CN106521246A - 用于电池外壳铝合金防爆阀的材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电池外壳铝合金防爆阀的材料及其制造方法，所述用于电池外壳铝合金防爆阀材料，其特征在于，其组成和重量百分比含量如下：Fe：0.5‑1.5％，Bi：0.05‑0.3％，Mn：0.2‑1.0％，Zn：Si<0.1％，Sm：0‑0.2％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％。本发明具有很好的耐蚀性，焊接接头产品良率高，铋的热缩作用使焊接接头外观美观。本发明材料经过不同加工量的冲压加工后，加工量越大，加工硬化的趋势逐渐减弱，其延伸率好于AA1050和AA300材料。

Description

用于电池外壳铝合金防爆阀的材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电池外壳铝合金防爆阀材料及其制造方法。
背景技术
电池壳体一般是将铝板拉伸成形的罐体材料和铝合金板材冲压形成防爆壳体材料密封组合，封入电解液、电极等内部结构体后，再将罐体材料和防爆材料壳体材料进行焊接而成。
电池壳体材料强度要求高，特别是对于密封防爆阀壳体材料，不仅要求冲压加工后强度高，还要求有良好的高拉伸性能、良好的高冲压成形性，及焊接容身大。当电池由于过充电导致电池热失控时，防爆阀壳体材料中防爆阀要冲压成一定设计形状，冲压部分局部变薄，减低内部压力。
防爆阀壳体材料采用冲压加工来一体成形的方法，不同于过去防爆阀“刻印”加工方法。前者可以实现低压工作、工作安定，同时降低了焊接过程中焊接热、也降低了壳体变形的可能。
作为防爆阀壳体材料，目前使用的有三种材料，AA1050、AA3003和Al-Mn-Fe-Si系材料。AA1050虽然加工性能优异，但加工后强度低，焊接性能差。AA3003虽然加工后强度高，焊接性能优异，但在冲压加工中会加工硬化，因此为了调节防爆阀的驱动压力需要进行热处理，导致成本成为突出的问题。Al-Mn-Fe-Si系材料与AA3003相比，虽然裂纹扩展性得以提高，加工硬化得以降低，且不需要冲压加工后的热处理，但存在加工硬化而导致防爆阀冲压部硬度增大，防爆阀冲压部的驱动压力超过设计压力而导致电池外壳其他部分鼓起或爆裂，起不到防爆的作用。
发明专利CN201180072252.X提供一种可降低防爆阀驱动压力，同时激光焊接性优异的锂离子电池壳体用铝合金板材。该专利对铝铁相细化要求严格，如果保证不了铝铁相细化，粗大的铝铁相会产生加工硬化现象，且生产不适合常规熔铸手段，只适用于半连续铸造方法。
日本特开2006-037129提到了铝合金电池封盖板材料，该专利也是以铝铁相细化为目的，但硅和锰铁总含量过高，易形成粗大相，导致加工硬化，且需要退火处理，因此性能不稳定还多出退火处理的工序，浪费人力、物力以及能源。
发明内容
本发明提供一种电池外壳铝合金防爆阀材料及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
所述的电池外壳铝合金防爆阀材料，其组成和重量百分比含量如下：Fe：0.5-1.5％，Bi：0.05-0.3％，Mn：0.2-1.0％，Zn：，Si<0.1％，，Sm：0-0.2％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％；
或者，所述的电池外壳铝合金防爆阀材料，其组成和重量百分比含量如下：Fe：0.5-1.5％，Bi：0.05-0.3％，Mn：0.2-1.0％，Zn：，Si<0.1％，，Sm：0.15-0.18％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％。
所述的电池外壳铝合金防爆阀材料，其板料厚度为100～2000μm；
所述的电池外壳铝合金防爆阀材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将合金按照配比进行熔炼，熔铸温度为665-675℃，熔铸初期速度为0-30mm/min，铸锭正常浇注速度为50-60mm/min，熔铸冷却水流量为3-8m3/min，在线除气，铸锭厚度为50-560mm，然后切断，去除铸锭头部250mm，尾部150mm，然后进行铣面，单面铣去6mm；
(2)将步骤(1)的产物，均质化热处理，在580-600℃加热1-2小时后，取出铸锭，480-500℃保温1-3小时，然后在355-385℃进行热轧，热轧道次分为七次，单次冷轧率为30-35％；
(3)将步骤(2)的产物在330-360℃退火1-3小时，得到电池外壳铝合金防爆阀材料的使用状态；
其中，步骤(2)中，热轧最终厚度为4-7mm。
本发明的有益效果：利用低熔点元素铋和/或稀土元素钐细化作用克服锰和铁含量高易形成大颗粒化合物而带来的不利影响。由于合金中加入铋、和稀土元素钐，这些元素弥散在基体内，形成锰、铁化合物形核核心，细化含锰、铁化合物，这些微细的金属间化合物表现为位错湮灭点，使本发明材料防爆阀加工区不产生加工硬化或只是较小加工硬化。多余的铁、锰等元素向高稀土的球状相偏聚，从而使最后凝固的晶界处杂质元素大大降低，净化了晶界，减少晶界处高铁的脆性相，提高晶界强度，改善塑性。加入稀土元素钐形成高熔点稀土钐化合物，形成的高熔点稀土化合物极化电位和基体极化电位接近，电势匹配，这些稀土化合物和基体搭配，使铝箔材料有很好的耐蚀性。
材料中加入铋元素有良好的焊接性能，使焊接接头产品良率高，铋的热缩作用使焊接接头外观美观。本发明材料经过不同加工量的冲压加工后，加工量越大，加工硬化的趋势逐渐减弱，其延伸率好于AA1050和AA300材料。
附图说明
图1为合金从O态开始不同加工量的抗拉强度
具体实施方式
实施例1～4和对比例1
(1)将合金按照表1配比进行熔炼；
表1合金成分配比
实施例和对比例 Si Fe Mn Bi Sm Al
对比例1 0.11 1.25 0.5 / / 余量
实施例1 0.08 1.27 0.502 0.15 / 余量
实施例2 0.05 1.18 0.5 0.13 0.15 余量
实施例3 0.06 1.49 0.2 0.1 0.15 余量
实施例4 0.07 0.9 0.5 0.29 0.18 余量
实施例1～2和对比例1的熔铸温度为665℃，实施例3～4的熔铸温度675℃，在线除气，实施例1～2和对比例1的铸锭厚度为50mm，实施例3～4的铸锭厚度为560mm，熔铸速度如下表：
水流量如下表：
然后切断，去除铸锭头部250mm，尾部150mm，然后进行铣面，单面铣去6mm；
(2)将步骤(1)的产物，均质化热处理，在580-600℃加热1-2小时后，取出铸锭，保温，然后进行热轧，热轧道次分为七次；
其中：
对比例1：铸锭取出后，480℃保温3小时，在355℃进行热轧，热轧最终厚度为4mm，热轧道次分为七次，单次冷轧率为30％
实施例1～2：铸锭取出后，480℃保温3小时，在355℃进行热轧，热轧最终厚度为4mm，热轧道次分为七次，单次冷轧率为30％；
实施例3～4：铸锭取出后，500℃保温1小时，在385℃进行热轧，热轧最终厚度为7mm热轧道次分为七次，单次冷轧率为35％；
(3)将步骤(2)的产物退火，得到电池外壳铝合金防爆阀材料的使用状态；
其中：对比例1：在330℃退火3小时；实施例1～2：在330℃退火3小时；实施例3～4，在360℃退火1小时；
合金性能测试结果如表2所示，抗拉强度采用GB-T228-2002规定的方法检测。
表2合金从O态开始不同加工量的抗拉强度
由表2和附图1可知，实施例和对比例从O态开始，随着加工量增加，其强度不断增加，当实施例合金从O态加工到70％时，其抗拉强度达到最大，随后随着加工量的增大，其强度不断减小，也就是在加工量在大于70％以后，加工硬化现象减弱，而对比合金AA1050、AA300和对比例1，在从O态加工70％以后，抗拉强度仍不断提高，即加工硬化现象随加工量增大仍不断增大。由此可知合金加入Bi或Sm元素，在一定加工量以后能够明显降低加工硬化现象，改变合金原来组织变形方式，完全满足了防爆阀变形的需要。

Claims (10)

1.用于电池外壳铝合金防爆阀材料，其特征在于，其组成和重量百分比含量如下：Fe：0.5-1.5％，Bi：0.05-0.3％，Mn：0.2-1.0％，Zn：，Si<0.1％，Sm：0-0.2％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％。
2.根据权利要求1所述的用于电池外壳铝合金防爆阀材料，其特征在于，其组成和重量百分比含量如下：Fe：0.5-1.5％，Bi：0.05-0.3％，Mn：0.2-1.0％，Zn：，Si<0.1％，，Sm：0.15-0.18％，余量为不可避免的杂质和Al，所述的杂质含量<0.05wt％。
3.根据权利要求1或2所述的用于电池外壳铝合金防爆阀材料，其特征在于，厚度为100～2000μm。
4.根据权利要求1、2或3所述的电池外壳铝合金防爆阀材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将合金按照配比进行熔炼，铸锭，在线除气，切断，铣面；
(2)将步骤(1)的产物，均质化热处理，取出铸锭，保温小时，然后热轧；
(3)将步骤(2)的产物退火，得到电池外壳铝合金防爆阀材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，将合金按照配比进行熔炼，熔铸温度为665-675℃，熔铸初期速度为0-30mm/min，铸锭正常浇注速度为50-60mm/min，熔铸冷却水流量为3-8m3/min，在线除气，铸锭厚度为50-560mm，然后切断，去除铸锭头部250mm，尾部150mm，然后进行铣面，单面铣去6mm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，将步骤(1)的产物，均质化热处理，在580-600℃加热1-2小时后，取出铸锭，480-500℃保温1-3小时，然后在355-385℃进行热轧。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，热轧道次分为七次，单次冷轧率为30-35％。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，热轧最终厚度为4-7mm。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将步骤(2)的产物在330-360℃退火1-3小时。
10.低熔点元素铋和/或稀土元素钐在制备电池外壳铝合金防爆阀材料中的应用。
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