糙儀、耐壓儀等復合膜層的厚度、粗糙度、耐擊穿電壓進行檢測。結果如下：

復合層厚度為33μm～38μm，粗糙度為1.5μm～2.0μm，最小擊穿電壓為1000v。

實施例2

步驟1、采用清洗劑對鋁合金電池殼體表面進行清洗，以去除油污，完成對鋁合金電池殼體表面的預處理；

其中的環(huán)保的中性清洗劑采用的是質(zhì)量百分比濃度為2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步驟2、在經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層，具體按照以下方法實施：

將經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體置于微弧氧化溶液中，將鋁合金電池殼體作為陽極，將不銹鋼板作為陰極，進行微弧氧化處理，在鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層；

微弧氧化處理參數(shù)如下：

微弧氧化終止電壓600v，處理時間20min，頻率為500hz，占空比為12％；

微弧氧化溶液為硅酸鹽和磷酸鹽復合體系，其中硅酸鈉10g/l，六偏磷酸鈉35g/l，氫氧化鈉1g/l，碳酸鈉10g/l。

如圖1所示，其中圖1為利用本發(fā)明的制備方法制備得到的鋁合金殼體微弧氧化陶瓷層的sem圖，從圖中可以看出：經(jīng)過微弧氧化處理后，鋁合金殼體表面被一層“火山峰”狀微弧氧化膜所覆蓋，具有一定的粗糙度，存在大量未被穿透的微米級和納米級的盲孔，該微孔結構有利于與有機硅樹脂形成機械咬合。

步驟3、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合得到有機硅樹脂噴涂液，利用有機硅樹脂噴涂液對經(jīng)步驟2得到的微弧氧化陶瓷層進行噴涂、固化處理，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層。

步驟3.1、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合，配制出濃度為20％的有機硅樹脂噴涂液，其中無水乙醇作為稀釋劑。

步驟3.2、將步驟2中制備得到的具有微弧氧化陶瓷層的鋁合金電池殼體放入烘箱中進行預熱處理，預熱溫度為120℃，時間為10min。

步驟3.3、將經(jīng)步驟3.2預熱的鋁合金電池殼體平放在清潔的玻璃板上，將經(jīng)步驟3.1配制出的有機硅樹脂噴涂液采用噴槍均勻的噴涂覆蓋在鋁合金電池殼體的微弧氧化陶瓷層上，待亞光的微弧氧化陶瓷層表面出現(xiàn)亮色時，停止噴涂，待有機涂層室溫固化后，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層，即完成復合絕緣層的制備。

在步驟3.3中：噴涂時，噴槍與鋁合金殼體的距離為200mm～300mm，噴槍與工件平面呈直角，噴槍勻速運行，運行速度為300mm/s～500mm/s，噴槍壓力為0.3mpa～0.5mpa。

如圖2所示，其中展示的是利用本發(fā)明制備方法制備得到的復合絕緣層表面的sem圖，可以看出：經(jīng)過噴涂后，微弧氧化膜的微孔被有機硅樹脂所覆蓋，有機硅樹脂起到了很好的封閉效果。

圖3為制備得到的復合絕緣層截面的sem圖，可以看出，微弧氧化陶瓷層與鋁基體以化學鍵連接。經(jīng)過噴涂后，有機硅樹脂進入到陶瓷層的微孔中，并與陶瓷層機械咬合，復合膜層與鋁基體具有優(yōu)異的結合強度。

利用渦流測厚儀、表面粗糙儀、耐壓儀等復合膜層的厚度、粗糙度、耐擊穿電壓進行檢測。結果如下：

復合層厚度為18μm～24μm，粗糙度為1.0μm～1.2μm，最小擊穿電壓值為826v。

實施例3

步驟1、采用環(huán)保的中性清洗劑對鋁合金電池殼體表面進行清洗，以去除油污，完成對鋁合金電池殼體表面的預處理；

其中的環(huán)保的中性清洗劑采用的是質(zhì)量百分比濃度為2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步驟2、在經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層，具體按照以下方法實施：

將經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體置于微弧氧化溶液中，將鋁合金電池殼體作為陽極，將不銹鋼板作為陰極，進行微弧氧化處理，在鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層；

微弧氧化處理參數(shù)如下：

微弧氧化終止電壓620v，處理時間30min，頻率為600hz，占空比為15％；

微弧氧化溶液為硅酸鹽和磷酸鹽復合體系，其中硅酸鈉12g/l，六偏磷酸鈉35g/l，氫氧化鈉1g/l，碳酸鈉5g/l。

步驟3、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合得到有機硅樹脂噴涂液，利用有機硅樹脂噴涂液對經(jīng)步驟2得到的微弧氧化陶瓷層進行噴涂、固化處理，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層。

步驟3.1、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合，配制出濃度為25％的有機硅樹脂噴涂液，其中無水乙醇作為稀釋劑。

步驟3.2、將步驟2中制備得到的具有微弧氧化陶瓷層的鋁合金電池殼體放入烘箱中進行預熱處理，預熱溫度為120℃，時間為10min。

步驟3.3、將經(jīng)步驟3.2預熱的鋁合金電池殼體平放在清潔的玻璃板上，將經(jīng)步驟3.1配制出的有機硅樹脂噴涂液采用噴槍均勻的噴涂覆蓋在鋁合金電池殼體的微弧氧化陶瓷層上，待亞光的微弧氧化陶瓷層表面出現(xiàn)亮色時，停止噴涂，待有機涂層室溫固化后，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層，即完成復合絕緣層的制備。

在步驟3.3中：噴涂時，噴槍與鋁合金殼體的距離為200mm～300mm，噴槍與工件平面呈直角，噴槍勻速運行，運行速度為300mm/s～500mm/s，噴槍壓力為0.3mpa～0.5mpa。

利用渦流測厚儀、表面粗糙儀、耐壓儀等復合膜層的厚度、粗糙度、耐擊穿電壓進行檢測。結果如下：

復合層厚度為25μm～32μm，粗糙度為1.3μm～1.6μm，最小擊穿電壓值為987v。

實施例4

步驟1、采用環(huán)保的中性清洗劑對鋁合金電池殼體表面進行清洗，以去除油污，完成對鋁合金電池殼體表面的預處理；

其中的環(huán)保的中性清洗劑采用的是質(zhì)量百分比濃度為2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步驟2、在經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層，具體按照以下方法實施：

將經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體置于微弧氧化溶液中，將鋁合金電池殼體作為陽極，將不銹鋼板作為陰極，進行微弧氧化處理，在鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層；

微弧氧化處理參數(shù)如下：

微弧氧化終止電壓580v，處理時間30min，頻率為400hz，占空比為18％；

微弧氧化溶液為硅酸鹽和磷酸鹽復合體系，其中硅酸鈉15g/l，六偏磷酸鈉35g/l，氫氧化鈉1.5g/l，碳酸鈉10g/l。

步驟3、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合得到有機硅樹脂噴涂液，利用有機硅樹脂噴涂液對經(jīng)步驟2得到的微弧氧化陶瓷層進行噴涂、固化處理，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層。

步驟3.1、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合，配制出濃度為30％的有機硅樹脂噴涂液，其中無水乙醇作為稀釋劑。

步驟3.2、將步驟2中制備得到的具有微弧氧化陶瓷層的鋁合金電池殼體放入烘箱中進行預熱處理，預熱溫度為115℃，時間為12min。

步驟3.3、將經(jīng)步驟3.2預熱的鋁合金電池殼體平放在清潔的玻璃板上，將經(jīng)步驟3.1配制出的有機硅樹脂噴涂液采用噴槍均勻的噴涂覆蓋在鋁合金電池殼體的微弧氧化陶瓷層上，待亞光的微弧氧化陶瓷層表面出現(xiàn)亮色時，停止噴涂，待有機涂層室溫固化后，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層，即完成復合絕緣層的制備。

在步驟3.3中：噴涂時，噴槍與鋁合金殼體的距離為200mm～300mm，噴槍與工件平面呈直角，噴槍勻速運行，運行速度為300mm/s～500mm/s，噴槍壓力為0.3mpa～0.5mpa。

利用渦流測厚儀、表面粗糙儀、耐壓儀對復合膜層的厚度、粗糙度、耐擊穿電壓進行檢測。結果如下：

復合層厚度為28μm～35μm，粗糙度為1.4μm～1.7μm，最小擊穿電壓值為1000v。

實施例5

步驟1、采用環(huán)保的中性清洗劑對鋁合金電池殼體表面進行清洗，以去除油污，完成對鋁合金電池殼體表面的預處理；

其中的環(huán)保的中性清洗劑采用的是質(zhì)量百分比濃度為2.5％～5％的vpci-416水溶液。

步驟2、在經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層，具體按照以下方法實施：

將經(jīng)步驟1預處理后得到的鋁合金電池殼體置于微弧氧化溶液中，將鋁合金電池殼體作為陽極，將不銹鋼板作為陰極，進行微弧氧化處理，在鋁合金電池殼體表面制備出微弧氧化陶瓷層；

微弧氧化處理參數(shù)如下：

微弧氧化終止電壓600v，處理時間50min，頻率為600hz，占空比為20％；

微弧氧化溶液為硅酸鹽和磷酸鹽復合體系，其中硅酸鈉15g/l，六偏磷酸鈉30g/l，氫氧化鈉1g/l，碳酸鈉8g/l。

步驟3、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合得到有機硅樹脂噴涂液，利用有機硅樹脂噴涂液對經(jīng)步驟2得到的微弧氧化陶瓷層進行噴涂、固化處理，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層。

步驟3.1、將聚甲基苯基有機硅樹脂與無水乙醇混合，配制出濃度為5％的有機硅樹脂噴涂液，其中無水乙醇作為稀釋劑。

步驟3.2、將步驟2中制備得到的具有微弧氧化陶瓷層的鋁合金電池殼體放入烘箱中進行預熱處理，預熱溫度為120℃，時間為10min。

步驟3.3、將經(jīng)步驟3.2預熱的鋁合金電池殼體平放在清潔的玻璃板上，將經(jīng)步驟3.1配制出的有機硅樹脂噴涂液采用噴槍均勻的噴涂覆蓋在鋁合金電池殼體的微弧氧化陶瓷層上，待亞光的微弧氧化陶瓷層表面出現(xiàn)亮色時，停止噴涂，待有機涂層室溫固化后，在鋁合金電池殼體上制備出復合絕緣層，即完成復合絕緣層的制備。

在步驟3.3中：噴涂時，噴槍與鋁合金殼體的距離為200mm～300mm，噴槍與工件平面呈直角，噴槍勻速運行，運行速度為300mm/s～500mm/s，噴槍壓力為0.3mpa～0.5mpa。

利用渦流測厚儀、表面粗糙儀、耐壓儀等復合膜層的厚度、粗糙度、耐擊穿電壓進行檢測。結果如下：

復合層厚度為35μm～44μm，粗糙度為1.7μm～2.2μm，最小擊穿電壓值為1000v。