CN103898379A - 一种锂离子电池铝合金防爆片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂离子电池铝合金防爆片，其中，以锂离子电池铝合金防爆片的总质量为基准，包括：Mg为1.01~1.05wt%，Mn为0.43~0.45wt%，稀土元素为0.1~0.5wt%，剩余部分由铝和杂质构成，并且，作为杂质的Si为0.015~0.02wt%。同时，本发明还提供了一种上述铝合金防爆片的制备方法。本发明提供的锂离子电池铝合金防爆片，起爆压力稳定，能保证锂离子电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池的铝合金防爆片。
背景技术
锂离子电池的安全性能是衡量动力电池性能的关键指标，而防爆片作为保证铝壳单体电池安全性的关键部件，其力学性能的稳定性至关重要。要求防爆片具有良好的耐腐蚀性、焊接性能以及稳定的爆破压力。
现有技术中的锂离子电池防爆片，其采用的材料有铝锰合金或铝镁合金。但是，铝锰合金中含有AlFeMn相，由于其相态的不均匀，且AlFeMn相位杂质相，爆破压力的稳定性较差；铝镁合金在焊接过后，软化较快，爆破压力较难控制。
另外，在后期的焊接过程中，由于焊接余热对基材的影响，导致铝合金发生再结晶，加工硬度降低，最终导致的结果是防爆片的起爆压力的不稳定，不能控制在要求的范围内。
因此，为了保证锂离子电池的安全性能，需要开发一种起爆压力稳定的锂离子电池防爆片。
发明内容
本发明为解决目前锂离子电池用的铝合金防爆片存在起爆压力不稳定的技术问题，提供一种起爆压力稳定的锂离子电池铝合金防爆片。
本发明提供了一种锂离子电池铝合金防爆片，以锂离子电池铝合金防爆片的总质量为基准，具有Mg为1.01~1.05wt%，Mn为0.43~0.45wt%，稀土元素为0.1~0.56wt%，剩余部分由铝和杂质构成，并且，作为杂质的Si为0.015~0.02wt%。
同时，本发明还提供了一种上述锂离子电池防爆片的制备方法，包括以下步骤：
S1、板材制备：按上述配比称取原料，经熔铸、均匀化退火、锯切、铣面、加热、热轧、冷轧、预剪切、退火、矫直以及剪切工序，值得板材；
S2、冲压成型：取步骤S1中制备的板材，经裁切、拉伸以及冲压制得带有压痕的防爆片坯件；
S3、取步骤S2制备的防爆片坯件，经热处理，制得成品防爆片。
本发明与现有技术相比，在铝合金中加入了稀土元素，其杂质相为铝稀土相，其相比较均匀，钉扎位错，能够一定程度上防止防爆片上裂纹的产生，因此，制得的锂离子电池铝合金防爆片起爆压力稳定，能保证锂离子电池的安全性能。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种锂离子电池铝合金防爆片，以锂离子电池铝合金防爆片的总质量为基准，该锂离子电池铝合金防爆片具有1.01~1.05wt%的Mg，0.43~0.45wt%的Mn，0.1~0.5wt%的稀土元素，剩余部分由铝和杂质构成，并且，作为杂质的Si为0.015~0.02wt%。
上述成分为5系铝合金里都含有的组分，其中，Mn在熔铸过程中起到调质及提高结构强度的作用。
上述稀土元素为钪、钇或镧系稀土元素的一种或几种。其中，钪、钇和镧能够细化铝合金的晶粒，使成分更加均匀化，增加强度，因此，上述稀土元素优选钪、钇和镧的一种或几种。
杂质中还包括铬、铜和镍，其总含量控制在0.1wt%~0.2wt%。
本发明还提供了一种锂离子电池铝合金防爆片的制备方法，包括以下步骤：
S1、板材制备：按权利要求1至3任意一项的配比称取原料，经熔铸、均匀化退火、锯切、铣面、加热、热轧、冷轧、预剪切、退火、矫直、剪切工序，制得板材；
S2、冲压成型：取步骤S1中制备的板材，经裁切、拉伸以及冲压制得带有压痕的防爆片坯件；
S3、取步骤S2制备的防爆片坯件，经热处理，制得成品防爆片。
在本发明中，步骤S1中的熔铸采用的是超声波—氩气搅拌复合精炼技术，能够有效的降低铝合金的含气量及夹杂物的含量。
在步骤S2中，进行冲压操作的同时，检测切口的厚度，保证冲压切口尺寸深度的一致性，防止冲压切口深度的不同引起防爆片的起爆压力变得不稳定。
步骤S3中，热处理所使用的技术为激光局部热处理技术。具体过程如下：取冲压成型的防爆片，将激光束扫描至防爆片压痕处，其红外能量被防爆片表面吸收使其温度升高，随着激光束离开防爆片，其表面的热量迅速向内部传递而形成较高的冷却速度。
上述激光局部热处理将防爆片坯件表面温度升高至350~400℃。
步骤S2中，冲压操作时的压延率优选75%~83%。
上述退火条件优选300~350℃。退火时间优选30~35min。
一般情况下，引起防爆片起爆压力不稳定的原因有：
1、由于组织中存在第二相粒子，其变形能力比基体金属低，在拉伸变形时会阻止基体塑性变形，在粒子上形成应力集中，使粒子与基体分开或形成空穴，形成裂纹，而材料中的杂质相粒子及其相态的不均匀性会加剧其裂纹形成的过程，导致其起爆压力不稳定。
2、铝合金冲压切口的尺寸深度不一致，导致起爆压力不稳定。
3、在焊接过程中，如材料软化过快，起爆压力难以控制，另一方面，由于焊接余热对基材的影响，导致铝合金发生再结晶，加工硬度降低，最终导致的结果是防爆片的起爆压力不稳定。
基于上述原因，本发明的优点可总结为以下几点：
1、采用组织更均匀对热处理敏感度更小的铝镁稀土合金，其杂质相为铝稀土相，其相比较均匀，钉扎错位，可以防止裂纹的产生。
2、在熔铸过程中，利用超声波—氩气搅拌复合精炼技术，有效降低铝合金含气量及夹杂物的含量。
3、在冲压过程中，检测切口厚度，保证冲压切口尺寸深度的一致性，防止冲压切口深度的不同，引起起爆压力的不稳定。
4、采用本发明提供的技术方案进行热处理后，金相组织由纤维状轧制态组织向完全退火态组织转变，且防爆片的硬度降低；在后期的焊接过程中，温度的升高基本不影响防爆片组织的变化，硬度和抗拉强度变化范围小，防爆片的起爆压力维持在稳定值。
实施例1
含有1.01wt%的Mg，0.43wt%的Mn，0.015wt%的Si，0.2wt%的钪，铬、铜和镍的总含量为0.1wt%，其余为铝和杂质的组分，经熔铸（超声波—氩气搅拌复合精炼技术）、均匀化退火、锯切、铣面、加热、热轧、冷轧、预剪切、退火、矫直、剪切工序，制得板材。退火时间为30min，退火条件为300℃。
取长度约为300mm、宽度约为35mm的板材，采用连续模裁切防爆片的外型轮廓，拉伸中间薄膜，而后以75%的压延率进行冲压操作，在防爆片上冲制压痕，冲压过程中检测切口厚度，制得切口比较均匀的带有压痕的防爆片坯件。
取冲压成型的防爆片，将激光束扫描至防爆片压痕处，其红外能量被防爆片表面吸收，使其温度升高至350~400摄氏度，随着激光束离开防爆片，其表面的热量迅速向内部传递而形成较高的冷却速度，制得成品防爆片。
实施例2
与实施例1相比，不同的是，选取的组分由1.05wt%的Mg，0.45wt%的Mn，0.02wt%的Si，0.3wt%的钇，铬、铜和镍的总含量为0.15wt%，其余为铝和其他杂质。冲压操作中，压延率控制在79%；退火时间为32min、退火条件为325℃。
实施例3
与实施例1相比，不同的是，选取的组分由1.05wt%的Mg，0.45wt%的Mn，0.0155wt%的Si，钪和钇和镧的含量为0.5wt%，铬、铜和镍的总含量为0.2wt%，其余为铝和其他杂质。冲压操作中，压延率控制在83%；退火时间35min，退火条件为350℃。
对比例
含有0.72wt%的铁，1.1wt%的锰，0.6wt%的硅，铜和锌的总量为0.16wt%，其余为铝的组分，经熔铸、均匀化退火、锯切、铣面、加热、热轧、冷轧、预剪切、退火、矫直、剪切制成铝合金板材。
取长度为300mm，宽度为35mm的板材，采用连续模裁切防爆片的外型轮廓，拉伸中间薄膜，而后进行冲压制作压痕，最后裁切边缘，制成成品防爆片。
测试
测试实施例1至3以及对比例制作的防爆片的性能。
产品性能测试：
1、采用-1000显微硬度计对产品进行硬度值的测量。
2、每个实施例或对比例分别选取五个防爆片产品，对产品进行起爆压力的模拟测试。
测试结果如下表。
| 编号 | 硬度值（HV0.05） | 起爆压力 （Mpa） | 起爆压力 （Mpa） | 起爆压力 （Mpa） | 起爆压力 （Mpa） | 起爆压力 （Mpa） |
| 实施例1 | 55.4 | 0.439 | 0.437 | 0.450 | 0.453 | 0.455 |
| 实施例2 | 54.9 | 0.430 | 0.432 | 0.439 | 0.441 | 0.445 |
| 实施例3 | 54.3 | 0.425 | 0.430 | 0.431 | 0.435 | 0.438 |
| 对比例 | 45.2 | 0.545 | 0.643 | 0.523 | 0.438 | 0.389 |
从上表的测试结果可以看出，按照实施例1至3的配比和制备方法制得的防爆片的硬度均高于按照对比例的配比和制备方法制得的防爆片的硬度。且，通过多组对比分析，采用实施例1至3制得的防爆片其硬度值波动小；通过对每个实施例或对比例的多个产品起爆压力的测试和对比，从上表中可以看出按照本实用新型提供的技术方案进行的实施例1至实施例3，五个测试样品分别测得的起爆压力波动较小（一般波动都在0.02Mpa左右），稳定性好；而对比例的起爆压力五个测试样品分别测得的起爆压力波动就比较大（都在0.1Mpa左右），稳定性差。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种锂离子电池铝合金防爆片，其特征在于，以锂离子电池铝合金防爆片的总质量为基准，具有：
Mg为1.01~1.05wt%，Mn为0.43~0.45wt%，稀土元素为0.1~0.5wt%，剩余部分由铝和杂质构成，并且，作为杂质的Si为0.015~0.02wt%。
2.如权利要求1所述的锂离子电池铝合金防爆片，其特征在于，所述稀土元素为钪、钇或镧系稀土元素的一种或几种。
3.如权利要求2所述的锂离子电池铝合金防爆片，其特征在于，所述稀土元素为钪、钇或镧的一种或几种。
4.如权利要求1所述的锂离子电池铝合金防爆片，其特征在于，所述杂质包括铬、铜以及镍，所述铬、铜和镍的总含量为0.1wt%~0.2wt%。
5.一种权利要求1至4任意一项所述的锂离子电池铝合金防爆片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、板材制备：按权利要求1至4任意一项的配比称取原料，经熔铸、均匀化退火、锯切、铣面、加热、热轧、冷轧、预剪切、退火、矫直、剪切工序，制得板材；
S2、冲压成型：取步骤S1中制备的板材，经裁切、拉伸以及冲压制得带有压痕的防爆片坯件；
S3、取步骤S2制备的防爆片坯件，经热处理，制得成品防爆片。
6.如权利要求5所述的铝合金防爆片的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述熔铸步骤采用超声波—氩气搅拌复合精炼技术。
7.如权利要求5所述的铝合金防爆片的制备方法，其特征在于，步骤S2中，在进行所述冲压操作的同时，检测切口的厚度。
8.如权利要求5所述的铝合金防爆片的制备方法，其特征在于，步骤S3中，采用激光局部热处理技术对防爆片表面的压痕进行热处理。
9.如权利要求8所述的铝合金防爆片的制备方法，其特征在于，使用激光局部热处理将防爆片坯件表面温度升高至350~400℃。
10.如权利要求5所述的铝合金防爆片的制备方法，其特征在于，步骤S2中，冲压操作时的压延率为75%~83%。
11.如权利要求5所述的铝合金防爆片的制备方法，其特征在于，退火条件为300~350℃。
12.如权利要求11所述的铝合金防爆片的制备方法，其特征在于，所述退火时间为30~35min。
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