[發明專利]基于連續纖維與長纖維混雜設計的復合材料電池殼及制備工藝

在審

• 申請號: 201711136450.3
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107946488A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 殷莎;許駿;李佳妮;吳垚博;王惠添
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01M2/02
• 分類號: H01M2/02;B29C70/68
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種基于連續纖維與長纖維混雜設計的復合材料電池殼及制備工藝。

背景技術

汽車的輕量化對節能減排起著至關重要的作用，零部件的輕量化是實現汽車輕量化的重要途徑之一。電池組總成在電動汽車整備質量中占比可達30％，因而電池殼輕量化設計對整車輕量化十分重要。復合材料由于其輕量化、高比剛、高比強，沖擊吸能特性良好等優勢，在汽車零部件設計的應用逐漸廣泛。

目前的電池殼設計中，為了滿足電池外殼體所需的高結構強度，減小汽車碰撞過程中電池外殼的變形從而有效預防電池爆炸，通常設計較大壁厚的電池外殼或者選用性能更優異的材料。設計較大壁厚的電池外殼會增加電池殼的重量，而性能優異的材料不易獲得，且成本過高，不適合批量化生產。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種基于連續纖維與長纖維混雜設計的復合材料電池殼及制備工藝，充分結合連續纖維和長纖維在成性與成形方面的各自優勢，實現電池殼減重的同時提高了電池殼的力學性能，同時解決現有復合材料電池殼的批量生產困難問題，能實現自動化且短循環周期生產的制備，使得復合材料電池殼在電動汽車制造中得到更為廣泛的應用，從而實現輕量化目標。

本發明技術解決方案：一種基于連續纖維與長纖維混雜設計的復合材料電池殼，所述電池殼包括電池殼主體和電池殼蓋，所述電池殼蓋和電池殼主體通過螺栓連接；所述電池殼主體括電池殼側壁和電池殼底板，所述電池殼側壁設有加強筋，對電池殼的薄弱部位進行增強；所述電池殼底板設置有若干條縱橫相交的支承筋；所述支承筋與所述加強筋連接成一體結構；所述電池殼的材料采用連續纖維與長纖維混雜增強樹脂基復合材料。

所述連續纖維與長纖維為碳纖維、玻璃纖維或陶瓷纖維。

所述樹脂基體材料為熱塑性或者熱固性樹脂，包括PA6、PP、PBT、PES、PEEK或尼龍612。

本發明基于連續纖維與長纖維混雜設計的復合材料電池殼制備工藝，包括原材料鋪放，加熱，模壓預成型以及注塑包覆成型，脫模冷卻，步驟如下：

(1)原材料鋪放，將用樹脂浸漬過的連續纖維增強板坯，即預浸料根據電池殼的幾何形狀剪裁并鋪放于堆積單元，作為連續纖維部分，用機械臂的吸盤將預浸料從堆積單元吸起，并轉移到附近的加熱單元；

(2)加熱，在加熱單元中采用對流或紅外線對預浸料進行加熱；

(3)模壓預成型以及注塑包覆成型，將加熱完畢的預浸料轉移并均勻鋪入模具中，閉合模具，對預浸料進行模壓形成預成型件；隨后，從預成型件上方將長纖維增強樹脂注入到模具與預成型件之間的空腔中，這一過程稱為注塑包覆成型；電池殼上的加強筋、支承筋都在注射包覆成型過程中集成，無需后成型加工或者修剪工序；

(4)脫模冷卻，待長纖維增強樹脂固化結束，利用機械手臂的吸盤將電池殼轉移到冷卻定型工裝上，使電池殼迅速冷卻至室溫。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)與現有技術CN 206076324 U中采用金屬相比，本發明采用了連續纖維與長纖維混雜設計的復合材料制備電池殼，在電池殼的側壁設置加強筋，底板設置支承筋，能在保證電池殼具有較高的強度下減小電池殼體的設計厚度，從而實現輕量化。

(2)與現有技術CN 105140430 B中采用焊接的方式連接加強筋與電池殼體相比，本發明通過在同一模具中集成模壓預成型以及注塑包覆成型這兩次成型過程，使加強筋與電池殼在一個工藝過程中一體成型，增強了加強筋與電池殼之間的連接性能，減小了循環周期，提高了生產效率，適用于大批量生產。

附圖說明

圖1為本發明的一個電池殼實例；

圖2為本發明一種加強筋和支承筋分布方式示意；

圖3為本發明復合材料加強筋電池殼的制備過程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖說明加強筋電池殼的具體結構和制備方式。

如圖1所示，本發明的電池殼包括電池殼主體2和電池殼蓋1，電池殼蓋1和電池殼主體2通過螺栓連接，本實施例中的電池殼主體2為一個方形電池殼，與方形電池殼蓋通過螺栓連接。電池殼主體2包括電池殼側壁和電池殼底板，電池殼底板設置有共28條縱橫相交的高度3mm，厚度1mm的支承筋，與電池殼主體2的前側壁21、后側壁22、左側壁23、右側壁24上的共56條高度3mm，厚度1mm的加強筋3連接成一體結構，對電池殼的薄弱部位進行了增強，如圖2所示。電池殼底板設置有若干條縱橫相交的支承筋4，如圖2所示。