杜新伟，周根荣，陈博文

（乳源东阳光优艾希杰精箔有限公司，广东 韶关 512700）

锂电池用铝合金壳体是锂电池的关键部件，主要用于电池材料的长期存储，其产品质量直接关系到锂电池的使用寿命以及安全性。壳体一般采用3系铝合金生产，规格种类较多，常规状态为H14半硬状态，材料经过冲压成型之后装入电池材料封装后出货。铝材在冲压过程中容易产生开裂，或者萌生不易发现的微裂纹，这都是造成电池产品报废的重要因素。近年来，国内外学者针对的3系铝材的内部组织机理和影响因素进行了一些研究，大多数局限于实验室进行理论上的分析，鲜有关于实际生产中提高冲压性能情况的报道[1]。本文介绍了在工业实际生产条件下，阐明了工艺参数和细化剂品质对3系铝材冲压的影响，指出了改善材料延伸率的方法。

1 冲压开裂问题

公司初期生产一种型号的3系合金带材（具体合金成分参见表1）时，在客户冲压过程中，材料成型性能差，表面出现橘皮纹路甚至产生开裂，取不良样品进行金相显微组织分析。如下图1为样品金相组织，其中图1a为正常样品晶粒组织，图1b为开裂样品晶粒组织情况。开裂样品晶粒组织明显偏大并且不均匀。

表1 合金成分表（wt%）

图1 铝材金相组织图片

材料加工工艺为：熔炼-铸造-铣面-均热-热轧-冷轧-中退-冷轧-发货，熔炼采用Al-Ti-B丝进行晶粒细化，热轧坯料厚度5.0mm，热轧开轧温度450℃，终轧温度330℃，冷轧3-5道次，中间退火工艺：350℃*3h。

3系铝材开裂的形成机理为：

（1）Al-Ti-B丝晶粒细化剂质量不达标，导致其在铝液凝固过程中无法产生足够的TiB2晶粒细化粒子，使得铸锭组织晶粒粗大，从而导致成品晶粒粗大产生开裂。

（2）3系合金在半连续铸造过程中，由于冷却速度很快，加上Mn原子的扩散系数较小，部分Mn原子以MnAl6化合物的形式与α(Al)在晶界形成连续网状的共晶体,另有少量的MnAl6以粗大硬脆的初晶存在。高温长时均匀化过程中容易发生从非平衡结晶向平衡状态的转变,逐步溶入基体。均匀化温度不适宜时,晶界处MnAl6相只能发生部分溶解,有尖锐棱角部分晶界部分残留会导致整体铸锭不均匀，从而导致后续退火过程中产生晶粒不均匀与异常长大[2]。

2 生产控制措施以及效果试验

生产测试中，分别采取细化剂不同等级对比、均热工艺对比等控制措施，其效果与原因分析如下所述。

2.1 Al-Ti-B晶粒细化剂

晶粒细化剂的运用已然比较成熟与广泛，但是晶粒细化机理却一直处于争论当中。争论的焦点在于Al3Ti与TiB2/TiC相哪种才是a-Al的形核基底，以及若Al3Ti为形核基底，Al3Ti的来源问题。目前来说，主要的理论有：相图/包晶理论、碳化物/硼化物理论，以及复相形核理论等。从实际使用效果来说，晶粒细化剂中Al3Ti、TiB2/TiC相的尺寸、形貌以及分布均是影响晶粒细化剂细化性能的主要因素。以下是两个厂家的Al-Ti-B晶粒细化剂的金相组织图（图2），从图中可见，国内某厂产品的细化粒子小且数量偏少。对两种晶粒细化剂生产的铸锭进行低倍组织观察，使用a-进口产品生产的铸锭晶粒度为一级，使用b-国内某厂产品生产的铸锭晶粒度为二级，此晶粒不良因素也将导致成品晶粒度粗大。

图2 Al-Ti-B金相组织图片

2.2 均热工艺

铸锭铣面后，进均热炉均热，均热温度采用585℃，590℃，605℃三种工艺，均热时间统一采用10小时，均热完成后转450℃保温3小时开始轧制，热轧坯料厚度5.0mm,冷轧轧制至0.8mm中退，中退工艺350℃*3h，轧制至成品0.6mm，然后进行延伸率测试其冲压性能。不同工艺均热后铸锭组织如图3，从图中可以看出，580℃与590摄氏度均热后，晶界处的MnAl6并未完全固溶入基体，残留比例仍较高。605℃均热后，晶界处的MnAl6基本完全固溶入基体。

图3 均热后铸锭组织情况

材料进行延伸率测试的结果如表2，从表中可见，580℃与590℃进行均热后，材料的延伸率仅有5%，冲压测试出现裂纹比例高，均热温度升高到605℃之后，则延伸率可以达到6.2%，冲压测试未出现裂纹。

表2 不同均热工艺机械性能

3 结论

通过选择良好晶粒组织的Al-Ti-B晶粒细化剂以及选择合理的热轧均热工艺可以控制锂电池用3系铝材的晶粒组织，结果如下：组织良好的晶粒细化剂与600℃以上的均热温度，是影响材料冲压性能的两个主要因素，通过采用优等级晶粒细化剂与600℃的均热工艺，0.6mm 3系合金H14状态延伸率可以达到6%。