CN103409668A - 锂离子电池壳体用Al-Mn合金 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂离子电池壳体用Al-Mn合金，成分为：Mn：1.0~1.5wt%，Fe：0.1~0.4wt%，Si：0.05~0.2wt%，Cu：≤0.2wt%，Zn：0.05~0.15wt%，Ti：≤0.015wt%，B：2~15ppm，且Ti+B≤0.016wt%，余量为Al和不可避免的杂质；在板材厚度方向合金内长度大于1μm的金属间化合物的面积率在2~7%，其中长度大于10μm的化合物的个数不多于150个/mm2。合金板材具有良好的机械性能、成形性能，以及优良的激光焊接性能，即使焊池熔深达到0.25mm以上，也没有飞溅产生，满足制造锂离子电池壳体的要求。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金，尤其是锂离子电池壳体用Al-Mn合金，属于铝合金加工技术领域。
背景技术
Al-Mn合金由于具有较高的强度、良好的耐腐蚀性能与成形性能，以及适用于激光焊接，被广泛用于制造锂离子电池的壳体。
对于手机、数码产品等小型锂离子电池来说，由于壳体壁厚较薄（一般为0.18~0.22mm），激光焊接熔深也要求较浅（一般为0.1~0.15mm），所以Al-Mn合金可以很好的满足不同激光焊接设备和焊接工艺的要求。
对于动力锂离子电池来说，由于容量、体积增大，所以为保证使用性能要求壳体壁厚较厚。一般10~20Ah电池的壳体壁厚为0.5~0.6mm，大容量电池（如60Ah）壳体的壁厚可以达到1~1.2mm，为保证焊接可靠性，要求较深的熔深（壁厚的50%左右）。根据对市场的调研，发现激光焊接熔深增加后，现有的Al-Mn合金（如常规3003合金）在焊接时经常会出现飞溅、焊池异常等问题，而降低了焊缝质量，增加电池漏液倾向；而且，即使相同的材料，在不同的厂家焊接时也表现出不同的焊接效果。
因此，动力锂离子电池壳体对材料的激光焊接性能要求更高，也就对材料提出了更高的使用要求。
专利申请号为200880123084.0的专利申请公开了一种脉冲激光焊用铝合金材及电池外壳，在A1000系铝合金中通过将Ti含量控制在0.1wt%以下、B含量控制在6ppm以下，能够防止在脉冲激光焊接时局部异常焊池的形成。
专利申请号为201110267253.1的专利申请公开了一种电池箱用铝合金板和电池箱，规定了JISA3000系铝合金的合金成分，尤其是认为Ti低于0.04wt%、B低于10ppm时，即使在熔深超过0.25mm时也可以得到均匀的焊池。但对焊接过程中是否产生飞溅没做说明。
为了满足动力锂离子电池壳体对铝合金板材的更高要求，就有必要对目前所使用的Al-Mn合金进行优化，解决其中存在的不利影响，如焊接飞溅、焊池异常等。
发明内容
本发明的目的是提供锂离子电池壳体用Al-Mn合金，获得的合金板材具有良好的机械性能、成形性能以及优良的脉冲激光焊接性能，可满足锂离子电池壳体，尤其是动力锂离子电池壳体的要求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
锂离子力电池壳体用Al-Mn合金，其成分为：Mn：1.0~1.5wt%，Fe：0.1~0.4wt%，Si：0.05~0.2wt%，Cu：≤0.2wt%，Zn：0.05~0.15wt%，Ti：≤0.015wt%，B：10~15ppm，且Ti+B≤0.016wt%，余量为Al和不可避免的杂质。
进一步地，上述的锂离子力电池壳体用Al-Mn合金，所述成分B含量为10~15ppm。
更进一步地，上述的锂离子力电池壳体用Al-Mn合金，所述成分Fe+Si≤0.4wt%，且含有低于0.2wt%的Mg。
再进一步地，上述的锂离子力电池壳体用Al-Mn合金，所述Al-Mn合金在板材厚度方向合金内长度大于1μm的金属间化合物的面积率在2~7%，其中长度大于10μm的化合物的个数少于150个/mm2。
再进一步地，上述的锂离子力电池壳体用Al-Mn合金，所述Al-Mn合金的O态板材的抗拉强度大于110MPa，延伸率在30%以上。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①控制Ti、B含量，显著提高合金板材的激光焊接性能，即使焊池熔深增加，也可有效降低焊接飞溅、异常焊池的产生倾向；
②Mn与Fe、Si形成Al（FeMn）Si化合物，有利于提高成形性能；
③控制Fe+Si含量，既能保证形成足够的化合物，又能尽可能的保证Mn的固溶强化作用，同时可防止形成粗大的化合物而不利于成形；
④Cu元素的加入，能增加合金的固溶度，提高合金强度及电池壳体的耐压强度。
具体实施方式
以下，对本发明的铝合金进行更具体的说明。
本发明的铝合金，Mn：1.0~1.5wt%，Fe：0.1~0.4wt%，Si：0.05~0.2wt%，Cu：≤0.2wt%，Zn：0.05~0.15wt%，Ti：≤0.015wt%，B：10~15ppm，且Ti+B≤0.016wt%，余量为Al和不可避免的杂质。
Mn：固溶于合金中有利于提高板材的强度或蠕变特性，能与Al、Fe、Si元素形成金属间化合物，有利于提高壳体加工成形。Mn含量过高时，易形成粗大的金属间化合物，不利于合金的性能。
Fe、Si：能与Al、Mn元素形成金属间化合物。Fe含量过多时，会形成粗大的金属间化合物，不利于板材的性能。Si含量过多，对合金成形不利，也会恶化合金的激光焊接性能。Fe+Si含量增加时，也会降低Mn的固溶度，而不利于合金的性能。Fe、Si含量控制较低时，会增加制造成本；因此，Fe+Si≤0.4wt%。
Cu：有利于提高合金的强度或蠕变特性。Cu含量过高时，会使焊接裂纹产生倾向增大。
Zn、Mg：有利于提高合金的强度和成形性。含量过高时，会造成激光焊接时飞溅增多，以及增加裂纹倾向。
Ti、B：可以细化晶粒，抑制铸造裂纹。含量过多时，会影响激光焊接性能，尤其是会使焊接飞溅、异常焊池产生倾向增加明显；同时会增加制造成本。含量较少时，则会降低对晶粒的细化作用，且控制困难；因此，Ti+B≤0.016wt%。
板材厚度方向合金内长度大于1μm的金属间化合物的面积率在2~7%，可以提高合金板材对激光的吸收率，以及有利于壳体的加工成形。其中长度大于10μm的化合物的个数不多于150个/mm2，过多时，粗大的化合物多会增加板材成形开裂倾向。
制备出的O态板材的抗拉强度不低于110MPa，延伸率在30%以上，可以保证优良的加工成形性能和壳体强度要求，提高冲制效率。强度偏低，无法保证使用性能，也不利于冲制。延伸率偏小，不利于板材的加工成形，容易造成冲制时壳体开裂。
本发明合金板材的制备工艺为：先将纯铝、各种中间合金按配备熔化，熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造出铸锭；将铸锭铣面后在箱式炉中以不高于100℃/h的加热速率升温到580~630℃保温5h以上，再以不高于200℃/h的冷却速率降温到450~550℃并保温1h以上，然后进行热轧；将热轧板冷轧到需要厚度，对获得的冷轧板以不高于100℃/h的加热速率升温并在350~420℃退火1h以上，板材退火后空冷。或者，将冷轧板以500℃/min以上的加热速率升温到450~550℃保温30~90s进行退火。再或者，将冷轧板以不高于100℃/h的加热速率升温到250~420℃保温1h以上进行退火，再冷轧到需要的厚度。
实施例
熔铸出表1所给合金成分的铝合金铸锭，将合金铸锭以50℃/h的升温速率从室温升温至600℃并保温10h，再以50℃/h的速率降温到510℃保温2h，然后进行热轧；再将热轧板冷轧到1.0mm厚度，对冷轧板以50℃/h的速率升温到400℃保温1h后空冷，最终得到需要的板材。
表1
表2给出了实施例1中各合金的抗拉强度、延伸率和脉冲激光焊接性能的评价结果。
表2
备注：1）脉冲激光焊接性能是在焊池熔深在0.25~0.4mm范围内进行评价的；
2）通过光学显微镜观察焊池表面，焊池没有飞溅的为“O”，发生飞溅的为“×”；
3）通过光学显微镜观察焊池表面，焊池没有裂纹的为“O”，发生裂纹的为“×”；
4）通过光学显微镜观察焊池表面，焊池均匀性良好的为“O”，一般的为“△”，差的为“×”。
由上述实验结果可以比较出，本发明通过控制合金成分，采用科学制备方法，在保证合金较高强度的基础上，提高了合金的激光焊接性能，尤其是可以明显降低焊接飞溅造成的不良影响。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (5)
1.锂离子电池壳体用Al-Mn合金，其特征在于其成分为：Mn：1.0~1.5wt%，Fe：0.1~0.4wt%，Si：0.05~0.2wt%，Cu：≤0.2wt%，Zn：0.05~0.15wt%，Ti：≤0.015wt%，B：2~15ppm，且Ti+B≤0.016wt%，余量为Al和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池壳体用Al-Mn合金，其特征在于：所述成分B含量为10~15ppm。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池壳体用Al-Mn合金，其特征在于：所述成分Fe+Si≤0.4wt%，且含有低于0.2wt%的Mg。
4.权利要求1~3中任意所述的锂离子电池壳体用Al-Mn合金，其特征在于：所述Al-Mn合金在板材厚度方向合金内长度大于1μm的金属间化合物的面积率在2~7%，其中长度大于10μm的化合物的个数少于150个/mm2。
5.权利要求1~3中任意所述的锂离子电池壳体用Al-Mn合金，其特征在于：所述Al-Mn合金的O态板材的抗拉强度大于110MPa，延伸率在30%以上。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110923517A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-03-27 | 福建省鼎智新材料科技有限公司 | 一种可高温钎焊的铝锰合金及其成型方法 |
| CN111647775A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-09-11 | 银邦金属复合材料股份有限公司 | 新能源动力电池壳、铝合金及其制造方法 |
| CN113802033A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-17 | 山东宏桥新型材料有限公司 | 一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材及其制备工艺和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101899632A (zh) * | 2010-08-20 | 2010-12-01 | 浙江巨科铝业有限公司 | 一种3003铝合金深冲圆片的生产方法 |
| CN102628129A (zh) * | 2011-02-01 | 2012-08-08 | 株式会社神户制钢所 | 电池壳体用铝合金板和电池壳体 |
| JP2013097900A (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Kobe Steel Ltd | 二次電池用アルミニウム缶体及びその製造方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101899632A (zh) * | 2010-08-20 | 2010-12-01 | 浙江巨科铝业有限公司 | 一种3003铝合金深冲圆片的生产方法 |
| CN102628129A (zh) * | 2011-02-01 | 2012-08-08 | 株式会社神户制钢所 | 电池壳体用铝合金板和电池壳体 |
| JP2013097900A (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Kobe Steel Ltd | 二次電池用アルミニウム缶体及びその製造方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110923517A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-03-27 | 福建省鼎智新材料科技有限公司 | 一种可高温钎焊的铝锰合金及其成型方法 |
| CN111647775A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-09-11 | 银邦金属复合材料股份有限公司 | 新能源动力电池壳、铝合金及其制造方法 |
| CN113802033A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-17 | 山东宏桥新型材料有限公司 | 一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材及其制备工艺和应用 |
| CN113802033B (zh) * | 2021-09-15 | 2022-03-08 | 山东宏桥新型材料有限公司 | 一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材及其制备工艺和应用 |
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