Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein schwerentzündliches Batteriegehäuse sowie eine Batterie mit reduzierter Entflammbarkeit. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines schwerentzündlichen Batteriegehäuses.

Herkömmlicherweise werden Batteriegehäuse aus Gründen des Korrosionsschutzes mit einer kathaphoretischen Tauchlackierung (KTL) beschichtet. Diese Beschichtung hat eine organische Basis und wird bei ca. 180 °C auf die zu schützende Oberfläche eingebrannt. Aktuell verwendete Akkumulatoren, insbesondere für Elektroautos, können im Inneren des Akkumulators einen sich selbst beschleunigenden Brand erzeugen. Bei einem solchen Brand steigt die Temperatur des Akkumulators stark an. Die hierbei entstehende Hitze kann, aufgrund der organischen Basis des KTL, das Batteriegehäuse entzünden. Derzeit auf dem Markt befindliche Batterien und Batteriegehäuse zeigen daher eine hohe Entzündlichkeit und hohe Entflammbarkeit.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Batteriegehäuse sowie eine Batterie mit reduzierter Entflammbarkeit bereitzustellen. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses anzugeben, mit dem ein flammhemmendes und damit anwendungssicheres Batteriegehäuse hergestellt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen zum Inhalt.

Demnach wird die Aufgabe durch ein Batteriegehäuse gelöst, das mindestens eine Metallplatte umfasst. Ein Batteriegehäuse im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Gehäuse, das ausgebildet ist, Batteriezellen aufzunehmen. Die Batteriezellen sind im Einzelnen nicht beschränkt, umfassen aber insbesondere wiederaufladbare Batteriezellen, wie sie insbesondere für E-Autos zur Anwendung kommen.

Das Batteriegehäuse ist weder in Form noch Größe beschränkt, umfasst aber mindestens eine Metall platte. Vorteilhafterweise kann das Batteriegehäuse in Form eines Behältnisses ausgebildet sein, in das Batteriezellen eingebracht werden können, und kann dazu auch zwei oder mehrere Metallplatten umfassen. Das Batteriegehäuse ist dazu vorgesehen, Batteriezellen aufzunehmen und diese vor mechanischer Einwirkung zu schützen. Das Batteriegehäuse ist ebenfalls vor Korrosion geschützt, nämlich dadurch, dass eine Oberfläche der mindestens einen Metallplatte mit einem kathaphoretischen Tauchlack beschichtet ist.

Als Metallplatte kann z.B. eine Stahlplatte verwendet werden.

Unter einem kathaphoretischen Tauchlack wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Lack verstanden, der wie herkömmlich, durch kathodische Tauchlackierung einer kathaphoretischen Tauchlackierung auf eine metallische Oberfläche aufgebracht ist und anschließend gebrannt wurde, so dass alle flüchtigen Komponenten verdampft und der Lack in die Oberfläche der Metallplatte eingebrannt ist. Etwaige chemische Reaktionen der Komponenten der zur Tauchlackierung verwendeten kathaphoretischen Tauchlackierung sind mit dem Brennvorgang abgeschlossen und der aus der kathaphoretischen Tauchlackierung nach dem Brennen erhaltene kathaphoretische Tauchlack zeichnet sich durch sehr gute korrosionshemmende oder korrosionsvermindernde Eigenschaften aus, die die Metallplatte des Batteriegehäuses schützen und eine lange Lebensdauer des Batteriegehäuses bedingen. In diesen Eigenschaften und der Zusammensetzung unterscheidet sich der erfindungsgemäß aufgebrachte kathaphoretische Tauchlack nahezu nicht von herkömmlichen kathaphoretischen Tauchlacken.

Erfindungsgemäß umfasst der kathaphoretische Tauchlack mindestens ein flammhemmendes Pigment. Flammhemmende Pigmente sind aus dem Stand der Technik bekannt und umfassen halogenierte Pigmente und halogenfreie Pigmente. Besonders bevorzugt aufgrund von Umweltschutzgründen sind halogenfreie Pigmente. Dabei können erfindungsgemäß ein oder mehrere flammhemmenden Pigmente in Kombination eingesetzt werden. Die erfindungsgemäß eingesetzten flammhemmenden Pigmente zeichnen sich durch eine gute Temperaturstabilität bei Verarbeitungstemperatur des Tauchlacks aus, zeigen aber eine hohe flammhemmende Wirkung bei Temperaturen oberhalb von etwa 700 °C und insbesondere bei 800 °C bis 1000 °C.

Vorteilhafterweise ist das flammhemmende Pigment bereits in die zur Beschichtung der Metallplatte durch Tauchlackierung verwendete kathaphoretische Tauchlackierung eingebracht und wird somit nach dem Aufbringen und Brennen fester Bestandteil des erhaltenen Tauchlacks, so dass sich eine mit diesem Tauchlack beschichtete Metallplatte durch hohe flammhemmende Eigenschaften auszeichnet, wodurch das Batteriegehäuse sehr gut brandresistent ist. Sofern mehrere Metallplatten am Batteriegehäuse vorhanden sind, kann die flammhemmende Wirkung dadurch verbessert werden, dass alle Metallplatten mit dem kathaphoretischen Tauchlack mit flammhemmendem Pigment beschichtet sind, insbesondere sowohl Innenoberflächen als auch Außenoberflächen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Außenoberfläche der Metallplatte mit dem kathaphoretischen Tauchlack beschichtet. Dies verhindert effizient ein Ausbreiten von etwaigen Bränden und verbessert damit die Anwendersicherheit des Batteriegehäuses.

Weiter vorteilhaft enthält der kathaphoretische Tauchlack weitere Pigmente mit einem Maximalgehalt, bezogen auf die Gesamtmasse des kathaphoretischen Tauchlacks, von 1 Masse%, und insbesondere von 0,1 Masse%. Dies bedeutet, dass der kathaphoretischen Tauchlackierung, die zur Beschichtung der Metallplatte verwendet wird und nach dem Aufbringen und Brennen den kathaphoretischen Tauchlack bildet, außer dem flammhemmenden Pigment vorzugsweise kein weiteres Pigment zugesetzt ist.

Besonders bevorzugt ist das flammhemmende Pigment das einzige Pigment in dem kathaphoretischen Tauchlack. Die Menge an Pigmenten mit Ausnahme des oder der flammhemmenden Pigmente in dem kathaphoretischen Tauchlack ist damit im Wesentlichen 0 Masse%. Um die flammhemmende Wirkung zu verlängern und besser zu steuern, liegt das flammhemmende Pigment vorzugsweise verkapselt vor. Durch die Verkapselung kann auch die Korrosionsschutzwirkung des kathaphoretischen Tauchlacks verbessert werden.

Beispielhaft einsetzbare flammhemmende Pigmente sind aus Phosphinaten, Ammoniumpolyphosphate, Zinkborat, Triarylphosphat, Melaminphosphat, Antimontrioxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid und Trialkylphosphat ausgewählt. Ein besonders gut flammhemmendes Pigment mit sehr guter Umweltverträglichkeit ist Aluminiumdiethylphosphinat. Vorzugsweise wird somit als flammhemmendes Pigment in dem hierin beschriebenen Batteriegehäuse ein solches verwendet, das Aluminiumdiethylphosphinat umfasst.

Der für das Batteriegehäuse verwendete kathaphoretische Tauchlack kann wie herkömmliche kathodische Tauchlacke ausgebildet sein und umfasst, um einen dauerhaften Korrosionsschutz und eben auch eine dauerhaft flammhemmende Wirkung zu erzeugen, vorzugsweise mindestens ein vernetztes Harz. Das Harz ist im Einzelnen nicht beschränkt und kann auf Acrylaten, Polyurethanen, Epoxiden und dergleichen basieren. Weitere Additive, wie z.B. Füllstoffe oder Additive, wie insbesondere Ruße, Aluminium- und/oder Magnesiumsilikate, Aluminium- und/oder pH-Anpassungsmittel, Katalysatoren, Netzmittel und dergleichen, können ebenfalls enthalten sein.

Des Weiteren erfindungsgemäß wird auch eine Batterie beschrieben, die ein wie vorstehend ausgebildetes Batteriegehäuse umfasst. Die Batterie enthält daneben insbesondere eine oder mehrere Batteriezellen, die insbesondere wiederaufladbar sind. Die Batterie ist insbesondere zur Anwendung in Elektroautos (E-Autos) ausgebildet. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses für die erfindungsgemäße Batterie wird auch eine Batterie mit hohen flammhemmenden Eigenschaften und damit sehr guter Anwendersicherheit bereitgestellt.

Darüber hinaus erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses beschrieben. Das Batteriegehäuse umfasst mindestens eine Metallplatte. Hierbei umfasst das Verfahren einen Schritt des Beschichtens mindestens einer Oberfläche der Metallplatte durch eine kathaphoretische Tauchlackierung, wobei die kathaphoretische Tauchlackierung mindestens ein flammhemmendes Pigment umfasst. Weitere Additive, wie z.B. Füllstoffe, wie Ruße, Aluminium- und/oder Magnesiumsilikate, pH-Anpassungsmittel, Harze oder Harzvorläufer, Vernetzungsmittel, Katalysatoren; Netzmittel, Dispergieradditive, Lösungsmittel und dergleichen können ebenfalls in der kathaphoretischen Tauchlackierung enthalten sein. Darüber hinaus umfasst das Verfahren einen Schritt des Brennens der kathaphoretischen Tauchlackierung, um diese auf der Metalloberfläche zu stabilisieren. Vorzugsweise werden alle Metallplatten des Batteriegehäuses mit der kathaphoretischen Tauchlackierung beschichtet. Dies kann auf der Innenseite der Metallplatten (ins Innere des Batteriegehäuses weisend) und/oder auf der Außenseite der Metallplatten (in die Umgebung des Batteriegehäuses weisend) erfolgen. Das Brennen erfolgt bei Temperaturen, die zur Stabilisierung des Lacks auf der Metalloberfläche geeignet sind. Im Falle von chemischen Vernetzungsreaktionen kann die Temperatur zum Brennen insbesondere 150 °C bis 400 °C und insbesondere 170 °C bis 250 °C betragen.

Die erfindungsgemäß eingesetzten flammhemmenden Pigmente zeichnen sich durch eine gute Temperaturstabilität bei Verarbeitungstemperatur der Tauchlackierung aus, also auch bei Brenntemperaturen von bis zu 400 °C. Die flammhemmenden Pigmente zeigen aber eine hohe flammhemmende Wirkung bei Temperaturen oberhalb von etwa 700 °C und insbesondere in einem Temperaturbereich von 800 °C bis 1000 °C, in dem üblicherweise Brände eine Batterie entflammen.

Die für das erfindungsgemäße Batteriegehäuse beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet werden, das erfindungsgemäße Batteriegehäuse herzustellen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung beträgt ein Gesamtgehalt an dem flammhemmenden Pigment, bezogen auf die Gesamtmasse der kathaphoretischen Tauchlackierung 10 bis 20 Masse%, und insbesondere 12 bis 19 Masse%. Weiter bevorzugt ist das flammhemmende Pigment in der kathaphoretischen Tauchlackierung das einzige Pigment. Dies bedeutet, dass der kathaphoretischen Tauchlackierung keine weiteren Pigmente außer dem oder den flammhemmenden Pigmenten zugesetzt werden. Die kathaphoretische Tauchlackierung kann also wie herkömmliche kathaphoretische Tauchlackierungen ausgebildet sein, wobei jedoch üblicherweise verwendete Pigmente durch eines oder mehrere flammhemmende Pigmente ersetzt sind.

Zur weiteren Reduktion der Entflammbarkeit werden vorteilhafterweise alle Außenoberflächen aller Metallplatten des Batteriegehäuses mit der kathaphoretischen Tauchlackierung beschichtet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisiertes Batteriegehäuse gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung.

Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei sind in Fig. 1 nur die erfindungswesentlichen Komponenten gezeigt. Alle übrigen Komponenten sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.

Im Detail zeigt Fig. 1 ein Batteriegehäuse 1, das in rechteckiger Form ausgebildet ist und sechs Metallplatten 2 umfasst. Die Metallplatten 2 können, um in das Batteriegehäuse 1 Batteriezellen einbringen zu können, zumindest teilweise lösbar miteinander verbunden sein. Das Batteriegehäuse 1 kann ferner einen elektrischen Anschlussbereich 3 zum elektrischen Anschließen der Batteriezellen an einen Verbraucher umfassen.

Die Außenoberflächen der Metallplatten 2 sind mit einem kathaphoretischen Tauchlack 4 beschichtet. Dieser wurde durch kathodisches Tauchlackieren einer kathaphoretischen Tauchlackierung nach Brennen derselben erhalten und enthält ein flammhemmendes Pigment 5. Das flammhemmende Pigment 5 umfasst insbesondere Aluminiumdiethylphosphinat.

Durch das flammhemmende Pigment 5 zeichnet sich das Batteriegehäuse 1 nicht nur durch einen hohen Korrosionsschutz, sondern auch durch eine hohe flammhemmende Wirkung aus. Das Batteriegehäuse 1 bietet damit einen hohen Entflammschutz und zeichnet sich durch eine hohe Anwendersicherheit aus. Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in Fig. 1 Bezug genommen.

Bezugszeichenliste:

1 Batteriegehäuse

2 Metallplatte

3 elektrischer Anschlussbereich

4 kathaphoretischer Tauchlack

5 flammhemmendes Pigment