涂层、壳体、电池单体、储能装置和用电装置的制作方法

1.本发明属于电池领域，具体而言，涉及涂层、壳体、电池单体、储能装置和用电装置。


背景技术：

2.随着消费类电子以及电动汽车的迅猛发展，人们对于电池的要求也越来越严格，期望电池具有安全性、可靠性、稳定性等性能。电池从其壳体材质区分可以包括硬壳电池和软包电池，其中，硬壳电池在诸多场景中应用广泛，占据较大的市场份额，硬壳电池通常采用金属壳体，如铝壳等，而金属壳体的熔点较低，当电池发生热失控时，内部温度迅速升高，容易导致壳体发生熔穿，使电池内部物质与外界空气接触，可能引发电池起火甚至爆炸等安全问题。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于涂层、壳体、电池单体、储能装置和用电装置。该涂层不仅具有较好的耐热、导热性能，同时与基材具有较高的结合强度，能够避免或降低设有该涂层的基材发生熔穿的风险，提高基材的高温稳定性，而且加工工艺简单、成本较低。
4.在本发明的第一方面，本发明提出了一种涂层。根据本发明的实施例，该涂层包括：5质量份～40质量份的导热材料；45质量份～90质量份的陶瓷材料；5质量份～15质量份的粘结剂。
5.根据本发明上述实施例的涂层，加入导热材料有利于提高涂层的散热效果，能够有效降低热量在基材(如电池壳体)内部聚集的程度，避免或降低发生温度失控的风险；加入陶瓷材料有利于提高涂层的耐热、耐熔的效果，可有效避免或降低由于基材(如电池壳体)内部温度过高而导致基材熔穿的风险；加入粘结剂不仅可以使得涂层与基材之间具有较好的附着力，提高涂层与基材的结合强度，避免或降低涂层发生脱落的风险，还有利于提高涂层表面的平整性。本发明通过综合控制涂层中导热材料、陶瓷材料和粘结剂的用量在所给范围内，不仅可以使涂层具有较好的耐热、导热性能，同时与基材(如金属等)具有较高的结合强度，还能够避免或降低设有该涂层的基材发生熔穿的风险，有利于提高基材的耐高温稳定性，当将其设于电池壳体等基材的表面时，不仅加工工艺简单，成本较低，而且还有利于提高电池的安全性和长期使用稳定性。
6.另外，根据本发明上述实施例的涂层还可以具有如下附加的技术特征：
7.在本发明的一些实施例中，涂层包括：20质量份～35质量份的所述导热材料；50质量份～70质量份的所述陶瓷材料；8质量份～12质量份的所述粘结剂。
8.在本发明的一些实施例中，所述涂层的孔隙率不大于20％。
9.在本发明的一些实施例中，所述涂层的厚度不大于12μm。
10.在本发明的一些实施例中，所述涂层采用涂布液形成，所述导热材料、所述陶瓷材
料和所述粘结剂在所述涂布液中的质量百分比之和为20wt％～60wt％。
11.在本发明的一些实施例中，所述涂层的厚度为1μm～12μm。
12.在本发明的一些实施例中，所述导热材料的导热系数不低于240w/(m
·
k)。
13.在本发明的一些实施例中，所述导热材料包括aln、beo、si3n4、sic中的至少之一。
14.在本发明的一些实施例中，所述陶瓷材料包括三氧化二铝、勃姆石、氧化锆、氧化钛中的至少之一。
15.在本发明的一些实施例中，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯中的至少之一。
16.在本发明的一些实施例中，所述粘结剂的分子量为2
×
105～2
×
106。
17.在本发明的一些实施例中，所述陶瓷材料的粒径为10nm～100nm。
18.在本发明的一些实施例中，所述导热材料的粒径为1nm～50nm。
19.基于同样的发明构思，在本发明的第二方面，本发明提出了一种壳体。根据本发明的实施例，该壳体内表面和外表面中的至少之一的至少部分区域设有涂层，所述涂层包括：5质量份～40质量份的导热材料；45质量份～90质量份的陶瓷材料；5质量份～15质量份的粘结剂。
20.本发明上述实施例的壳体至少具有以下有益效果：通过在壳体内表面和外表面中的至少之一的至少部分区域设有上述组成的涂层，一方面，有利于提高壳体表面的散热效果，能够有效减少壳体内部的热量聚集，避免或降低发生热失控的风险；再一方面，有利于提高壳体的耐热耐熔性，有效避免或降低因壳体内部温度过高而引起壳体熔穿的风险；此外，当壳体作为电池壳体时，还有利于提高壳体表面的绝缘性能，降低电池内部发生短路的风险。综上，该壳体不仅工艺简单，加工成本较低，而且能够避免或降低因温度过高而发生熔穿的风险，可用于电池中并提高电池的安全性和长期使用的稳定性。
21.在本发明的一些实施例中，所述壳体包括底壁和侧壁，所述底壁和所述侧壁限定出有容纳区，所述底壁和所述侧壁中的至少之一的至少部分内表面设有所述涂层。
22.在本发明的一些实施例中，所述涂层为本发明第一方面的涂层。
23.在本发明的一些实施例中，位于所述底壁上的所述涂层分布在所述底壁的整个内表面上，或者仅分布在所述底壁周向边缘区域的内表面上。
24.在本发明的一些实施例中，位于所述侧壁上的所述涂层分布在所述侧壁的整个内表面上，或者仅分布在所述侧壁靠近所述底壁一侧的内表面上。
25.在本发明的一些实施例中，位于所述底壁内表面上的所述涂层在所述底壁上的正投影为环形结构，所述环形结构的外缘与所述底壁的外缘重合、内缘为规则或不规则的封闭图形，所述内缘与外缘之间的间距不小于所述侧壁厚度的3倍。
26.在本发明的一些实施例中，位于所述侧壁内表面上的所述涂层由所述侧壁的底部向所述侧壁的高度方向延伸，且延伸高度不小于所述侧壁高度的1/10。
27.在本发明的一些实施例中，所述环形结构的内缘与外缘之间的间距不大于所述底壁外缘到所述底壁中心的水平距离的1/2。
28.在本发明的一些实施例中，位于所述侧壁内表面上的所述涂层的延伸高度不大于所述侧壁高度的4/5。
29.在本发明的一些实施例中，所述涂层的厚度h为：h＝n/h1，其中，h1为设有涂层的壳
体的壁厚，h和h1的单位均为μm，n的取值范围为1500～7500。
30.在本发明的一些实施例中，所述壳体壁厚小于600μm，所述涂层的厚度为6μm～12μm。
31.在本发明的一些实施例中，所述壳体壁厚为600μm～800μm，所述涂层的厚度为3μm～6μm。
32.在本发明的一些实施例中，所述壳体壁厚大于800μm，所述涂层的厚度为1μm～3μm。
33.在本发明的第三方面，本发明提出了一种电池单体。根据本发明的实施例，该电池单体包括：电极组件和壳体组件，所述壳体组件用于容纳所述电极组件：所述电极组件的外表面设有本发明第一方面的涂层；和/或，所述壳体组件内表面设有本发明第一方面的涂层或包括本发明第二方面的壳体。针对本发明第一方面的涂层和本发明第二方面的壳体的特征及效果同样适用于该电池单体，此处不再赘述。总的来说，该电池单体具有较高的安全性能和较好的长期使用稳定性。
34.在本发明的一些实施例中，所述第一壳体组件包括金属壳体，所述金属壳体内表面设有绝缘层，所述绝缘层远离所述金属壳体的一侧上设有本发明第一方面的涂层。
35.在本发明的第四方面，本发明提出了一种储能装置。根据本发明的实施例，该储能装置包括本发明第三方面的电池单体，针对本发明第三方面的电池单体的特征及效果同样适用于该储能装置，此处不再赘述。总的来说，该储能装置具有较好的安全性能。
36.在本发明的第五方面，本发明提出了一种用电装置。根据本发明的实施例，该用电装置包括本发明第一方面的涂层，或本发明第二方面的壳体，或本发明第三方面的电池单体，或本发明第四方面的储能装置。针对本发明第一方面的涂层、本发明第二方面的壳体、本发明第三方面的电池单体和本发明第四方面的储能装置的特征及效果同样适用与该用电装置，此处不再赘述。总的来说，该用电装置安全性能较高，发生自燃或爆炸的风险小。
37.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
38.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
39.图1是根据本发明一个实施例的设有涂层的壳体的结构示意图；
40.图2是根据本发明再一个实施例的设有涂层的壳体的结构示意图；
41.图3是根据本发明又一个实施例的设有涂层的壳体的结构示意图；
42.图4是根据本发明另一个实施例的设有涂层的壳体的结构示意图；
43.图5是根据本发明一个实施例的电池包的爆炸图；
44.图6是根据本发明一个实施例的用电装置的结构示意图。
45.附图标记说明：
46.100-壳体；110-底壁；120-侧壁；130-容纳区；
47.1000-用电装置；1000a-用电装置本体；1000b-储能装置。
具体实施方式
48.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
49.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
50.在本发明的第一方面，本发明提出了一种涂层。根据本发明的实施例，该涂层包括：5质量份～40质量份的导热材料；45质量份～90质量份的陶瓷材料；5质量份～15质量份的粘结剂。
51.根据本发明上述实施例的涂层，导热材料的质量份数可以为5、10、15、20、25、30、35或40等，加入导热材料有利于提高涂层的散热效果，能够有效降低热量在基材(如电池壳体)内部聚集的程度，避免或降低发生温度失控的风险，在涂层总质量份一定的情况下，若导热材料的用量过高，相当于减少了陶瓷材料的用量，一旦发生温度失控，依旧有发生基材熔穿的可能；陶瓷材料的质量份数可以为50、60、65、70、75、80或85等，加入陶瓷材料有利于提高涂层的耐热、耐熔的效果，可有效避免或降低由于基材(如电池壳体)内部温度过高而导致基材发生熔穿的风险，但在涂层总质量份一定的情况下，若陶瓷材料的含量过高，相当于减少了导热材料的用量，虽然会在一定程度上改善涂层的耐热性能，但较少的导热材料难以使基材内部的热量进行有效扩散，容易发生热量集中，基材同样有被熔穿的风险；粘结剂的质量份数可以为5、7、9、11或13等，提高粘结剂的用有利于改善涂层与基材之间的结合力，但在涂层总质量份一定的情况下，若粘结剂的用量过多，相当于减少了导热材料和陶瓷材料的用量，会影响涂层对基材导热、耐热性能的改善效果，通过综合控制导热材料、陶瓷材料和粘结剂的用量在所给范围内，不仅可以使得涂层与基材之间具有较好的附着力，提高涂层与基材的结合强度，避免或降低涂层发生脱落的风险，还可以使得涂层具有较好的导热耐热性，同时使得涂层具有较好的表面平整性，当将其设于电池壳体等基材的表面时，不仅加工工艺简单，成本较低，而且还有利于提高电池的安全性和长期使用稳定性。
52.根据本发明的一些实施例，涂层可以包括：20质量份～35质量份的导热材料，50质量份～70质量份的陶瓷材料，8质量份～12质量份的粘结剂。具体地，导热材料的质量份数
可以为22、24、26、28、32或34等；陶瓷材料的质量份数可以为52、54、56、58、62、64、66或68等；粘结剂的质量份数可以为8、10或12等。通过采用上述组成的涂层，更有利于兼顾涂层的散热、耐热能力和与基材(如金属等)的结合效果，进一步降低涂层脱落的可能和涂布基材发生熔穿的风险。
53.根据本发明的一些实施例，涂层的孔隙率可以不大于20％，例如涂层的孔隙率可以不大于18％、16％、14％、12％或10％等，若涂层的孔隙率过高，一方面会使得涂层中导热材料和陶瓷材料的密度下降，影响涂层的导热和耐热效果，另一方面，还容易降低涂层与基体之间的结合强度，影响涂层的长期使用稳定性，此外，当将上述涂层用于电池领域时，较大的涂层孔隙率还容易吸收电解液，影响电池的电化学性能。综上，本发明通过控制涂层的孔隙率不大于20％，更有利于提高涂层的防护效果和长期使用稳定性。
54.根据本发明的一些实施例，涂层的厚度可以不大于12μm(微米)，例如涂层的厚度可以不大于11μm、10μm、9μm、8μm或7μm等，涂层厚度增加有利于改善基材的高温稳定性，但若其厚度过大，容易影响涂层整体与基材的结合作用，增大涂层发生脱落或掉粉的风险，本发明中通过控制涂层厚度在所给范围内，可以在改善基材高温稳定性和耐熔穿性能的基础上，进一步兼顾涂层与基材之间的结合强度。进一步地，根据本发明的一些具体示例，涂层的厚度可以为1μm～12μm，例如涂层的厚度可以为2μm、3μm、5μm、7μm或9μm等，控制涂层厚度满足所给范围需求可以更好的兼顾涂层对基材的防护和与基材的结合强度。
55.根据本发明的一些实施例，涂层可以采用涂布液形成，导热材料、陶瓷材料和粘结剂在涂布液中的质量百分比之和可以为20wt％～60wt％，例如可以为25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％或55wt％等，若导热材料、陶瓷材料和粘结剂在涂布液中的质量百分比之和过小，一方面容易使得涂层的孔隙率增大，影响涂层的导热、耐热效果和长期使用的稳定性，另一方面，还可能影响涂布性能，造成溶剂的过度浪费，延长涂布干燥时间，增加生产成本；若导热材料、陶瓷材料和粘结剂在涂布液中的质量百分比之和过大，容易使得涂布液流动性变差，不仅可能引起涂布困难，涂层厚度不均等问题，还容易导致涂层产生龟裂、气泡等缺陷。本发明通过控制涂布液中导热材料、陶瓷材料和粘结剂的质量百分比在上述范围，有利于兼顾涂布效果和涂层的使用性能。进一步地，导热材料、陶瓷材料和粘结剂在涂布液中的质量百分比之和可选为25wt％～40wt％，由此，更有利于提高涂层的表观性能以及耐热导热性能。需要说明的是，本发明中对于溶剂的具体类型没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如，溶剂可以为可挥发性溶剂或易挥发性溶剂；再例如，溶剂可以包括但不限于n-甲基吡咯烷酮，二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、磷酸三乙酯、二甲基亚砜中的至少之一。
56.根据本发明的一些实施例，在25℃下，导热材料的导热系数可以不低于240w/(m
·
k)，例如导热材料的导热系数可以为250w/(m
·
k)、260w/(m
·
k)、270w/(m
·
k)或280w/(m
·
k)等，满足所给导热系数范围的导热材料具有较好的导热能力，将其用于涂层中可以使涂层具有较好的导热散热效果，降低基材发生热量集中的风险。需要说明的是，w/(m
·
k)为导热系数的单位，中文释义为瓦/(米
·
开尔文)。
57.根据本发明的一些实施例，本发明中导热材料可以包括但不限于aln、beo、si3n4、sic中的至少之一，上述导热材料具有较好的导热能力，将其用于涂层中可以使涂层具有较好的导热散热效果，降低基材发生热量集中的风险。
58.根据本发明的一些实施例，导热材料的粒径可以为1nm(纳米)～50nm(纳米)，例如可以为5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm或45nm等。若导热材料的粒径过大，容易使导热材料之间的接触点减少，限制导热通路的形成，从而影响涂层的导热效果；若导热材料的粒径过小，导热材料之间容易发生团聚，导致分散性变差，同样影响热量的传导。本发明通过控制导热材料的粒径在上述范围，有利于进一步发挥导热材料和涂层的导热、散热作用。
59.根据本发明的一些实施例，本发明中对于陶瓷材料的具体类型没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如，陶瓷材料可以包括三氧化二铝、勃姆石、氧化锆、氧化钛中的至少之一，上述陶瓷材料具有较好的耐热性能，将其用于涂层中可有效提高涂层和基材的耐热性能，降低基材发生熔穿的风险。
60.根据本发明的一些实施例，陶瓷材料的粒径可以为10nm～100nm，例如可以为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或90nm等，或者可以为以上任何数值所组成的范围。若陶瓷材料的粒径过小，陶瓷材料容易团聚，分散效果较差，不利于提高对基材整体耐热熔穿性的改善效果；若陶瓷材料的粒径过大，则容易影响涂布液中陶瓷材料的分散均匀性，进而影响涂层的耐热均一性和稳定性。本发明通过控制陶瓷材料的粒径为上述范围，有利于兼顾涂层的耐热效果和涂布稳定性。
61.根据本发明的一些实施例，陶瓷材料的dv50可以为导热材料的dv50的2～10倍，例如陶瓷材料的dv50可以为导热材料的dv50的3倍、5倍、7倍或9倍等，控制陶瓷材料的粒径和导热材料的粒径关系在所给范围内，可以利用较大粒径的陶瓷材料对涂层起到支撑作用，提高涂层的耐热稳定性，同时，陶瓷材料间形成的空隙可用于填充粒径较小的导热材料，从而更有利于兼顾涂层的耐热性和导热性，进一步降低设有该涂层的基材发生熔穿的风险。需要说明的是，dv50指的是在体积基准的粒径分布中，陶瓷材料从小粒径侧起，达到体积累积50％时的粒径大小。
62.根据本发明的一些实施例，本发明中对于粘结剂的具体类型没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如粘结剂可以包括但不限于聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯中的至少之一。上述粘结剂不仅粘结性好，而且将涂层用于电池壳体表面时，还能在电解液的浸润下保持稳定，降低掉粉或脱落的风险。
63.根据本发明的一些实施例，粘结剂的分子量可以为2
×
105～2
×
106，例如可以为3
×
105、4
×
105、5
×
105、6
×
105、7
×
105、8
×
105或9
×
105等，通过控制粘结剂的分子量在上述范围，有助于使得涂布液粘度适中，不仅有利于改善涂布液的涂布性能，同时还有利于降低涂层的孔隙率，并获得较好的粘结能力，有利于进一步改善涂层的导热和耐热效果，提高其长期使用稳定性。
64.基于同样的发明构思，在本发明的第二方面，本发明提出了一种壳体。根据本发明的实施例，结合图1理解，该壳体100内表面和外表面中的至少之一的至少部分区域设有涂层，涂层包括：5质量份～40质量份的导热材料；45质量份～90质量份的陶瓷材料；5质量份～15质量份的粘结剂。
65.根据本发明上述实施例的壳体，通过在壳体内表面和外表面中的至少之一的至少部分区域设有上述组成的涂层，一方面，有利于提高壳体表面的散热效果，能够有效减少壳体内部的热量聚集，避免或降低发生热失控的风险；再一方面，有利于提高壳体的耐热耐熔性，有效避免或降低因壳体内部温度过高而引起壳体熔穿的风险；此外，当壳体作为电池壳
体时，还有利于提高壳体表面的绝缘性能，降低电池内部发生短路的风险。综上，该壳体不仅工艺简单，加工成本较低，而且能够避免或降低因温度过高而发生熔穿的风险，可用于电池中并提高电池的安全性和长期使用的稳定性。
66.根据本发明的一些实施例，结合图1理解，壳体100可以包括底壁110和侧壁120，底壁110和侧壁120限定出有容纳区130，底壁110和侧壁120中的至少之一的至少部分内表面设有涂层。将涂层设在壳体外表面虽然也能降低壳体发生熔穿的风险，但涂层容易受到撞击或磨损，产生掉粉或脱落。本发明通过将涂层设置在底壁110和侧壁120中的至少之一的至少部分内表面，有利于使涂层在使用过程中具有较好的完整性和较高的稳定性。
67.根据本发明的一些实施例，壳体100上设有的涂层可以为本发明第一方面的涂层，通过在壳体的底壁和侧壁的至少之一的至少部分内表面设有本发明第一方面的涂层，可以降低壳体发生熔穿的风险，提高壳体长期使用的安全性和可靠性。
68.根据本发明的一些实施例，结合图1～2理解，位于底壁110上的涂层可以分布在底壁110的整个内表面上(参考图1中底壁上的阴影部分)，或者仅分布在底壁110周向边缘区域的内表面上(参考图2中底壁上的阴影部分)。该壳体可以为金属壳体，将其用于电池中时，在电池内部发生热失控的情况下，可能使金属熔融产生熔珠，熔珠容易滴落在壳体底壁，使底壁发生熔穿，通过使位于底壁110上的涂层分布在底壁110的整个内表面上，可以对整个底壁进行全面保护，降低底壁被熔穿的风险。进一步地，电池壳体的底壁厚度通常大于侧壁厚度，在制备电池壳体过程中，通常需要对底壁周向边缘区域进行机械加工(如冲压等)，相比于底壁中心区域，底壁周向边缘区域通常较为薄弱，更容易发生熔穿的风险，本发明通过使涂层分布在底壁周向边缘区域的内表面上，不仅可以降低底壁熔穿的风险，提高电池的安全性能，还有利于降低生产成本，提高电池的能量密度。
69.根据本发明的一些具体示例，当位于底壁110上的涂层仅分布在底壁110周向边缘区域的内表面上时，位于底壁110内表面上的涂层在底壁110上的正投影可以为环形结构，结合图2理解，环形结构的外缘可以与底壁110的外缘重合、内缘可以为规则或不规则的封闭图形(如可以矩形、圆形、椭圆形，等等)，内缘与外缘之间的间距可以不小于侧壁厚度的3倍，例如，内缘与外缘之间的间距可以为侧壁厚度的4倍、5倍或6倍等，通过控制位于底壁的涂层内缘与外缘之间的间距为所给范围，有利于在控制成本的前提下，减少壳体底壁拐角处被熔穿的风险。进一步地，环形结构的内缘与外缘之间的间距可以不大于底壁外缘到底壁中心的水平距离的1/2，由此，可以在使可以具有较好的耐热稳定性的同时，降低壳体的加工成本，同时还可减少对电池能量密度的影响。
70.根据本发明的一些实施例，结合图3～4理解，位于侧壁120上的涂层可以分布在侧壁120的整个内表面上(参考图3中侧壁上的阴影部分)，由此可以对整个侧壁进行全面防护，提高壳体的安全性能；或者，位于侧壁120上的涂层可以仅分布在侧壁120靠近底壁110一侧的内表面上(参考图4中侧壁上的阴影部分)，由于当壳体内部发生热失控时，熔珠由上向下滴落，与壳体侧壁上部相比，靠地底壁的壳体侧壁更容易发生熔穿，通过使侧壁上的涂层分布在侧壁靠近底壁一侧的内表面，不仅可以提高电池的安全性能，还可以进一步降低生产成本，提高电池的能量密度。
71.根据本发明的一些具体示例，位于侧壁120内表面上的涂层可以由侧壁120的底部向侧壁120的高度方向延伸，且延伸高度可以不小于侧壁高度的1/10，例如，延伸高度可以
为侧壁高度的1/9、1/8、1/7或1/6等，由此，可以有效降低侧壁发生熔穿的风险；同时，延伸高度还可以不大于侧壁高度的4/5，例如延伸高度可以为侧壁高度的3/5、2/5、1/5等，由此，不仅能够降低壳体发生熔穿的风险，还可以避免涂层对盖板与壳体的焊接产生不利影响，同时也能够避免壳体与盖板焊接时的高温影响涂层的完整性和稳定性。
72.根据本发明的一些实施例，涂层的厚度h可以为：h＝n/h1，其中，h1为设有涂层的壳体壁厚，h和h1的单位均为μm，n的取值可以为1500～7500，例如n可以为1600、2000、3000、4000、5000、6000或7000等。当壳体的壁厚较大时，高温下壳体发生熔穿的风险降低，因此，随着设有涂层的壳体壁厚增大，涂层的厚度可以减薄，由此，不仅可以提高壳体的热稳定性，还可以降低壳体的加工成本，有利于避免原材料的浪费，同时还可以减少涂层对电池能量密度的影响。
73.根据本发明的一些具体示例，当壳体的壁厚小于600μm时，涂层的厚度可以为6μm～12μm；当壳体壁厚为600μm～800μm时，涂层的厚度可以为3μm～6μm；当壳体壁厚大于800μm，涂层的厚度可以为1μm～3μm。控制壳体的壁厚和涂层厚度在所给范围内，可以在改善壳体耐热稳定性，降低其熔穿风险的基础上，进一步降低成本，同时，还可以避免壳体和涂层厚度之和过大影响电池的能量密度。需要说明的是，当壳体的底壁、侧壁厚度不同时，设于底壁、侧壁上的涂层厚度也可以不同，位于底壁上的涂层的厚度可以以壳体底壁的厚度为基准进行适应性调整，位于侧壁上的涂层的厚度可以以壳体侧壁的厚度为基准进行适应性调整。
74.在本发明的第三方面，本发明提出了一种电池单体。根据本发明的实施例，该电池单体包括：电极组件和壳体组件，壳体组件用于容纳电极组件：电极组件的外表面设有本发明第一方面的涂层；和/或，壳体组件内表面设有本发明第一方面的涂层或包括本发明第二方面的壳体。针对本发明第一方面的涂层和本发明第二方面的壳体的特征及效果同样适用于该电池单体，此处不再赘述。总的来说，该电池单体具有较高的安全性能和较好的长期使用稳定性。
75.根据本发明的一些实施例，本发明对于电极组件的具体结构没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如，该电极组件可以为卷绕结构或叠片结构，在卷绕结构或叠片结构的外表面可以设有本发明第一方面的涂层，在电极组件的外表面上设置本发明第一方面的涂层也能降低电池单体熔穿的风险，提高电池单体的安全性能。
76.根据本发明的一些实施例，第一壳体组件可以包括金属壳体，金属壳体内表面可以设有绝缘层，绝缘层远离金属壳体的一侧上可以设有本发明第一方面的涂层。通过设置绝缘层并在绝缘层上设置本发明第一方面的涂层，不仅可以降低漏电风险，还能进一步降低电池单体熔穿的风险，提高其安全稳定性。
77.需要说明的是，本发明中对上述电池单体的具体类型没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如，该电池单体既可以为方形电池，也可以为圆柱电池等；再例如，该电池单体既可以为液态电池，也可以为半固态电池；又例如，该电池单体既可以为锂电池，也可以为钠电池等。
78.在本发明的第四方面，本发明提出了一种储能装置。根据本发明的实施例，该储能装置包括本发明第三方面的电池单体，针对本发明第三方面的电池单体的特征及效果同样适用于该储能装置，此处不再赘述。总的来说，该储能装置具有较好的安全性能。作为一些
具体示例，该储能装置的具体组成可以采用本领域的常规设置，例如，该储能装置可以包括多个电池单体。需要说明的是，本发明中对于储能装置的具体类型没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如，该储能装置既可以为电池单体，也可以为包括上述电池单体的电池包(参考图5理解)或电池模组，再例如，该电池包可以包括多个电池模组，每个电池模组又可以分别独立地包括多个上述电池单体。此外，还可以理解的是，储能装置中除上述电池单体外，还可以包括但不限于用于封装电池单体或电池模组的下箱体、盖板和端板等常规结构部件。
79.在本发明的第五方面，本发明提出了一种用电装置。根据本发明的实施例，该用电装置包括本发明第一方面的涂层，或本发明第二方面的壳体，或本发明第三方面的电池单体，或本发明第四方面的储能装置，例如，参考图6理解，作为一个具体示例，用电装置1000可以包括用电装置本体1000a和储能装置1000b，储能装置1000b可以与用电装置本体1000a电连接并适于向用电装置本体1000a供电。需要说明的是，针对本发明第一方面的涂层、本发明第二方面的壳体、本发明第三方面的电池单体和本发明第四方面的储能装置的特征及效果同样适用与该用电装置，此处不再赘述。总的来说，该用电装置安全性能较高，发生自燃或爆炸的风险小。此外，还需要说明的是，本发明中对于用电装置的具体类型没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择，例如该用电装置可以包括但不限于电子设备、车辆、飞行器、生活电器等。
80.下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
81.实施例1
82.(1)选用方形铝壳作为电池壳体，壳体底壁壁厚1.5mm，侧壁包括相对的两个宽面和两个窄面，其中，侧壁宽面的壁厚0.6mm，侧壁窄面的壁厚0.8mm；
83.(2)涂布液包括氮化铝、勃姆石、pvdf和溶剂nmp，其中，氮化铝、勃姆石和pvdf在涂布液中的质量百分比之和为30wt％，氮化铝、勃姆石和pvdf的质量比为10:80:10；
84.(3)采用上述涂布液对电池壳体内表面进行涂布处理，其中，底壁上的涂层分布在底壁的整个内表面上，涂层厚度为2μm；位于侧壁上的涂层仅分布在侧壁靠近底壁一侧的内表面上，由侧壁的底部向侧壁的高度方向延伸，且延伸高度为侧壁高度的1/10，涂层厚度为4μm。
85.实施例2
86.与实施例1相比，区别在于，步骤(3)中，位于侧壁上的涂层延伸高度为侧壁高度的1/4。
87.实施例3
88.与实施例1相比，区别在于，步骤(3)中，位于侧壁上的涂层延伸高度为侧壁高度的4/5。
89.实施例4
90.与实施例1相比，区别在于，步骤(3)中，位于侧壁上的涂层延伸高度为侧壁高度的5/6。
91.实施例5
92.与实施例2相比，区别在于，步骤(2)中，氮化铝、勃姆石和pvdf的质量比为20:70:10。
93.实施例6
94.与实施例2相比，区别在于，步骤(2)中，氮化铝、勃姆石和pvdf的质量比为30:60:10。
95.实施例7
96.与实施例2相比，区别在于，步骤(2)中，氮化铝、勃姆石和pvdf的质量比为5:10:5。
97.实施例8
98.与实施例2相比，区别在于，步骤(2)中，氮化铝、勃姆石和pvdf的质量比为40:45:15。
99.实施例9
100.与实施例2相比，区别在于，步骤(3)中，底壁上的涂层厚度为1μm，侧壁上的涂层厚度为2μm。
101.实施例10
102.与实施例2相比，区别在于，步骤(3)中，底壁上的涂层厚度为3μm，侧壁上的涂层厚度为6μm。
103.对比例1
104.与实施例1相比，区别在于，不对电池壳体进行涂布处理。
105.对比例2
106.与实施例2相比，区别在于，步骤(2)中，氮化铝、勃姆石和pvdf的质量比为3:87:10。
107.对比例3
108.与实施例2相比，区别在于，步骤(2)中，氮化铝、勃姆石和pvdf的质量比为5:92:3。
109.对比例4
110.与实施例2相比，区别在于，步骤(2)中，氮化铝、勃姆石和pvdf的质量比为50:40:10。
111.实施例1～10和对比例1～4的区别特征如表1所示。
112.表1实施例1～10和对比例1～4的区别特征
[0113][0114][0115]
电池组装及测试：
[0116]
分别将实施例1～10和对比例1～4制得的电池壳体组装形成电池。具体工艺如下：
[0117]
(1将正极极片、负极极片、隔膜采用卷绕方式卷成电芯，并将卷芯和电池顶盖进行连接；
[0118]
(2)将卷芯插入上述电池壳体，将壳体和顶盖进行焊接；
[0119]
(3)对焊接好的电芯进行烘烤、注液，然后采用化成分容柜进行化成分容，再对其进行高温老化静置、下仓；
[0120]
(4)将下仓的电芯按模组设计要求进行排布，采用激光焊接将电芯连接再一起，然后采用gbt36276-2078中的模组过充测试方法(5.3.3.1)和热失控测试方法(5.3.3.7)对模组进行安全测试，记录测试结果如表1所示。
[0121]
其它测试方法：
[0122]
(1)测试熔穿率：对进行安全测试后的电池进行拆解，取出铝壳，对铝壳进行切面处理，观察铝壳侧壁宽面被熔穿的深度，记为h，当h≥铝壳侧壁宽面壁厚
×
0.95时，即为熔穿；计算熔穿率，在上述实施例和对比例的铝壳侧壁宽面分别取5个点，计算熔穿率的平均值，其中熔穿率＝铝壳侧壁宽面被熔穿的深度h/铝壳侧壁宽面壁厚
×
100％。结果如表2所示。
[0123]
(2)测试顶盖壳体激光焊接不良率：顶盖焊接完成后，将氦气从注液口打入铝壳内部，保持检漏气压40pa，保压时间5s。判定合格标准：漏率≤9.9
×
10-7
。
[0124]
测试结果如表2所示。
[0125]
(3)测试涂层与壳体剥离强度：1、将涂层涂在600mm*100mm的铝板上，涂层面积400mm
×
50mm；2、用200mm
×
25mm规格的3m单面胶贴在涂层上；3、撕开胶带一半；4、用万能拉力机测试剥离力。
[0126]
测试结果如表2所示。
[0127]
(4)相对成本：相对成本的计算方法是以对比例1的成本为基准，计算各实施例或对比例的成本与对比例1成本的比值，计算结果如表2所示。
[0128]
(5)测试铝壳侧壁宽面中心的温度：测试条件为，电池正常使用过程中，采用0.5p的充放电条件，其中，p为额定功率，测试结果如表2所示。
[0129]
表2实施例1～10和对比例1～4的测试结果
[0130][0131][0132]
注：pass表示通过；ng表示未通过。
[0133]
结果与讨论：
[0134]
根据上述测试结果可知，采用本技术上述实施例的涂层制得的电池壳体具有较低的熔穿风险，在过充以及热失控的条件下发生起火、爆炸的可能性较小，有利于提高电池的安全性和可靠性，同时，该涂层与壳体还具有较高的结合强度，发生脱落或掉渣的风险较小。具体地，对比例1与实施例1～10相比，没有在壳体表面设置涂层，进行安全测试时，壳体发生熔穿，电池的安全性能较差；对比例2中氮化铝的含量相对较低，在正常充放电情况下，模组温升较高，容易影响电池的循环寿命；对比例3中勃姆石的含量相对较高，粘结剂pvdf的含量较低，在电池过充或发生热失控的情况下，壳体发生熔穿的风险较大，同时涂层与壳体的结合强度也较差，容易发生脱落或掉粉的现象，长期使用稳定性较差；对比例4中，氮化铝的含量相对较高，勃姆石的含量相对较低，同样影响壳体的抗熔穿性能，同时还会增加涂
层的原料成本。综上所述，本发明上述实施例的电池壳体，通过设置所述涂层，不仅加工成本较低，而且有利于提高电池壳体的耐热及导热性，能够避免或降低壳体发生熔穿的风险，提高电池的安全性和可靠性。
[0135]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0136]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种涂层，其特征在于，包括：5质量份～40质量份的导热材料；45质量份～90质量份的陶瓷材料；5质量份～15质量份的粘结剂。2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，包括：20质量份～35质量份的所述导热材料；50质量份～70质量份的所述陶瓷材料；8质量份～12质量份的所述粘结剂。3.根据权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述涂层的孔隙率不大于20％；和/或，所述涂层的厚度不大于12μm。4.根据权利要求3所述的涂层，其特征在于，所述涂层采用涂布液形成，所述导热材料、所述陶瓷材料和所述粘结剂在所述涂布液中的质量百分比之和为20wt％～60wt％；和/或，所述涂层的厚度为1μm～12μm。5.根据权利要求1或4所述的涂层，其特征在于，满足下列条件中的至少之一：所述导热材料的导热系数不低于240w/(m
·
k)；所述导热材料包括aln、beo、si3n4、sic中的至少之一；所述陶瓷材料包括三氧化二铝、勃姆石、氧化锆、氧化钛中的至少之一；所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯中的至少之一。6.根据权利要求1或4所述的涂层，其特征在于，满足下列条件中的至少之一：所述粘结剂的分子量为2
×
105～2
×
106；所述陶瓷材料的dv50为所述导热材料的dv50的2～10倍；所述陶瓷材料的粒径为10nm～100nm；所述导热材料的粒径为1nm～50nm。7.一种壳体，其特征在于，所述壳体内表面和外表面中的至少之一的至少部分区域设有涂层，所述涂层包括：5质量份～40质量份的导热材料；45质量份～90质量份的陶瓷材料；5质量份～15质量份的粘结剂。8.根据权利要求7所述的壳体，其特征在于，包括底壁和侧壁，所述底壁和所述侧壁限定出有容纳区，所述底壁和所述侧壁中的至少之一的至少部分内表面设有所述涂层。9.根据权利要求8所述的壳体，其特征在于，满足下列条件中的至少之一：所述涂层为权利要求1～6中任一项所述的涂层；位于所述底壁上的所述涂层分布在所述底壁的整个内表面上，或者仅分布在所述底壁周向边缘区域的内表面上；位于所述侧壁上的所述涂层分布在所述侧壁的整个内表面上，或者仅分布在所述侧壁靠近所述底壁一侧的内表面上。10.根据权利要求8或9所述的壳体，其特征在于，位于所述底壁内表面上的所述涂层在所述底壁上的正投影为环形结构，所述环形结构的外缘与所述底壁的外缘重合、内缘为规则或不规则的封闭图形，所述内缘与外缘之间的间距不小于所述侧壁厚度的3倍；和/或，位于所述侧壁内表面上的所述涂层由所述侧壁的底部向所述侧壁的高度方向延伸，且延伸高度不小于所述侧壁高度的1/10。11.根据权利要求10所述的壳体，其特征在于，所述环形结构的内缘与外缘之间的间距不大于所述底壁外缘到所述底壁中心的水平距离的1/2；和/或，位于所述侧壁内表面上的所述涂层的延伸高度不大于所述侧壁高度的4/5。
12.根据权利要求8或11所述的壳体，其特征在于，所述涂层的厚度h为：h＝n/h1，其中，h1为设有所述涂层的所述壳体的壁厚，h和h1的单位均为μm，n的取值范围为1500～7500。13.根据权利要求12所述的壳体，其特征在于，满足下列条件中的其中之一：所述壳体壁厚小于600μm，所述涂层的厚度为6μm～12μm；所述壳体壁厚为600μm～800μm，所述涂层的厚度为3μm～6μm；所述壳体壁厚大于800μm，所述涂层的厚度为1μm～3μm。14.一种电池单体，其特征在于，包括：电极组件和壳体组件，所述壳体组件用于容纳所述电极组件：所述电极组件的外表面设有权利要求1～6中任一项所述的涂层；和/或，所述壳体组件内表面设有权利要求1～6中任一项所述的涂层或包括权利要求7～13中任一项所述的壳体。15.根据权利要求14所述的电池单体，其特征在于，所述壳体组件包括金属壳体，所金属壳体内表面设有绝缘层，所述绝缘层远离所述金属壳体的一侧上设有权利要求1～6中任一项所述的涂层。16.一种储能装置，其特征在于，包括：权利要求14或15所述的电池单体。17.一种用电装置，其特征在于，包括：权利要求1～6中任一项所述的涂层，或权利要求7～13中任一项所述的壳体，或权利要求14或15所述的电池单体，或权利要求16所述的储能装置。

技术总结
本发明公开了涂层、壳体、电池单体、储能装置和用电装置。该涂层包括5质量份～40质量份的导热材料；45质量份～90质量份的陶瓷材料；5质量份～15质量份的粘结剂。该涂层不仅具有较好的耐热、导热性能，同时与基材具有较高的结合强度，能够避免或降低设有该涂层的基材发生熔穿的风险，提高基材的高温稳定性，而且加工工艺简单、成本较低。成本较低。成本较低。


技术研发人员：黄汉川 文佳琪
受保护的技术使用者：厦门海辰储能科技股份有限公司
技术研发日：2023.08.18
技术公布日：2023/10/15