一种适用于低温环境的锂电池包的制作方法

1.本发明涉及锂电池包领域，尤其是涉及一种适用于低温环境的锂电池包。


背景技术：

2.低温环境下，锂电池表面会涂附一层冷凝水珠，影响锂电池的使用安全，甚至会造成短路，并且由于锂电池自身特性，低温环境中直接充电也会有安全隐患。现有低温环境中使用的锂电池，通常会在圆柱电芯表面涂附一层绝缘蓝膜，同时对整个锂电池包的防水防尘等级加以管控，以达到防止短路、降低锂电池使用风险的目的。例如专利cn209487544u公开了一种低温锂电池，包括锂电池电芯，锂电池电芯的表面封装有内封装膜，内封装膜的表面设置有保温层，保温层连接有壳体，保温层包括微纳隔热层和隔热膜，壳体包括防水层和阻燃层，内封装膜连接微纳隔热层，隔热膜连接防水层。所述内封装膜包括锡箔层以及与锡箔层相连的hdpe层，hdpe层连接锂电池电芯，锡箔层连接微纳隔热层。该实用新型有良好的封装效果，同时有利于阻止锂电池电芯散热、提高放电量，这对于固定在恒温环境中使用的场景中确实有一定的效果，但对于需要频繁出入冷库的仓储搬运车效果有限，因为频繁出入冷库，温差变化会使叉车及锂电池包表面甚至电芯表面产生大量的冷凝水，对锂电池的防水性能提出了更高的要求。据此需要一种理想的解决方法。


技术实现要素：

3.本发明为了克服锂电池包频繁出入冷库影响锂电池使用的问题，提供一种适用于低温环境的锂电池包，通过低温加热和灌胶封装工艺，杜绝了冷凝水和电芯以及极柱表面的直接接触，避免电芯短路，同时通过加热膜对电芯进行加热，使得电池包在低温环境中也能正常充电，延长了电池的使用寿命。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种适用于低温环境的锂电池包，包括锂电池组、加热膜和保护壳，所述加热膜表面设有导热层，所述加热膜缠绕并粘附在锂电池组的锂电池表面，锂电池组和加热膜一起灌胶封装后，置于保护壳内。
5.作为优选，所述锂电池组包括若干成排或成列排列组成的锂电池，所述加热膜呈s形依次绕经每排或每列锂电池，保证与每个锂电池有接触。
6.作为优选，所述加热膜为pi膜。
7.作为优选，所述加热膜和锂电池之间通过3m胶粘附。
8.作为优选，所述保护壳包括箱体和箱盖，所述箱体和箱盖的接触部分设有密封条。
9.作为优选，所述加热膜的制备方法包括以下步骤：(1)将pi膜用碱水热处理法做表面改性，暴露出氨基和羧基；(2)先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂混合，升温至70-80℃，再加入过硫酸盐和水，反应0.5-1h，然后加入乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，接着加入富马酸和过硫酸盐，80-90℃继续反应2-4h，冷却得树脂；
(3)将步骤(2)的树脂配置成涂液，涂布在步骤(1)的pi膜上，100-130℃烘5-20min，得加热膜。
10.pi膜具有优异的绝缘强度和热传导效率，广泛应用于加热领域。但是使用过程中仍存在局部温度偏高，使得电池受热不均的问题，为此，本发明在pi膜表面设置导热层。pi膜表面光滑，与导热层的结合力不足，因此先对pi膜进行表面改性，一方面通过刻蚀作用使pi膜表面变得粗糙，增大摩擦力；另一方面使pi暴露出羧基和氨基，可以参与后续的与导热层的接枝，从化学和物理两方面提高pi膜与导热层间的结合强度。
11.本发明的导热层为载有碳化硅的改性丙烯酸树脂。具体为：丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯初步聚合一段时间后，加入富马酸，富马酸的分子结构中同时具有1个碳碳不饱和双键和2个羧基，因此富马酸会参与丙烯酸树脂的共聚，同时，富马酸分子间会通过羧基结合，使得丙烯酸树脂链段产生交联，形成交错网状结构，富马酸的羧基还为后续pi膜和导热层的接枝提供条件。碳化硅的导热性好，分布在丙烯酸树脂中，显著提高导热均匀性，而且碳化硅的硬度大，能提高加热膜的力学强度。本发明用乙烯基三异丙氧基硅烷包覆碳化硅，乙烯基三异丙氧基硅烷通过碳碳双键参与丙烯酸树脂的聚合，将碳化硅牢牢包覆在丙烯酸树脂中，而且因为丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯先初步聚合一段时间后，再加入乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，碳化硅的分散更均匀，最终导热层的导热也就更均匀。
12.作为优选，丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂的质量比为100:(50-70):(1-5)。所述过硫酸盐为过硫酸铵，过硫酸铵的质量为丙烯酸乙酯的0.5-1％，水的质量为丙烯酸乙酯的3-4倍；所述乳化剂为对辛基苯酚聚氧乙烯醚。
13.作为优选，乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅、富马酸的质量分别为丙烯酸乙酯的8-12％、1-6％。
14.作为优选，所述乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的步骤为：将粒径5-10μm的碳化硅和乙烯基三异丙氧基硅烷混合球磨2-4h，100-120℃烘1-2h，冷却，待用。乙烯基三异丙氧基硅烷的质量为碳化硅的0.1-0.3％，乙烯基三异丙氧基硅烷配成0.3-1wt％浓度的溶液使用。
15.因此，本发明的有益效果为：(1)通过低温加热和灌胶封装工艺，杜绝了冷凝水和电芯以及极柱表面的直接接触，避免电芯短路，同时通过加热膜对电芯进行加热，使得电池包在低温环境中也能正常充电，延长了电池的使用寿命。(2)加热膜有导热层提高导热均匀性，导热层为载有碳化硅的改性丙烯酸树脂。用乙烯基三异丙氧基硅烷包覆碳化硅，乙烯基三异丙氧基硅烷通过碳碳双键参与丙烯酸树脂的聚合，将碳化硅牢牢包覆在丙烯酸树脂中，而且因为丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯先初步聚合一段时间后，再加入乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，碳化硅的分散更均匀，最终导热层的导热也就更均匀。
附图说明
16.图1是本发明电池包的结构示意图。
17.图中，1、箱体，2、加热膜，3、锂电池组，4、箱盖，5、密封条。
具体实施方式
18.下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
19.本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
20.总实施例一种适用于低温环境的锂电池包，包括锂电池组、加热膜和保护壳，所述锂电池组包括若干成排或成列排列组成的锂电池，所述加热膜呈s形依次绕经每排或每列锂电池，保证与每个锂电池有接触。所述加热膜为表面设有导热层的pi膜，所述加热膜和锂电池之间通过3m胶粘附。锂电池组和加热膜一起灌胶封装后，置于保护壳内。所述保护壳包括箱体和箱盖，所述箱体和箱盖的接触部分设有密封条。
21.作为优选，所述加热膜的制备方法包括以下步骤：(1)将pi膜用碱水热处理法做表面改性，暴露出氨基和羧基。所述碱水热处理法为现有技术。
22.(2)先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂按质量比100:(50-70):(1-5)混合，升温至70-80℃，再加入质量为丙烯酸乙酯0.5-1％的过硫酸盐和3-4倍的水，反应0.5-1h，然后加入质量为丙烯酸乙酯8-12％的乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，接着加入质量为丙烯酸乙酯1-6％的富马酸，补加适量过硫酸盐，80-90℃继续反应2-4h，冷却得树脂；所述乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的步骤为：将粒径5-10μm的碳化硅和乙烯基三异丙氧基硅烷混合球磨2-4h，100-120℃烘1-2h，冷却，待用。乙烯基三异丙氧基硅烷的质量为碳化硅的0.1-0.3％，乙烯基三异丙氧基硅烷配成0.3-1wt％浓度的溶液使用。
23.(3)将步骤(2)的树脂配置成涂液，涂布在步骤(1)的pi膜上，100-130℃烘5-20min，得加热膜。树脂配置成涂料参考现有丙烯酸树脂的配置成涂料的技术即可。
24.实施例1一种适用于低温环境的锂电池包，如图1所示，由锂电池组3、加热膜2和保护壳组成，所述锂电池组3包括若干成排或成列排列组成的锂电池，所述加热膜2呈s形依次绕经每排或每列锂电池，保证与每个锂电池的两面有接触。所述加热膜2为表面设有导热层的pi膜，所述导热层为导热硅胶垫，所述加热膜2和锂电池之间通过3m胶粘附。锂电池组3和加热膜2一起灌胶封装后，置于保护壳内。所述保护壳包括箱体1和箱盖4，所述箱体1和箱盖4的接触部分设有密封条5。
25.实施例2与实施例1的区别在于，所述有导热层的pi膜的制备方法为：(1)将pi膜用碱水热处理法做表面改性，表面由光滑变粗糙，暴露出氨基和羧基，亲水性提高；所述碱水热处理为：将pi膜清洗、晾干，放入0.1mol/l的氢氧化钠水溶液中，在水热釜中120℃处理1h，冷至室温后取出，依次用0.1mol/l的盐酸溶液洗10min、水洗10min。为防止空气中的水分等影响改性后的薄膜，将其放入装有无水乙醇的密闭容器中，充氮气保存。
26.(2)先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂按质量比100:60:3混合，升温至70℃，再加入质量为丙烯酸乙酯1％的过硫酸铵和4倍的水，反应1h，然后加入质量为丙烯酸乙酯12％的乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，接着加入质量为丙烯酸乙酯6％的富马酸，补加质量为丙烯酸乙酯0.5％的过硫酸铵，80℃继续反应4h，冷却得树脂；所述乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的步骤为：将粒径5-10μm的碳化硅和乙烯基三异丙氧基硅烷混合球磨3h，100℃烘2h，冷却。乙烯基三异丙氧基硅烷的质量为碳化硅的0.1％，乙烯基三异丙
氧基硅烷配成0.3wt％浓度的溶液使用。
27.(3)将步骤(2)的树脂配置成涂液，涂布在步骤(1)的pi膜上，130℃烘5min，得加热膜。树脂配置成涂料的方法为：在50质量份步骤(2)的树脂中加入10份交联剂、6质量份流平剂和20质量份乙醇-二甲苯混合溶剂。
28.实施例3与实施例2的区别在于，所述有导热层的pi膜的制备方法为：(1)同实施例2。
29.(2)先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂按质量比100:70:5混合，升温至80℃，再加入质量为丙烯酸乙酯0.5％的过硫酸盐和3倍的水，反应0.5h，然后加入质量为丙烯酸乙酯8％的乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，接着加入质量为丙烯酸乙酯1％的富马酸，补加质量为丙烯酸乙酯0.5％的过硫酸铵，90℃继续反应2h，冷却得树脂；所述乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的步骤为：将粒径5-10μm的碳化硅和乙烯基三异丙氧基硅烷混合球磨2h，120℃烘1h，冷却。乙烯基三异丙氧基硅烷的质量为碳化硅的0.3％，乙烯基三异丙氧基硅烷配成1wt％浓度的溶液使用。
30.(3)同实施例2。
31.对比例1与实施例2的区别在于，所述有导热层的pi膜的制备方法为：(1)先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂按质量比100:60:3混合，升温至70℃，再加入质量为丙烯酸乙酯1％的过硫酸铵和4倍的水，反应1h，然后加入质量为丙烯酸乙酯12％的乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，接着加入质量为丙烯酸乙酯6％的富马酸，补加质量为丙烯酸乙酯0.5％的过硫酸铵，80℃继续反应4h，冷却得树脂；所述乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的步骤为：将粒径5-10μm的碳化硅和乙烯基三异丙氧基硅烷混合球磨3h，100℃烘2h，冷却。乙烯基三异丙氧基硅烷的质量为碳化硅的0.1％，乙烯基三异丙氧基硅烷配成0.3wt％浓度的溶液使用。
32.(2)同实施例2的步骤(3)。
33.对比例2与实施例2的区别在于，所述有导热层的pi膜的制备方法为：(1)同实施例2。
34.(2)先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂按质量比100:60:3混合，升温至70℃，再加入质量为丙烯酸乙酯1％的过硫酸铵和4倍的水，反应1h，然后加入质量为丙烯酸乙酯12％的粒径5-10μm的碳化硅，接着加入质量为丙烯酸乙酯6％的富马酸，补加质量为丙烯酸乙酯0.5％的过硫酸铵，80℃继续反应4h，冷却得树脂。
35.(3)同实施例2。
36.对比例3与实施例2的区别在于，所述有导热层的pi膜的制备方法为：(1)同实施例2。
37.(2)先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂按质量比100:60:3混合，升温至70℃，再加入质量为丙烯酸乙酯1％的过硫酸铵和4倍的水，反应1h，然后加入质量为丙烯酸乙酯12％的乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，补加质量为丙烯酸乙酯0.5％的过硫酸铵，
80℃继续反应4h，冷却得树脂；所述乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的步骤为：将粒径5-10μm的碳化硅和乙烯基三异丙氧基硅烷混合球磨3h，100℃烘2h，冷却。乙烯基三异丙氧基硅烷的质量为碳化硅的0.1％，乙烯基三异丙氧基硅烷配成0.3wt％浓度的溶液使用。
38.(3)同实施例2。
39.对比例4与实施例2的区别在于，所述有导热层的pi膜的制备方法为：(1)同实施例2。
40.(2)先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂按质量比100:60:3混合，升温至70℃，再加入质量为丙烯酸乙酯1％的过硫酸铵和4倍的水，反应1h，然后加入质量为丙烯酸乙酯12％的乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，接着加入质量为丙烯酸乙酯10％的富马酸，补加质量为丙烯酸乙酯0.5％的过硫酸铵，80℃继续反应4h，冷却得树脂；所述乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的步骤为：将粒径5-10μm的碳化硅和乙烯基三异丙氧基硅烷混合球磨3h，100℃烘2h，冷却。乙烯基三异丙氧基硅烷的质量为碳化硅的0.1％，乙烯基三异丙氧基硅烷配成0.3wt％浓度的溶液使用。
41.(3)同实施例2。
42.对比例5与实施例2的区别在于，所述有导热层的pi膜的制备方法为：(1)同实施例2。
43.(2)先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅、富马酸和乳化剂按质量比100:60:12:6:3混合，升温至70℃，再加入质量为丙烯酸乙酯1.5％的过硫酸铵和4倍的水，80℃反应5h，冷却得树脂；所述乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的步骤为：将粒径5-10μm的碳化硅和乙烯基三异丙氧基硅烷混合球磨3h，100℃烘2h，冷却。乙烯基三异丙氧基硅烷的质量为碳化硅的0.1％，乙烯基三异丙氧基硅烷配成0.3wt％浓度的溶液使用。
44.(3)同实施例2。
45.性能测试对上述各实施例和对比例的加热膜进行性能测试，结果如下表所示。对上述各实施例和对比例的加热膜进行性能测试，结果如下表所示。
46.从表中可以看出，实施例2本发明制得的加热膜比实施例1导热硅胶垫+pi膜的加热膜具有更好的导热性和力学性能。和实施例2相比，对比例1未对pi膜做表面处理，pi膜和导热层结合力弱，拉伸强度低；对比例2未对碳化硅做包覆处理，碳化硅分布不均，对导热性和拉伸强度均有不利影响；对比例3未加入富马酸，导热系数和拉伸强度均下降，因为富马酸分子间会通过羧基结合，使得丙烯酸树脂链段产生交联，形成交错网状结构，提高膜的力学性能，同时使碳化硅分布更均匀，富马酸还为pi膜和导热层的接枝提供条件；但是对比例
4中富马酸过量，加热膜的导热系数反而下降，可能是丙烯酸树脂链段间过度交联影响了碳化硅的分布均匀性，说明富马酸用量在合理范围内才能发挥最佳效果；对比例5的步骤(2)采用一锅法，产物的均匀性明显不如实施例2先让丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯初聚成短链段，再加入乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅、富马酸反应得到的产物，性能自然也不如实施例2。
47.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种适用于低温环境的锂电池包，其特征在于，包括锂电池组、加热膜和保护壳，所述加热膜表面设有导热层，所述加热膜缠绕并粘附在锂电池组的锂电池表面，锂电池组和加热膜一起灌胶封装后，置于保护壳内。2.根据权利要求1所述的一种适用于低温环境的锂电池包，其特征在于，所述锂电池组包括若干成排或成列排列组成的锂电池，所述加热膜呈s形依次绕经每排或每列锂电池。3.根据权利要求1所述的一种适用于低温环境的锂电池包，其特征在于，所述加热膜和锂电池之间通过3m胶粘附。4.根据权利要求1-3任一所述的一种适用于低温环境的锂电池包，其特征在于，所述保护壳包括箱体和箱盖，所述箱体和箱盖的接触部分设有密封条。5.根据权利要求1所述的一种适用于低温环境的锂电池包，其特征在于，所述加热膜的制备方法包括以下步骤：（1）将pi膜用碱水热处理法做表面改性，暴露出氨基和羧基；（2）先将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂混合，升温至70-80 ℃，再加入过硫酸盐和水，反应0.5-1 h，然后加入乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅，接着加入富马酸和过硫酸盐，80-90 ℃继续反应2-4 h，冷却得树脂；（3）将步骤（2）的树脂配置成涂液，涂布在步骤（1）的pi膜上，100-130 ℃烘5-20 min，得加热膜。6.根据权利要求5所述的一种适用于低温环境的锂电池包，其特征在于，所述步骤（2）中丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乳化剂的质量比为100:(50-70):(1-5)。7.根据权利要求5或6所述的一种适用于低温环境的锂电池包，其特征在于，所述步骤（2）中富马酸的质量为丙烯酸乙酯的1-6%。8.根据权利要求5所述的一种适用于低温环境的锂电池包，其特征在于，步骤（2）所述乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的步骤为：将粒径5-10 μm的碳化硅和乙烯基三异丙氧基硅烷混合球磨2-4 h，100-120 ℃烘1-2 h，冷却。9.根据权利要求8所述的一种适用于低温环境的锂电池包，其特征在于，所述步骤（2）中乙烯基三异丙氧基硅烷包覆的碳化硅的质量为丙烯酸乙酯的8-12%。

技术总结
本发明涉及锂电池包领域，针对锂电池包频繁出入冷库影响锂电池使用的问题，提供一种适用于低温环境的锂电池包，包括锂电池组、加热膜和保护壳，所述加热膜表面设有导热层，所述加热膜缠绕并粘附在锂电池组的锂电池表面，锂电池组和加热膜一起灌胶封装后，置于保护壳内。本发明通过低温加热和灌胶封装工艺，杜绝了冷凝水和电芯以及极柱表面的直接接触，避免电芯短路，同时通过加热膜对电芯进行加热，使得电池包在低温环境中也能正常充电，延长了电池的使用寿命。池的使用寿命。池的使用寿命。


技术研发人员：许健 陶原 陈滨滨 孙芮 向尚
受保护的技术使用者：杭州杭叉电器有限公司
技术研发日：2023.08.04
技术公布日：2023/10/19