一种动力电池壳的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种动力电池壳的制备方法及其应用，本发明专利技术所述电池壳由铝合金构成，所述铝合金组成为Cu 0.05～0.18％、Fe≤0.70％、Mn 1.00～1.20％、Si≤0.60％、Mg+Zn+Li≤0.05、Ti≤0.05％，余量为Al和不可避免的杂质，并进一步通过铝合金熔化、铸造、均匀化、挤压、拉拔等工艺实现等壁或不等壁动力电池壳的制备，尤其采用三级氮化工艺对挤压工序使用的模具进行氮化处理，提高了挤压模具工作带氮化扩散层的深度和硬度，保证了挤压段成品外观并实现高精度尺寸管控，从而保证拉拔工序的正常进行。从而保证拉拔工序的正常进行。

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池壳的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于冶金材料
，具体涉及一种动力电池壳的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]铝合金动力电池壳薄壁化是实现减重，提高空间利用率以及充电量的重要途径。基于使用场景需要，需具备良好抗腐蚀性、导热性能优以及具备激光可焊性，材质为3003，并需要具备一定的强度和硬度。外接圆直径100mm以上，长宽比为2
‑
5，等壁或不等壁的电池壳最薄壁厚0.3mm，壁厚精度要求
±
0.08甚至更严苛。
[0003]现有制造技术制作的铝合金动力电池壳(圆形或方形)有以下几种：第一种是选用3003材质或改良合金，通过轧制为薄板材，再进行裁切后深冲而成；第二种是选用3003材质或改良合金，通过挤压为板材，再进行裁切后反挤压而成；第三种是选用3003材质或改良合金，通过将热挤压坯料进行冷拔后而成。第一种及第二种方法由于深冲或反挤压的摩擦力及脱膜难度随着长度的增加大幅度增加，其成品的长度受限，最长长度不能超出500mm；第三种方法的成品长度不受限。现有技术在制作圆形等壁电池壳比较有优势，其原因是拉拔用的坯料(即挤压产出品)为圆形，根据挤压模具中心同心圆原理，挤压难度低，同时，挤压坯料为圆形，拉拔为圆形，各处变形量一致，因变形不一致，不同步导致的拉拔断裂、拉拔品起皱等情况几乎不存在，而当用于制作四边等壁的电池壳时，四边壁厚在0.7mm以上时，可以实现，用于制作四边等壁或不等壁(而且最小壁厚＜0.7mm)的方形电池壳时难以实现，其存在的主要问题点包括：1)拉拔坯料(即热挤压成品)尺寸极不稳定，众所周知，热挤压过程中，由于受到铸棒温度波动影响、挤压模具挤压过程中摩擦温升影响，挤压成品在同一截面尺寸会有变化，挤压成品的头尾部也会有变化，而且没有规律性，当冷拔成品壁厚偏小时(壁厚＜0.7mm)，其对应的拉拔坯料壁厚也应同步变小，这时，拉拔坯料的壁厚变化相对偏差大，导致各处拉拔变形程度相差大，常常在壁厚差异处出现波浪纹、起皱甚至拉断导致拉拔无法进行。2)拉拔坯料(即热挤压成品)极易出现手感刮痕及毛刺，随着挤压的进行，缺陷越来越明显，当缺陷达到一定深度时，影响了挤压型材的尺寸精度，缺陷处在后续的拉拔工序形成缺口效应，导致出现拉断拉裂情况，影响了效率和成品率。缺陷对薄壁电池壳影响尤为明显。中国专利CN110983115A公开了一种改进3003铝合金带材及其制备方法，该专利技术控制铝合金组成为Si 0.5～0.7％，Fe 0.6～0.8％，Cu 0.05～0.2％，Mn 1.0～1.5％，Mg 0～0.02％，Zn 0～0.02％，且Mg+Zn＜0.03％，其余为Al，以及不可避免的杂质，并通过熔铸、铸锭均匀化处理、热轧、冷轧、拉伸弯曲矫直和裁切等步骤获得厚度为1.8～3.5mm的带材，因此该技术方案在制备动力电池壳过程中无法制成性能优良的薄壁电池壳；中国专利CN112662915A公开了一种铝合金及其制备方法和应用，该专利技术采用特定金属含量的铝合金材料，控制Mn和Fe含量，进一步以采用三段均匀化处理、一次冷拔(变形量为15～30％)获得极限壁厚为0.4～0.55mm，外接圆直径为138.5～140mm的薄壁方形电池外壳，但该专利技术方案因含有一定量的Mg/Zr/Cr元素，挤压变形抗力较大，适合制备壁厚较厚些的电池壳体(挤压材最薄壁厚0.5mm,成品最薄壁厚0.4mm)，同时，因一定量的Mg元素，熔点低焊接
过程易挥发，容易形成焊接气孔等缺陷。
[0004]综上所述，制备一种性能优良的薄壁(等壁或不等壁)电池外壳，目前现有技术还无法达到，因此，开发一种制备等壁或不等壁的动力电池外壳的铝合金及制备工艺都具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术通过合金成分设计、控制挤压过程实现挤压产品(拉拔坯料)尺寸的精准管控和外观的管控，通过将挤压模具实施三级氮化工艺，提高了挤压模具工作带氮化扩散层深度和硬度，保证了挤压段半成品外观并实现高精度尺寸管控，从而保证拉拔工序的正常进行。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种动力电池壳的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将金属材料混合进行熔化、铸造，得到铝合金铸锭A；
[0008]S2、将铝合金铸锭A进行均匀化处理得到铝合金铸锭B；
[0009]S3、将铝合金铸锭B进行加热、挤压，挤压前将挤压模具进行三级氮化工艺：在490～510℃盐浴中保温2h进行一级氮化处理，然后升温至510～530℃保温2h进行二级氮化处理，最后降温至480～500℃保温4h进行三级氮化处理；二级氮化温度比一级氮化温度高15～25℃，三级氮化温度比二级氮化温度低25～35℃，挤压得到铝合金C；
[0010]S4、将铝合金C进行拉拔处理，制备得到动力电池壳。
[0011]进一步地，按质量百分比计，所述动力电池壳制备方法的步骤S1中金属材料组成为：Cu 0.09～0.20％、Fe≤0.70％、Mn 1.00～1.20％、Si≤0.60％、Mg+Zn+Li≤0.05、Ti≤0.03％，余量为Al和不可避免的杂质。
[0012]进一步地，按质量百分比计，所述金属材料包括中不可避免的杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
[0013]进一步地，所述动力电池壳制备方法的步骤S1中的熔化、铸造，采用在线箱体除气装置、陶瓷过滤板串联管式过滤器进行熔体纯净度处理，含氢量≤0.12ml/100gAl。
[0014]进一步地，所述动力电池壳制备方法的步骤S2中均匀化条件为0.5h内升温至600℃，1.5～2.5h内由600℃升温至620℃，保温8～12h，然后风雾冷至室温保温10h，然后风雾冷至室温。
[0015]进一步地，所述动力电池壳制备方法的步骤S3中挤压过程为铝合金铸锭B温度控制在460～510℃，挤压杆推进速度2～5mm/s。
[0016]进一步地，所述步骤S3中盐浴组成为：氢氧化钠通入氮气，将CNO
‑
质量浓度控制为38％
±
5％。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种动力电池壳。
[0018]进一步地，所述壳设计为等壁或不等壁；
[0019]更进一步地，所述壳的长边和宽比值为2～5:1，壁厚≥0.3mm。
[0020]第三方面，本专利技术还提供了一种铝合金挤压过程模具的三级氮化工艺，所述三级氮化工艺包括以下步骤：
[0021]将模具在490～510℃盐浴中保温2h进行一级氮化处理，然后升温至510～530℃保温2h进行二级氮化处理，最后降温至480～500℃保温4h进行三级氮化处理，二级氮化温度
比一级氮化温度高15～25℃，三级氮化温度比二级氮化温度低25～35℃。
[0022]进一步地，所述步骤中盐浴组成为氢氧化钠，通入氮气，将CNO
‑
质量浓度控制为38％
±
5％。
[0023]第三方面，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力电池壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将金属材料混合进行熔化、铸造，得到铝合金铸锭A；S2、将铝合金铸锭A进行均匀化处理得到铝合金铸锭B；S3、将铝合金铸锭B进行加热、挤压，挤压前将挤压模具进行三级氮化工艺：在490～510℃盐浴中保温2h进行一级氮化处理，然后升温至510～530℃保温2h进行二级氮化处理，最后降温至480～500℃保温4h进行三级氮化处理；二级氮化温度比一级氮化温度高15～25℃，三级氮化温度比二级氮化温度低25～35℃，挤压得到铝合金C；S4、将铝合金C进行拉拔处理，制备得到动力电池壳。2.根据权利要求1所述的动力电池壳的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述步骤S1中金属材料组成为：Cu 0.05～0.18％、Fe≤0.70％、Mn 1.00～1.20％、Si≤0.60％、Mg+Zn+Li≤0.05、Ti≤0.05％，余量为Al和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的动力电池壳的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述金属材料中不可避免的杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。4.根据权利要求1所述的动力电池壳的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中均匀化条件为0.5h内升...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁小理，李信，李建湘，邓军，周旺，
申请(专利权)人：广东和胜工业铝材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：