CN100590214C - 一种用于制造电池外壳的铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的用于制造电池外壳铝合金，该铝合金具有如下重量百分比组成：0.1%＜硅Si＜0.3%，0.2%＜铁Fe＜0.55%，0.12%＜铜Cu＜1.0%，0.25%＜镁Mg＜0.6%，0.5%＜锰Mn＜2%，0.05%＜锆Zr＜0.3%，0.05≤钛Ti≤0.1，其他元素每种至多为0.05%，且总量至多为本0.15%，余量为铝。本发明提供了一种既具有高拉伸强度、高屈服强度，又具有低延伸率的用于制造电池外壳的铝合金。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种新型材质铝合金，具体涉及一种用于制造电池外壳材料的铝合金。
【技术背景】
电子技术的发展，对高比能量的移动电源需求量加剧。由于锂离子电池具有体积小、重量轻、高电压、高容量的优点且循环寿命长、安全性能好、放电电压高、比能量大等，使其广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等通讯产品电子器件中，近几年还逐步向电动汽车、空间技术、国防工业等诸多领域拓展应用范围。伴随着高端电子产品不断的更新换代，电子整机逐步向短、小、轻、薄等趋势发展，并在3C(通信、IT、消费电子)融合的大趋势下消费电子将朝向具有多媒体整合的功能发展，受此趋势的影响，与之配套的移动电源----锂离子二次电池也将向轻、薄等方向发展。如何在锂二次电池轻、薄等前提下保证其原有电池的高容量成为锂电池生产厂家首要解决的问题。
为保证锂离子二次电池的高容量并在维持电池外形尺寸不变的前提下，众多锂电池生产厂家多选用优良的化工原材料和降低铝质壳体的壁厚从而增加壳体内部空间这二种方式来实现上述目的。其中降低铝质壳体壁厚增加内部空间成为众多厂家首选的方法。
目前市场上使用的铝质壳体材质为合金A3003P-H1，该铝合金具有如下重量百分比组成：Si 0.30％，Fe 0.55％，Cu 0.12％，Mn 1.0％，Ti％小于或等于0.05％余量为铝及其他微量杂质.
该铝合金因为其材质本身较软，因而在壳体加工及电池生产过程中易出现以下问题：1、延伸率过大，约6％左右，从而造成壳体在拉伸加工薄壁壳体过程中难以控制，因而材料报废率较高；2、在包装及运输过程中受外力冲撞或挤压后易造成壳口和平面变形现象；3、激光焊易出现砂眼，漏气品质不良率较高，若电芯内部产生压力或产生气体，壳体极易出现膨胀现象从而导致电芯的降级或报废，造成较大的经济损失。
因此，针对电池外壳对铝合金材质的特殊要求，寻求高拉伸强度、高屈服强度、低延伸率的铝合金成为当务之急！
【发明内容】
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有高拉伸强度、高屈服强度、低延伸率的用于制造电池外壳的铝合金。
本发明的目的另一目的还在于使用该铝合金制造的电池外壳。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型的用于制造电池外壳铝合金，该铝合金具有如下重量百分比组成：0.1％＜硅Si＜0.3％，0.2％＜铁Fe＜0.55％，0.12％＜铜Cu＜1.0％，0.25％＜镁Mg＜0.6％，0.5％＜锰Mn＜2％，0.05％＜锆Zr＜0.3％，0.05≤钛Ti≤0.1，其他元素每种至多为0.05％，且总量至多为本0.15％，余量为铝。
Si是本发明合金中的合金元素，期望Si通过固溶硬化和析出硬化改善合金的强度，但存在过多会影响合金其他方面的性能，本发明选择其含量范围在0.1％-0.3％，优选0.2％-0.25％。
Cu存在于本发明的合金中，以改善所述合金强度。Cu的含量限制在0.12％-1.0％的范围内，更优选地，限制在0.2％-0.6％范围内，以便达到所要求的强度。
Fe是一种存在于所有已知的铝合金中的合金元素。为了增加合金的强度而加入Fe，其含量控制在0.2％-0.55％，优选0.3％-0.50％。
Mn是本合金中的重要合金元素，同样是为了提高合金的强度而加入Mn。其含量范围是05％-2％，优选1％。
Mg能显著增加合金的强度，但是在其它方面具有不利影响，为此，Mg含量为0.25％-0.6％，优选0.3-0.45％。
其它金属对本发明合金的强度及其它性能没有太大的作用，但是zr能提高其焊接性能，zr的含量为0.05％-0.3％，优选0.15％；据有关文献研究发现Ti的存在可以降低合金的延伸率，但不能过多，本发明中其含量为0.05％-0.1％，优选0.05％-0.08％。
该铝合金主要用于制造电池的外壳，也可用于其它用途。
结合下面将要详述的实施例，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、高强度。因Cu、Mg能有效提高合金硬度，故新材质薄壁铝壳通过对合金成份Cu、Mg适量调配，从而使其壳体表面强度大大提高，经实际检测证明，本发明铝合金的拉伸强度及屈服强度同A3003P-H14相比提高约20.0--70.0N/mm2、延伸率降低约50％左右。而且强度的增强也降低其受外力作用下壳口及表面变形现象；2、耐膨胀性能提高。新材质薄壁铝壳表面强度的提高可有效防止电芯内部产生气体后导致壳体膨胀，也可大大降低电芯多次循环后电芯厚度的膨胀系数。本发明铝合金在高温条件下耐膨胀性能也大大优于A3003P-H14。因此，用该铝合金作成的电池外壳，在不改变强度要求的情况下可以将壳壁制作的更薄，从而在外形尺寸不变前提下有效增加壳体内部空间，提高电池的设计容量。另外，本发明通过调整合适的zr含量，使电池外壳具有较好的焊接性能，能降低焊接不良率。
【具体实施方式】
下面将参照实施例对本发明进行详述，但这些实施例在任何情况下都不应解释为是用来限制本发明的范围的。
如下表1所示，为按重量百分比计，采用本发明合金成份做成的铝合金同A3003P-H14进行比较的不同实施例，其中实施例(1-15)为本发明材料成份，对比例(16)为A3003P-H14的材料成份。
表2为表1铝合金的机械性能，从表2中可知，1-15的拉伸强度、屈服强度均明显优于A3003P-H14，而且延伸率比A3003P-H14型铝合金低50％以上。
表1以重量百分比计的所实验的铝合金的化学成分，余量为铝和杂质
| 材料 成分 | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zr | Ti |
| 1 | 0.1 | 0.2 | 0.12 | 0.5 | 0.25 | 0.05 | 0.05 |
| 2 | 0.3 | 0.55 | 1.0 | 2 | 0.6 | 0.3 | 0.1 |
| 3 | 0.1 | 0.25 | 0.18 | 0.6 | 0.28 | 0.10 | 0.05 |
| 4 | 0.30 | 0.52 | 1.0 | 1.6 | 0.5 | 0.20 | 0.09 |
| 5 | 0.18 | 0.40 | 0.12 | 1 | 0.40 | 0.3 | 0.09 |
| 6 | 0.25 | 0.2 | 0.6 | 0.8 | 0.6 | 0.20 | 0.08 |
| 7 | 0.25 | 0.55 | 0.15 | 2 | 0.5 | 0.15 | 0.08 |
| 8 | 0.2 | 0.3 | 0.2 | 0.5 | 0.3 | 0.15 | 0.05 |
| 9 | 0.2 | 0.3 | 0.8 | 0.8 | 0.25 | 0.15 | 0.05 |
| 10 | 0.25 | 0.52 | 0.6 | 1.4 | 0.45 | 0.05 | 0.08 |
| 11 | 0.28 | 0.3 | 0.6 | 0.8 | 0.45 | 0.15 | 0.1 |
| 12 | 0.2 | 0.3 | 0.2 | 0.8 | 0.3 | 0.15 | 0.05 |
| 13 | 0.25 | 0.5 | 0.6 | 1.4 | 0.45 | 0.15 | 0.08 |
| 14 | 0.25 | 0.3 | 0.6 | 0.8 | 0.45 | 0.15 | 0.08 |
| 15 | 0.23 | 0.40 | 0.40 | 1 | 0.4 | 0.15 | 0.065 |
| 16(A3003P-H14) | 0.3 | 0.55 | 0.12 | 1 | 0 | 0 | ＜0.05 |
表2表1铝合金的机械性能
由上表可知，通过调整合金铝材内部成份，特别是调整Fe、Cu、Mg、Mn等金属元素的含量来改变和增强合金铝的机械特性，并且通过对合金铝内部各金属元素含量比例的调配使该新型材质合金铝的拉伸强度及屈服强度同A3003P-H14相比提高约20.0--70.0N/mm2、延伸率降到3％左右，延伸率降幅达50％以上。
同时，该新材质铝合金通过内部金属元素含量的调整后其在高温条件下耐膨胀性能也大大优于A3003P-H14铝合金。例如：分别在25℃、80℃、120℃、150℃、180℃检测实施例(7)和对比例(16)的拉伸强度：实施例(7)的拉伸强度(N/mm2)分别为：195、196、198、200、205，而实施例(16)的拉伸强度(N/mm2)分别为：167、165、163、159、155，根据上述两组对比数据，我们可以发现，在25-180℃范围内，本发明的拉伸强度不但没有降低，而且还略有增加，显示出优异的耐膨胀性能。而反观对比例，在本来就较底的拉伸强度情况下，拉伸强度进一步降低，显示出较差的耐膨胀性能。
Claims (11)
1、一种用于制造电池外壳的铝合金，按重量百分比计，其组成为：0.1％＜Si＜0.3％，0.2％＜Fe＜0.55％，0.12％＜Cu＜1.0％，0.25％＜Mg＜0.6％，0.5％＜Mn＜2％，0.05％＜Zr＜0.3％，0.05≤Ti≤0.1，其他元素每种至多为0.05％，且总量至多为0.15％，余量为铝。
2、根据权利要求1所述的用于制造电池外壳的铝合金，其特征在于：Fe的含量为0.3％-0.5％。
3、根据权利要求1或2所述的用于制造电池外壳的铝合金，其特征在于：Cu的含量为0.2％-0.6％。
4、根据权利要求3所述的用于制造电池外壳的铝合金，其特征在于：Mg的含量为0.3％-0.45％。
5、根据权利要求4所述的用于制造电池外壳的铝合金，其特征在于：Mn的含量为0.8％-1.4％。
6、根据权利要求5所述的用于制造电池外壳的铝合金，其特征在于：Si的含量为0.2％-0.25％。
7、根据权利要求6所述的用于制造电池外壳的铝合金，其特征在于：Ti的含量为0.05％-0.08％。
8、根据权利要求7所述的用于制造电池外壳的铝合金，其特征在于：Mn的含量为1％。
9、根据权利要求8所述的用于制造电池外壳的铝合金，其特征在于：Zr的含量为0.15％。
10、根据权利要求9所述的用于制造电池外壳的铝合金，其特征在于：Fe的含量为0.40％，Cu的含量为0.4％，Mg的含量为0.4％，Si的含量为0.23％，Ti的含量为0.065％。
11、一种采用上述权利要求1-10任意一项所述铝合金制作的电池外壳。
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