專利名稱：一種用于制造電池外殼的鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型材質(zhì)鋁合金，具體涉及一種用于制造電池外殼材料的鋁合金。
技術(shù)背景電子技術(shù)的發(fā)展，對高比能量的移動電源需求量加劇。由于鋰離子電池具有體積小、重量輕、高電壓、高容量的優(yōu)點且循環(huán)壽命長、安全性能好、放電電壓高、比能量大等，使其廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等通訊產(chǎn)品電子器件中，近幾年還逐步向電動汽車、空間技術(shù)、國防工業(yè)等諸多領(lǐng)域拓展應(yīng)用范圍。伴隨著高端電子產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，電子整機(jī)逐步向短、小、輕、薄等趨勢發(fā)展，并在3C(通信、IT、消費電子)融合的大趨勢下消費電子將朝向具有多媒體整合的功能發(fā)展，受此趨勢的影響，與之配套的移動電源----鋰離子二次電池也將向輕、薄等方向發(fā)展。如何在鋰二次電池輕、薄等前提下保證其原有電池的高容量成為鋰電池生產(chǎn)廠家首要解決的問題。
為保證鋰離子二次電池的高容量并在維持電池外形尺寸不變的前提下，眾多鋰電池生產(chǎn)廠家多選用優(yōu)良的化工原材料和降低鋁質(zhì)殼體的壁厚從而增加殼體內(nèi)部空間這二種方式來實現(xiàn)上述目的。其中降低鋁質(zhì)殼體壁厚增加內(nèi)部空間成為眾多廠家首選的方法。
目前市場上使用的鋁質(zhì)殼體材質(zhì)為合金A3003P-H1，該鋁合金具有如下重量百分比組成Si 0.30％，F(xiàn)e 0.55％，Cu 0.12％，Mn 1.0％，Ti％小于或等于0.05％余量為鋁及其他微量雜質(zhì).
該鋁合金因為其材質(zhì)本身較軟，因而在殼體加工及電池生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)以下問題1、延伸率過大，約6％左右，從而造成殼體在拉伸加工薄壁殼體過程中難以控制，因而材料報廢率較高；2、在包裝及運輸過程中受外力沖撞或擠壓后易造成殼口和平面變形現(xiàn)象；3、激光焊易出現(xiàn)砂眼，漏氣品質(zhì)不良率較高，若電芯內(nèi)部產(chǎn)生壓力或產(chǎn)生氣體，殼體極易出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象從而導(dǎo)致電芯的降級或報廢，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。
因此，針對電池外殼對鋁合金材質(zhì)的特殊要求，尋求高拉伸強(qiáng)度、高屈服強(qiáng)度、低延伸率的鋁合金成為當(dāng)務(wù)之急！
發(fā)明內(nèi)容針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高拉伸強(qiáng)度、高屈服強(qiáng)度、低延伸率的用于制造電池外殼的鋁合金。
本發(fā)明的目的另一目的還在于使用該鋁合金制造的電池外殼。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種新型的用于制造電池外殼鋁合金，該鋁合金具有如下重量百分比組成0.1％＜硅Si＜0.3％，0.2％＜鐵Fe＜0.55％，0.12％＜銅Cu＜1.0％，0.25％＜鎂Mg＜0.6％，0.5％＜錳Mn＜2％，0.05％＜鋯Zr＜0.3％，0.05≤鈦Ti≤0.1，其他元素每種至多為0.05％，且總量至多為本0.15％，余量為鋁。
Si是本發(fā)明合金中的合金元素，期望Si通過固溶硬化和析出硬化改善合金的強(qiáng)度，但存在過多會影響合金其他方面的性能，本發(fā)明選擇其含量范圍在0.1％-0.3％，優(yōu)選0.2％-0.25％。
Cu存在于本發(fā)明的合金中，以改善所述合金強(qiáng)度。Cu的含量限制在0.12％-1.0％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，限制在0.2％-0.6％范圍內(nèi)，以便達(dá)到所要求的強(qiáng)度。
Fe是一種存在于所有已知的鋁合金中的合金元素。為了增加合金的強(qiáng)度而加入Fe，其含量控制在0.2％-0.55％，優(yōu)選0.3％-0.50％。
Mn是本合金中的重要合金元素，同樣是為了提高合金的強(qiáng)度而加入Mn。其含量范圍是05％-2％，優(yōu)選1％。
Mg能顯著增加合金的強(qiáng)度，但是在其它方面具有不利影響，為此，Mg含量為0.25％-0.6％，優(yōu)選0.3-0.45％。
其它金屬對本發(fā)明合金的強(qiáng)度及其它性能沒有太大的作用，但是zr能提高其焊接性能，zr的含量為0.05％-0.3％，優(yōu)選0.15％；據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)Ti的存在可以降低合金的延伸率，但不能過多，本發(fā)明中其含量為0.05％-0.1％，優(yōu)選0.05％-0.08％。
該鋁合金主要用于制造電池的外殼，也可用于其它用途。
結(jié)合下面將要詳述的實施例，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于1、高強(qiáng)度。因Cu、Mg能有效提高合金硬度，故新材質(zhì)薄壁鋁殼通過對合金成份Cu、Mg適量調(diào)配，從而使其殼體表面強(qiáng)度大大提高，經(jīng)實際檢測證明，本發(fā)明鋁合金的拉伸強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度同A3003P-H14相比提高約20.0--70.0N/mm2、延伸率降低約50％左右。而且強(qiáng)度的增強(qiáng)也降低其受外力作用下殼口及表面變形現(xiàn)象；2、耐膨脹性能提高。新材質(zhì)薄壁鋁殼表面強(qiáng)度的提高可有效防止電芯內(nèi)部產(chǎn)生氣體后導(dǎo)致殼體膨脹，也可大大降低電芯多次循環(huán)后電芯厚度的膨脹系數(shù)。本發(fā)明鋁合金在高溫條件下耐膨脹性能也大大優(yōu)于A3003P-H14。因此，用該鋁合金作成的電池外殼，在不改變強(qiáng)度要求的情況下可以將殼壁制作的更薄，從而在外形尺寸不變前提下有效增加殼體內(nèi)部空間，提高電池的設(shè)計容量。另外，本發(fā)明通過調(diào)整合適的zr含量，使電池外殼具有較好的焊接性能，能降低焊接不良率。
具體實施方式下面將參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳述，但這些實施例在任何情況下都不應(yīng)解釋為是用來限制本發(fā)明的范圍的。
如下表1所示，為按重量百分比計，采用本發(fā)明合金成份做成的鋁合金同A3003P-H14進(jìn)行比較的不同實施例，其中實施例(1-15)為本發(fā)明材料成份，對比例(16)為A3003P-H14的材料成份。
表2為表1鋁合金的機(jī)械性能，從表2中可知，1-15的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均明顯優(yōu)于A3003P-H14，而且延伸率比A3003P-H14型鋁合金低50％以上。
表1以重量百分比計的所實驗的鋁合金的化學(xué)成分，余量為鋁和雜質(zhì)
表2表1鋁合金的機(jī)械性能
由上表可知，通過調(diào)整合金鋁材內(nèi)部成份，特別是調(diào)整Fe、Cu、Mg、Mn等金屬元素的含量來改變和增強(qiáng)合金鋁的機(jī)械特性，并且通過對合金鋁內(nèi)部各金屬元素含量比例的調(diào)配使該新型材質(zhì)合金鋁的拉伸強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度同A3003P-H14相比提高約20.0--70.0N/mm2、延伸率降到3％左右，延伸率降幅達(dá)50％以上。
同時，該新材質(zhì)鋁合金通過內(nèi)部金屬元素含量的調(diào)整后其在高溫條件下耐膨脹性能也大大優(yōu)于A3003P-H14鋁合金。例如分別在25℃、80℃、120℃、150℃、180℃檢測實施例(7)和對比例(16)的拉伸強(qiáng)度實施例(7)的拉伸強(qiáng)度(N/mm2)分別為195、196、198、200、205，而實施例(16)的拉伸強(qiáng)度(N/mm2)分別為167、165、163、159、155，根據(jù)上述兩組對比數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)，在25-180℃范圍內(nèi)，本發(fā)明的拉伸強(qiáng)度不但沒有降低，而且還略有增加，顯示出優(yōu)異的耐膨脹性能。而反觀對比例，在本來就較底的拉伸強(qiáng)度情況下，拉伸強(qiáng)度進(jìn)一步降低，顯示出較差的耐膨脹性能。
權(quán)利要求
1.一種用于制造電池外殼的鋁合金，按重量百分比計，其組成為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，其他元素每種至多為0.05％，且總量至多為0.15％，余量為鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造電池外殼的鋁合金，其特征在于Fe的含量為0.3％-0.5％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制造電池外殼的鋁合金，其特征在于Cu的含量為0.2％-0.6％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造電池外殼的鋁合金，其特征在于Mg的含量為0.3％-0.45％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造電池外殼的鋁合金，其特征在于Mn的含量為0.8％-1.4％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制造電池外殼的鋁合金，其特征在于Si的含量為0.2％-0.25％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造電池外殼的鋁合金，其特征在于Ti的含量為0.05％-0.08％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造電池外殼的鋁合金，其特征在于Mn的含量為1％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造電池外殼的鋁合金，其特征在于Zr的含量為0.15％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制造電池外殼的鋁合金，其特征在于Fe的含量為0.40％，Cu的含量為0.4％，Mg的含量為0.4％，Si的含量為0.23％，Ti的含量為0.065％。
11.一種采用上述權(quán)利要求1-10任意一項所述鋁合金制作的電池外殼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的用于制造電池外殼鋁合金，該鋁合金具有如下重量百分比組成0.1％＜硅Si＜0.3％，0.2％＜鐵Fe＜0.55％，0.12％＜銅Cu＜1.0％，0.25％＜鎂Mg＜0.6％，0.5％＜錳Mn＜2％，0.05％＜鋯Zr＜0.3％，0.05≤鈦Ti≤0.1，其他元素每種至多為0.05％，且總量至多為 0.15％，余量為鋁。本發(fā)明提供了一種既具有高拉伸強(qiáng)度、高屈服強(qiáng)度，又具有低延伸率的用于制造電池外殼的鋁合金。
文檔編號H01M2/02GK101054642SQ200610035068
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者吳抗, 葉麗華, 潘啟明 申請人:深圳市比克電池有限公司