一种锂离子电池外壳用铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池外壳用铝合金，该铝合金的组成及重量百分含量为Si：0.4-0.5％，Fe：1.1-1.3，Mn：0.25-0.4，Mg：0.03-0.045，Nb：0.004-0.005，Ga：0.1-0.2，混合稀土元素RE：0.01-0.03，余量为铝及不可避免的杂质元，同时还提供了其制备方法，主要包括原料准备、铝锭熔炼、合金化处理、精炼及连铸、轧制及热处理等步骤，本发明专利技术的铝合金具有成型性优良、强度高、延展性好同时易于加工的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
铝合金不但具有质量轻、强度高、延展性好等特点，同时兼具抗蚀性强、易加工成型等优良性能。因此，铝合金在航空航天、汽车、轮船以及电子产品等领域得到了广泛的应用，成为发展国民经济与提高人民物质和文化生活的重要基础材料，并且在国防军工现代化、交通工具轻量化和国民经济高速持续发展中占有重要的地位。特别是在当今世界人类的生存和发展正面临着资源、能源、环境、安全等问题的严峻挑战，因此，加速发展铝工业和铝合金材料加工技术具有重大的战略意义。在手机或笔记本电脑中组装的部件，强烈要求其质轻，因而铝合金被广泛用于电池的外装即外壳的材料，目前为了满足电池的小型化及其轻量化等，对其中使用的方形锂离子电池的外壳材料，也要用A3003铝合金板代替起初的钢板或不锈钢板。方形电池的外壳采用激光焊接技术，用纯铝或铝合金板封口。但是由该材料制成的外壳，容易发生变形，也容易产生膨胀等问题。将多个工序的拉深及减薄拉深加以组合而成型的方形电池外壳中，Al-Mn类A3003铝合金，是可以保持具有光泽的美丽的表面状态的同时能够使外壳薄壁化的原材料，但反复进行充放电的锂离子电池，其在反应时有时候内压会上升，温度也上升，故电池外壳用材料要承受因其使用环境而产生的内部压力所引起的拉伸应力。在这种使用环境下，Al-Mn类铝合金板材发生蠕变变形，结果产生电池外壳的厚度增加(膨胀)的问题。当该厚度变形量大时，则存在对机器产生影响(故障、破损等)之虑。近几年来，要求锂离子电池更加轻量化、高容量化，对方形电池外壳也要求进一步的薄壁化。薄壁化与内容积的增加直接相关，是谋求电池特性高容量化的重要因素，在保持电池外壳的外形尺寸的情况下增加其内容积，或相同容量下的小型化成为了的研究课题。另外，对厚度的允许误差也逐年严格，因此要求原材料的高性能化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有铝合金的不足，提供一种成型性优良、强度高、延展性好同时易于加工的锂离子电池外壳用铝合金及其制备方法。本专利技术的上述目的可以通过下述技术方案予以实现，一种锂离子电池外壳用铝合金，该铝合金的组成及重量百分含量为S1:0.4-0.5%，Fe:1.1-1.3，Mn:0.25-0.4，Nb:0.004-0.005，Mg:0.03-0.045，Ga:0.1-0.2，混合稀土元素 RE:0.01-0.03，余量为铝及不可避免的杂质元素；该铝合金的制备方法包括如下步骤:(I)原料准备:选择纯度大于等于99.9%的铝锭，硅、铁、锰、镁、铌和镓分别选择铝硅中间合金，铝铁中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，铝铌中间合金和金属镓的形式，以及混合稀土与纯铝锭在坩埚内冶炼成稀土铝锭混合中间体，其中混合稀土占混合中间体的10-12% ；(2)铝锭熔炼:将铝锭放入已加热至850_880°C的竖式熔化炉内熔化为铝液后，转入到加热至760-780°C的保温炉内；(3)合金化处理:在铝液中先加入所述的混合中间体，搅拌，充分溶解后再加入铝硅中间合金，铝铁中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，金属镓和铝锡中间合金进行合金化；(4)精炼及连铸:用0.65-0.8%六氯乙烷分两次用钟罩压入合金熔液面下三分之二处精炼合金液，之后进行搅拌，搅拌时间为20-30min,静置30min后，经除气和过滤后连铸成铸锭；(5)轧制及热处理:在520-550 °C温度下进行均匀化处理，490-520 °C温度下热轧，之后冷轧，进行中间退火处理，所述中间退火是以100°c /min的加热速度加热到450-480°C，保持60-120S后，以280°C /min的冷却速度冷却，最后进行终轧，终轧的厚度根据产品的需求确定。作为本专利技术的进一步优选，混合稀土元素的组分中镧:20-30 %，铈:20-30 %，钪:10-20，镱:10-20，钇:5-10，钕:5_10。作为本专利技术的进一步优选，所述铝合金的组成及重量百分含量为S1:0.45%, Fe:1.1，Mn:0.3，Mg:0.04，Nb:0.0045，Ga:0.16，混合稀土元素 RE:0.018。作为本专利技术的 进一步优选，所述铝合金的组成及重量百分含量为S1:0.48%, Fe:1.2，Mn:0.2，Mg:0.05，Nb:0.005，Ga:0.1，混合稀土元素 RE:0.02。本专利技术中Si控制在0.4-0.5%，加入硅可以生成Mg2Si相，即使在较差的热处理条件下也能够保证足够的合金元素进入固溶体中，增强铝合金的强度；本专利技术中Fe控制在1.1-1.3%，铁含量高于1.3时会影响合金的电性能，低于1.1时对铝合金的耐热性能、塑性等性能的提高作用不大。本专利技术中Mn控制在0.25-0.4%，锰能够提高铝合金的再结晶温度，细化再结晶晶粒。本专利技术中Mg控制在0.03-0.045%，此范围内的镁含量能够最大化的提高铝合金的耐热性和导电性。本专利技术中Nb控制在0.004-0.005%，铌可以增强铝合金的耐腐蚀性，同时还能起到变质和细化的作用。本专利技术中Ga控制在0.1-0.2%，能够明显改善铝合金的耐热性能，并在保证耐热性能的基础上提高强度。本专利技术中混合稀土元素控制在0.01-0.03%，能够净化、细化晶粒，并提高导电性，混合稀土元素不需要过多，超过0.03%时反而会使得强度及成材率下降。本专利技术通过优化合金组成并精确控制上述组成在特定的含量范围，还通过合理控制工艺步骤及工艺参数，保证合金具有良好的成型性，抗拉强度、屈服强度、延展性优异，从而满足锂离子电池外壳的性能需求。【具体实施方式】实施例1选择纯度大于等于99.9%的铝锭，硅、铁、锰、镁、铌和镓分别选择铝硅中间合金，铝铁中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，铝铌中间合金和金属镓的形式，以及混合稀土与纯招徒在樹祸内冶炼成稀土招徒混合中间体，其中混合稀土占混合中间体的10% ；将铝锭放入已加热至860°C的竖式熔化炉内熔化为铝液后，转入到加热至770°C的保温炉内；在铝液中先加入所述的混合中间体，搅拌，充分溶解后再加入铝硅中间合金，铝铁中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，金属镓和铝锡中间合金进行合金化；用0.65%六氯乙烷分两次用钟罩压入合金熔液面下三分之二处精炼合金液，之后进行搅拌，搅拌时间为20min，静置30min后，经除气和过滤后连铸成铸锭；在520°C温度下进行均匀化处理，490°C温度下热轧，之后冷轧，进行中间退火处理，所述中间退火是以100°C /min的加热速度加热到470°C，保持90s后，以280°C /min的冷却速度冷却，最后进行终轧，终轧的厚度根据产品的需求确定。最终铝合金的组成及重量百分含量为S1:0.45%,Fe:1.l,Mn:0.3,Mg:0.04，Nb:0.0045，Ga:0.16，混合稀土元素 RE:0.018。实施例2选择纯度大于等于99.9%的铝锭，硅、铁、锰、镁、铌和镓分别选择铝硅中间合金，铝铁中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，铝铌中间合金和金属镓的形式，以及混合稀土与纯招徒在樹祸内冶炼成稀土招徒混合中间体，其中混合稀土占混合中间体的12% ；将铝锭放入已加热至880°C的竖式熔化炉内熔化为铝液后，转入到加热至780°C的保温炉内；在铝液中先加入所述的混合中间体，搅拌，充分溶解后再本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池外壳用铝合金，其特征在于：所述铝合金的组成及重量百分含量为Si：0.4‑0.5％，Fe：1.1‑1.3，Mn：0.25‑0.4，Mg：0.03‑0.045，Nb：0.004‑0.005，Ga：0.1‑0.2，混合稀土元素RE：0.01‑0.03，余量为铝及不可避免的杂质元素；所述铝合金的制备方法包括如下步骤：(1)原料准备：选择纯度大于等于99.9％的铝锭，硅、铁、锰、镁、铌和镓分别选择铝硅中间合金，铝铁中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，铝铌中间合金和金属镓的形式，以及混合稀土与纯铝锭在坩埚内冶炼成稀土铝锭混合中间体，其中混合稀土占混合中间体的10‑12％；(2)铝锭熔炼：将铝锭放入已加热至850‑880℃的竖式熔化炉内熔化为铝液后，转入到加热至760‑780℃的保温炉内；(3)合金化处理：在铝液中先加入所述的混合中间体，搅拌，充分溶解后再加入铝硅中间合金，铝铁中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，金属镓和铝锡中间合金进行合金化；(4)精炼及连铸：用0.65‑0.8％六氯乙烷分两次用钟罩压入合金熔液面下三分之二处精炼合金液，之后进行搅拌，搅拌时间为20‑30min，静置30min后，经除气和过滤后连铸成铸锭；(5)轧制及热处理：在520‑550℃温度下进行均匀化处理，490‑520℃温度下热轧，之后冷轧，进行中间退火处理，所述中间退火是以100℃/min的加热速度加热到450‑480℃，保持60‑120s后，以280℃/min的冷却速度冷却，最后进行终轧，终轧的厚度根据产品的需求确定。...

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池外壳用铝合金，其特征在于:所述铝合金的组成及重量百分含量为 Si:0.4-0.5 %, Fe:1.1-1.3，Mn:0.25-0.4，Mg:0.03-0.045，Nb:0.004-0.005，Ga:0.1-0.2，混合稀土元素RE:0.01-0.03，余量为铝及不可避免的杂质元素；所述铝合金的制备方法包括如下步骤: (1)原料准备:选择纯度大于等于99.9%的铝锭，硅、铁、锰、镁、铌和镓分别选择铝硅中间合金，铝铁中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，铝铌中间合金和金属镓的形式，以及混合稀土与纯铝锭在坩埚内冶炼成稀土铝锭混合中间体，其中混合稀土占混合中间体的10-12% ； (2)铝锭熔炼:将铝锭放入已加热至850-880°C的竖式熔化炉内熔化为铝液后，转入到加热至760-780°C的保温炉内； (3)合金化处理:在铝液中先加入所述的混合中间体，搅拌，充分溶解后再加入铝硅中间合金，铝铁中间合金，铝锰中间合金，铝镁中间合金，金属镓和铝锡中间合金进行合金化； (4)精炼及连铸:用0.65-0.8%六氯乙烷分两次用钟罩压入合金熔液面下三分之二处精炼合金液，之后进行搅拌，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，林道松，
申请(专利权)人：上虞安卡拖车配件有限公司，林道松，
类型：发明
国别省市：浙江;33