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2020第二届中国工博会新材料论坛专题报道

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2020第二届中国工博会新材料论坛专题报道

【汽车峰会】显微分析技术在新能源锂电池用铝合金材料开发中的应用研究

来源:SMM

SMM9月18日讯:在SMM举办的2020(第二届)中国工博会新材料论坛-中国汽车新材料应用高峰论坛,暨中国(第八届)铝加工产业链供需交易峰会、暨中国(第二届)铜加工产业链供需交易峰会上, 江苏常铝铝业集团股份有限公司副总经理张全成现场分享了显微分析技术在新能源锂电池用铝合金材料开发中的应用研究内容。

研究背景

DC加工过程工序长,能耗高,生产成本高。而CC加工过程工序短,能耗低,生产成本低。

CC工艺优点:工序短,能耗低,生产成本低,生产效率高,被广泛用于生产电池壳。

缺点:组织不均匀,表层粗大晶粒,芯层等轴小晶粒,如何获得均匀的晶粒至关重要。

单、双级中间退火对板材组织和性能的影响

双级退火工艺:Paton等人在7075和7475铝合金中使用过时效的方式得到了大量的析出相,有效地阻止了后续退火时的晶粒长大过程,从而细化了晶粒。再结晶之前应存在高密度的析出相,退火过程中弥散相牢牢地钉扎住晶界,使得晶粒长大极其缓慢。由此可推测,Al-Mn合金中也可采用类似的方式来调控晶粒组织。

采用一种双级中间退火工艺,即低温预回复处理+高温再结晶退火。

450℃下退火时,析出总含量达到最大,并且得到了大量细小、密集的颗粒状弥散相。此外,该温度条件下只发生了回复过程。通过弥散相阻碍晶界迁移从而抑制晶粒长大过程,从而细化晶粒。

单级退火:大量的含Mn弥散相在晶界/亚晶界处析出,阻碍亚晶长大成再结晶核心,形核率较低。

双级退火:原始晶界或初生相附近形成了PFZ带;在PFZ带内亚晶尺寸要高于晶内的亚晶尺寸。在高温阶段退火时,在PFZ带内的亚晶迅速长大而成为再结晶核心,大大地提高了再结晶形核率;同时,预回复能显著降低再结晶驱动力,减缓晶粒长大速度。

成品退火对CC3003铝箔组织和性能的影响

单级箔材:均匀延伸率和总延伸率都较低。

双级箔材:低于250℃或者高于310 ℃时,与单级箔材的曲线非常相似,塑性较差;在250-310 ℃下退火后,双级箔材的均匀延伸率及总延伸率大幅度增加。

经98.6%冷轧变形后,两种箔材的强度非常高,抗拉强度都高达294MPa;但其塑性非常差,只有2.5%~3%。退火后,单、双级箔材的强度下降,韧性有所提升。

在250-310℃温度区间内,双级箔材的屈服强度变化曲线出现一个平台。

可以看出,单级箔材表面较为粗糙,出现了明暗相间的轧制条纹缺陷,而双级箔材的表面光滑、细腻,表面质量相对较好。这种轧制条纹不仅使箔材表面不美观,而且对箔材的力学性能不利,影响最终产品的使用。

单级箔材的表面出现了一排排沿轧向分布的、宽窄不一的带状结构,主要是由第二相的聚集引起的;双级箔材的第二相分布更加均匀。

总结

开发了一种新型的铸轧3003电池壳的生产工艺,即铸轧板材+冷轧+双级中间退火制度+箔材轧制+低温成品退火,获得了高强韧性的铸轧3003电池壳产品。其关键技术在于控制中间退火后的晶粒尺寸和保证箔材的总加工率。


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