一种新能源动力电池壳的生产方法与流程

1.本发明涉及电池壳加工领域，特别涉及一种新能源动力电池壳的生产方法。


背景技术：

2.随着新能源动力电池技术的发展，无论是电动汽车续航里程需求，还是国家新能源补贴政策要求，都对新能源动力电池的比能量提出了更高的要求。在不改变单体电池外尺寸前提下，增加内部有效物质比例是提高电池比能量最为直接有效的方法之一。这就要求壳体壁厚减薄来增加内部空间，并且需提高材料的强度、刚度来防止壳体因减薄而带来的变形。目前市场广泛使用3003合金制造动力电池的壳体，该合金成形性能较好，但强度较低，壳体壁厚太薄的话无法满足壳体强度及刚度的要求。因此，采用强度更高的铝合金材料制造新能源动力电池壳成为必然的发展趋势。
3.参照现有公开号为cn102290539a的中国专利，其公开了一种电池壳制造方法，包括以下步骤：在金属板上标记电池壳的壳底；在壳底周围的金属板上镌刻纹路；在金属板的表面镀上防腐层；在金属板上以所述壳底为中心冲裁形成拉伸原板；将所述拉伸原板拉伸成电池壳。采用该发明生产出来的电池壳，由于电池壳壳壁上具有纹路，使得电池在短路或者被高温加热时内部形成的高压气体较易穿破电池壳壳壁上的纹路泄漏出来，从而避免了电池发生爆炸，提高了电池的安全性。
4.再如现有公开号为cn1965421a的中国专利，其公开了生产电池壳的方法，该方法包括步骤：提供具有第一表面和第二表面的第一金属的带材；在所述带材第一表面上提供第二金属层；在所述带材的第二表面上提供电绝缘聚合物层；以一个或多个成型步骤由所述带材形成电池壳，其中所述电池壳具有内表面和外表面，且其中带材的第一表面成为电池壳的内表面，而带材的第二表面成为电池壳的外表面。该发明还涉及用所述方法生产的电池壳和用所述电池壳生产的电池。
5.上述的专利分别存在着一些优点，但是都存在着一些缺点，如：生产成本高，无法满足规模化生产要求。


技术实现要素：

6.针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种新能源动力电池壳的生产方法，以解决背景技术中提到的问题。
7.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
8.一种新能源动力电池壳的生产方法，包括以下步骤：
9.s1、制备铝熔体：熔炼，控制铝熔体中各组分的质量百分比：si0.06-0.11％，fe0.52-0.64％，cu0.21-0.32％，mn1.20-1.40％，ti0.02-0.03％，余量为al；熔炼时，根据合金化学成分要求，将30-40wt％的电解铝液、50-60wt％且铝含量≥99.8wt％的铝锭和合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为752-763℃，经扒渣、精炼和静置得铝熔体；熔炼炉处理后的铝熔体经在线snif除气和在线过滤，控制熔体含氢量≤0.008ml/
100gal，碱金属na含量≤2ppm；
10.s2、将步骤s1所得的铝熔体注入连铸机的铸嘴，铝熔体等量、匀速的注入两根相向旋转的钢带内，两根钢带外侧与循环冷却水相连接，铝熔体经连铸冷却获得板坯，连铸时控制连铸机前箱铝熔体的温度为710-718℃，连铸速度为9-11m/min，连铸的板坯厚度为12-15mm，且控制铸造机出口铸坯温度≤535℃；板坯直接进入三连轧机进行连轧，只采用三连轧机的第一机架进行轧制，第一道次的加工率控制在64-74％，轧制入口温度控制在515-530℃，出口温度控制在380-400℃；卷取温度控制在≥320℃；连轧过程均采用乳化液进行润滑和冷却，乳液压力控制在0.4-0.6mpa，乳液浓度为3.5-4.5wt％；经第一道次加工制备获得厚度为5-7mm铝卷；
11.s3、在步骤s2制得的铝卷插入钢套筒，置于上料架上进入退火炉进行悬空形式的均匀化退火，先用2-4h将炉温升到210-230℃，并保温4-6h，再用4-8h将炉温升到570-578℃，并保温30-40h，然后用2-4h将炉温降到120-230℃，并保温4-6h，最后将炉温降到145-160℃时出炉；
12.s4、冷轧：冷轧前先将铝卷浸入轧制油中浸泡；铝带冷轧道次分配方案是：中间道次加工率≥35％；成品道次加工率控制在20-35％；在成品道次和中间道次之间还包括拉矫清洗切边和中间退火；冷轧过程中，中间道次工作辊粗糙度控制在0.26
±
0.03μm，成品道次工作辊粗糙度控制在0.15
±
0.02μm；所述中间道次为冷轧的前2个道次或前3个道次或前4个道次，所述成品道次为除中间道次后余下的道次；
13.s5、拉矫清洗切边和成品退火；成品退火或中间退火的步骤为：用2-4h升至235-240℃时，负压除油4-6h，再用3-5h升至380-390℃，并保温30-40h，然后降至155-165℃保温1-2小时出炉。
14.较佳的，所述精炼的具体步骤为：将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氯气、氩气的体积比为1:6，每次精炼时间为20-30min，精炼次数不少于3次。
15.较佳的，所述步骤s2制得的铝卷插入钢套筒，置于上料架上进入退火炉进行悬空形式的均匀化退火，先用2-4h将炉温升到220-230℃，并保温4-6h，再用4-8h将炉温升到574-578℃，并保温30-40h，然后用2-4h将炉温降到120-210℃，并保温4-6h，最后将炉温降到150-160℃时出炉。
16.较佳的，所述步骤s3中，钢套筒的内径为480mm，且退火前用钢带将铝卷打捆加固。
17.综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
18.本发明根据连铸连轧生产线生产特点及化学成分对产品性能的影响，对合金电池壳化学成分进行了优化调整；本发明严格控制铁元素、锰元素的添加量以利于立方织构的形成。另外，按中限加入的铜元素一方面可以作为凝固时的行核质点细化晶粒，另一方面在减少锰元素加入量的情况下可提升产品的抗拉强度；按照本发明工艺进行生产，获得的产品质量好，生产成本低廉。
附图说明
19.图1是本发明的金相图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例1
22.参考图1，一种新能源动力电池壳的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
23.s1、制备铝熔体：熔炼，控制铝熔体中各组分的质量百分比：si0.06％，fe0.52％，cu0.21％，mn1.20％，ti0.03％，余量为al；熔炼时，根据合金化学成分要求，将30wt％的电解铝液、50wt％且铝含量≥99.8wt％的铝锭和合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为752℃，经扒渣、精炼和静置得铝熔体；熔炼炉处理后的铝熔体经在线snif除气和在线过滤，控制熔体含氢量≤0.008ml/100gal，碱金属na含量≤2ppm；
24.s2、将步骤s1所得的铝熔体注入连铸机的铸嘴，铝熔体等量、匀速的注入两根相向旋转的钢带内，两根钢带外侧与循环冷却水相连接，铝熔体经连铸冷却获得板坯，连铸时控制连铸机前箱铝熔体的温度为710℃，连铸速度为11m/min，连铸的板坯厚度为12mm，且控制铸造机出口铸坯温度≤535℃；板坯直接进入三连轧机进行连轧，只采用三连轧机的第一机架进行轧制，第一道次的加工率控制在64％，轧制入口温度控制在515℃，出口温度控制在380℃；卷取温度控制在≥320℃；连轧过程均采用乳化液进行润滑和冷却，乳液压力控制在0.6mpa，乳液浓度为4.5wt％；经第一道次加工制备获得厚度为5-7mm铝卷；
25.s3、在步骤s2制得的铝卷插入钢套筒，置于上料架上进入退火炉进行悬空形式的均匀化退火，先用2h将炉温升到210℃，并保温6h，再用4h将炉温升到570℃，并保温30h，然后用4h将炉温降到120℃，并保温6h，最后将炉温降到145℃时出炉；
26.s4、冷轧：冷轧前先将铝卷浸入轧制油中浸泡；铝带冷轧道次分配方案是：中间道次加工率≥35％；成品道次加工率控制在20％；在成品道次和中间道次之间还包括拉矫清洗切边和中间退火；冷轧过程中，中间道次工作辊粗糙度控制在0.26
±
0.03μm，成品道次工作辊粗糙度控制在0.15
±
0.02μm；所述中间道次为冷轧的前2个道次或前3个道次或前4个道次，所述成品道次为除中间道次后余下的道次；
27.s5、拉矫清洗切边和成品退火；成品退火或中间退火的步骤为：用2h升至235℃时，负压除油6h，再用3h升至380℃，并保温40h，然后降至155℃保温2小时出炉。
28.其中，所述精炼的具体步骤为：将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氯气、氩气的体积比为1:6，每次精炼时间为20-30min，精炼次数不少于3次。
29.其中，本实施例根据连铸连轧生产线生产特点及化学成分对产品性能的影响，对合金电池壳化学成分进行了优化调整；本发明严格控制铁元素、锰元素的添加量以利于立方织构的形成。另外，按中限加入的铜元素一方面可以作为凝固时的行核质点细化晶粒，另一方面在减少锰元素加入量的情况下可提升产品的抗拉强度；按照本发明工艺进行生产，获得的产品质量好，生产成本低廉。
30.实施例2
31.参考图1，一种新能源动力电池壳的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
32.s1、制备铝熔体：熔炼，控制铝熔体中各组分的质量百分比：si0.11％，fe0.52％，cu0.21％，mn1.40％，ti0.03％，余量为al；熔炼时，根据合金化学成分要求，将40wt％的电解铝液、50wt％且铝含量≥99.8wt％的铝锭和合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为763℃，经扒渣、精炼和静置得铝熔体；熔炼炉处理后的铝熔体经在线snif除气和在线过滤，控制熔体含氢量≤0.008ml/100gal，碱金属na含量≤2ppm；
33.s2、将步骤s1所得的铝熔体注入连铸机的铸嘴，铝熔体等量、匀速的注入两根相向旋转的钢带内，两根钢带外侧与循环冷却水相连接，铝熔体经连铸冷却获得板坯，连铸时控制连铸机前箱铝熔体的温度为715℃，连铸速度为9m/min，连铸的板坯厚度为15mm，且控制铸造机出口铸坯温度≤535℃；板坯直接进入三连轧机进行连轧，只采用三连轧机的第一机架进行轧制，第一道次的加工率控制在64％，轧制入口温度控制在519℃，出口温度控制在389℃；卷取温度控制在≥320℃；连轧过程均采用乳化液进行润滑和冷却，乳液压力控制在0.4mpa，乳液浓度为3.5wt％；经第一道次加工制备获得厚度为5mm铝卷；
34.s3、在步骤s2制得的铝卷插入钢套筒，置于上料架上进入退火炉进行悬空形式的均匀化退火，先用4h将炉温升到218℃，并保温4h，再用8h将炉温升到575℃，并保温35h，然后用2h将炉温降到120℃，并保温6h，最后将炉温降到145℃时出炉；
35.s4、冷轧：冷轧前先将铝卷浸入轧制油中浸泡；铝带冷轧道次分配方案是：中间道次加工率≥35％；成品道次加工率控制在20％；在成品道次和中间道次之间还包括拉矫清洗切边和中间退火；冷轧过程中，中间道次工作辊粗糙度控制在0.26
±
0.03μm，成品道次工作辊粗糙度控制在0.15
±
0.02μm；所述中间道次为冷轧的前2个道次或前3个道次或前4个道次，所述成品道次为除中间道次后余下的道次；
36.s5、拉矫清洗切边和成品退火；成品退火或中间退火的步骤为：用2-4h升至240℃时，负压除油4h，再用3h升至390℃，并保温30h，然后降至155℃保温1小时出炉。
37.其中，所述精炼的具体步骤为：将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氯气、氩气的体积比为1:6，每次精炼时间为20min，精炼次数不少于3次。
38.其中，本实施例根据连铸连轧生产线生产特点及化学成分对产品性能的影响，对合金电池壳化学成分进行了优化调整；本发明严格控制铁元素、锰元素的添加量以利于立方织构的形成。另外，按中限加入的铜元素一方面可以作为凝固时的行核质点细化晶粒，另一方面在减少锰元素加入量的情况下可提升产品的抗拉强度；按照本发明工艺进行生产，获得的产品质量好，生产成本低廉。
39.实施例3
40.参考图1，一种新能源动力电池壳的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
41.s1、制备铝熔体：熔炼，控制铝熔体中各组分的质量百分比：si0.09％，fe0.58％，cu0.28％，mn1.3％，ti0.025％，余量为al；熔炼时，根据合金化学成分要求，将35wt％的电解铝液、56wt％且铝含量≥99.8wt％的铝锭和合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为758℃，经扒渣、精炼和静置得铝熔体；熔炼炉处理后的铝熔体经在线snif除气和在线过滤，控制熔体含氢量≤0.008ml/100gal，碱金属na含量≤2ppm；
42.s2、将步骤s1所得的铝熔体注入连铸机的铸嘴，铝熔体等量、匀速的注入两根相向旋转的钢带内，两根钢带外侧与循环冷却水相连接，铝熔体经连铸冷却获得板坯，连铸时控
制连铸机前箱铝熔体的温度为714℃，连铸速度为10m/min，连铸的板坯厚度为13mm，且控制铸造机出口铸坯温度≤535℃；板坯直接进入三连轧机进行连轧，只采用三连轧机的第一机架进行轧制，第一道次的加工率控制在68％，轧制入口温度控制在525℃，出口温度控制在385℃；卷取温度控制在≥320℃；连轧过程均采用乳化液进行润滑和冷却，乳液压力控制在0.5mpa，乳液浓度为3.8wt％；经第一道次加工制备获得厚度为6mm铝卷；
43.s3、在步骤s2制得的铝卷插入钢套筒，置于上料架上进入退火炉进行悬空形式的均匀化退火，先用4h将炉温升到220℃，并保温5h，再用6h将炉温升到575℃，并保温35h，然后用3h将炉温降到170℃，并保温5h，最后将炉温降到150℃时出炉；
44.s4、冷轧：冷轧前先将铝卷浸入轧制油中浸泡；铝带冷轧道次分配方案是：中间道次加工率≥35％；成品道次加工率控制在28％；在成品道次和中间道次之间还包括拉矫清洗切边和中间退火；冷轧过程中，中间道次工作辊粗糙度控制在0.26
±
0.03μm，成品道次工作辊粗糙度控制在0.15
±
0.02μm；所述中间道次为冷轧的前2个道次或前3个道次或前4个道次，所述成品道次为除中间道次后余下的道次；
45.s5、拉矫清洗切边和成品退火；成品退火或中间退火的步骤为：用2h升至235℃时，负压除油6h，再用3h升至380℃，并保温40h，然后降至155℃保温1小时出炉。
46.其中，所述精炼的具体步骤为：将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氯气、氩气的体积比为1:6，每次精炼时间为20-30min，精炼次数不少于3次。
47.其中，本实施例根据连铸连轧生产线生产特点及化学成分对产品性能的影响，对合金电池壳化学成分进行了优化调整；本发明严格控制铁元素、锰元素的添加量以利于立方织构的形成。另外，按中限加入的铜元素一方面可以作为凝固时的行核质点细化晶粒，另一方面在减少锰元素加入量的情况下可提升产品的抗拉强度；按照本发明工艺进行生产，获得的产品质量好，生产成本低廉。
48.选取传统的工艺的铝合金电池壳和本发明工艺的铝合金电池壳进行以下实验，实验内容和结果如下表1
49.[0050][0051]
表2
[0052] 单位质量的成本加工周期长度传统铝合金电池壳100％100％实施例198％98％实施例296％95％实施例384％94％
[0053]
通过各项实验可以发现，实施例1、实施例2、实施例3中制备的铝合金电池壳的抗拉强度、稳定性、冲压性、焊接性和绝缘性皆得到提高，以及挥发性得到了降低，且实施例3为最佳实施例。
[0054]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种新能源动力电池壳的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、制备铝熔体：熔炼，控制铝熔体中各组分的质量百分比：si0.06-0.11％，fe0.52-0.64％，cu0.21-0.32％，mn1.20-1.40％，ti0.02-0.03％，余量为al；熔炼时，根据合金化学成分要求，将30-40wt％的电解铝液、50-60wt％且铝含量≥99.8wt％的铝锭和合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为752-763℃，经扒渣、精炼和静置得铝熔体；熔炼炉处理后的铝熔体经在线snif除气和在线过滤，控制熔体含氢量≤0.008ml/100gal，碱金属na含量≤2ppm；s2、将步骤s1所得的铝熔体注入连铸机的铸嘴，铝熔体等量、匀速的注入两根相向旋转的钢带内，两根钢带外侧与循环冷却水相连接，铝熔体经连铸冷却获得板坯，连铸时控制连铸机前箱铝熔体的温度为710-718℃，连铸速度为9-11m/min，连铸的板坯厚度为12-15mm，且控制铸造机出口铸坯温度≤535℃；板坯直接进入三连轧机进行连轧，只采用三连轧机的第一机架进行轧制，第一道次的加工率控制在64-74％，轧制入口温度控制在515-530℃，出口温度控制在380-400℃；卷取温度控制在≥320℃；连轧过程均采用乳化液进行润滑和冷却，乳液压力控制在0.4-0.6mpa，乳液浓度为3.5-4.5wt％；经第一道次加工制备获得厚度为5-7mm铝卷；s3、在步骤s2制得的铝卷插入钢套筒，置于上料架上进入退火炉进行悬空形式的均匀化退火，先用2-4h将炉温升到210-230℃，并保温4-6h，再用4-8h将炉温升到570-578℃，并保温30-40h，然后用2-4h将炉温降到120-230℃，并保温4-6h，最后将炉温降到145-160℃时出炉；s4、冷轧：冷轧前先将铝卷浸入轧制油中浸泡；铝带冷轧道次分配方案是：中间道次加工率≥35％；成品道次加工率控制在20-35％；在成品道次和中间道次之间还包括拉矫清洗切边和中间退火；冷轧过程中，中间道次工作辊粗糙度控制在0.26
±
0.03μm，成品道次工作辊粗糙度控制在0.15
±
0.02μm；所述中间道次为冷轧的前2个道次或前3个道次或前4个道次，所述成品道次为除中间道次后余下的道次；s5、拉矫清洗切边和成品退火；成品退火或中间退火的步骤为：用2-4h升至235-240℃时，负压除油4-6h，再用3-5h升至380-390℃，并保温30-40h，然后降至155-165℃保温1-2小时出炉。2.根据权利要求1所述的新能源动力电池壳的生产方法，其特征在于：所述精炼的具体步骤为：将精炼设备的一端与进气管连接，另一端插入铝熔体内部，氩气、氯气混合气体通过精炼设备在铝熔体内部形成均匀的弥散气泡，同时开启电磁搅拌装置，氯气、氩气的体积比为1:6，每次精炼时间为20-30min，精炼次数不少于3次。3.根据权利要求1所述的新能源动力电池壳的生产方法，其特征在于：所述步骤s2制得的铝卷插入钢套筒，置于上料架上进入退火炉进行悬空形式的均匀化退火，先用2-4h将炉温升到220-230℃，并保温4-6h，再用4-8h将炉温升到574-578℃，并保温30-40h，然后用2-4h将炉温降到120-210℃，并保温4-6h，最后将炉温降到150-160℃时出炉。4.根据权利要求1所述的新能源动力电池壳的生产方法，其特征在于：所述步骤s3中，钢套筒的内径为480mm，且退火前用钢带将铝卷打捆加固。

技术总结
本发明公开了一种新能源动力电池壳的生产方法，包括以下步骤：S1、制备铝熔体：熔炼，控制铝熔体中各组分的质量百分比：Si0.06-0.11％，Fe0.52-0.64％，Cu0.21-0.32％，Mn1.20-1.40％，Ti0.02-0.03％，余量为Al；熔炼时，根据合金化学成分要求，将30-40wt％的电解铝液、50-60wt％且铝含量≥99.8wt％的铝锭和合金添加剂一同放入熔炼炉中进行熔化，控制炉温为752-763℃，经扒渣、精炼和静置得铝熔体；熔炼炉处理后的铝熔体经在线SNIF除气和在线过滤，控制熔体含氢量≤0.008ml/100gAl，碱金属Na含量≤2ppm。本新能源动力电池壳的生产方法具有成本低，适用于批量生产等优点。适用于批量生产等优点。适用于批量生产等优点。


技术研发人员：孙国君
受保护的技术使用者：南通恒金复合材料有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/9