鋰離子電池外殼鋁合金的顯微組織與性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有電壓高、比能量高、無記憶效應(yīng)、無環(huán)境污染、設(shè)計靈活和壽命長等特點，隨著其安全性能的提高及成本的降低，已成為電動汽車中動力電池的首選。然而，目前被用于鋰離子電池外殼的鋁合金強度較低，或者熱穩(wěn)定性較差，通過多元合金化和稀土微合金化是提高鋁合金性能的有效途徑。本文設(shè)計并制備了稀土合金化的Al-Cu-Mn-Mg系合金，通過金相顯微鏡、X射線衍射、掃描電鏡、能譜分析、透射電鏡、拉伸試驗和電化學(xué)測試等實驗方法，系統(tǒng)研究了Cu、Mg、S

2、i和Ce等元素對合金的顯微組織、力學(xué)性能、電化學(xué)性能的影響規(guī)律，并研究了退火處理對合金微觀組織和性能的影響。主要研究結(jié)果如下：
　　(1)在Al-Cu-Mn-Mg合金中添加Ce元素可以顯著細(xì)化晶粒，并促使析出相形成。隨著Ce含量的增加，對晶粒的細(xì)化作用減弱。Si元素的作用也是細(xì)化晶粒。Cu含量降低會減少析出相密度，并增大晶粒尺寸。除α-Al相外，所有合金中均包括Al(Mn,Fe)Si相和AlCuMnFe相等初生相，含Ce合金中還存

3、在Al8Cu4Ce與AlCuSiCe相。Cu含量較低時，合金中的Al2Cu(θ)相被 Al6(Mn,Fe)相代替。鎂含量較高的Al-Cu-Mn-Mg合金中除Al2Cu相和Al6(Mn,Fe)相外，還存在Al2CuMg(S)相。合金中的析出相主要為Al(Mn,Fe)Si相和Al20Cu2Mn3(T)相，Ce元素會促進(jìn)T相數(shù)量增加，提高 Mg或者 Si含量或者降低 Cu含量可使 T相密度顯著減小。退火后，低鎂Al-Cu-Mn-Mg合金沒有θ

4、'強化相析出，但隨著退火溫度和退火時間的增大，析出相尺寸略微增加，其中含0.25wt%Ce的合金中析出相變化最小。含Ce的高鎂Al-Cu-Mn-Mg合金退火后析出板條狀強化相(S相)，而無Ce合金中則沒有該類型S相的析出。
　　(2)添加Ce后，Al-Cu-Mn-Mg合金的強度明顯增加，Ce含量過多時，其強化作用減弱。提高M(jìn)g和Cu的含量可顯著提高合金的強度。Si元素對合金力學(xué)性能的影響不大。退火時，低鎂 Al-Cu-Mn-Mg合

5、金的顯微硬度和強度均出現(xiàn)先增高后緩慢下降的變化規(guī)律，但延伸率一直增大。高鎂 Al-Cu-Mn-Mg合金強度在退火后會出現(xiàn)不同程度的下降，Ce添加后可以顯著抑制合金的顯微硬度和強度的下降，而 Cu和 Si的作用不明顯。
　　(3)適量添加Ce可以提高合金在NaCl溶液中的耐蝕性。Ce含量過多時，合金的耐蝕性能反而下降。增加Cu和Mg的含量均會弱化合金的耐蝕性能，而Si元素對合金的耐蝕性能影響不大。隨著氯離子濃度提高，合金的耐蝕性出現(xiàn)

6、不同程度的下降。腐蝕形貌觀察表明，所有合金均表現(xiàn)為局部腐蝕特征。高Cu低鎂Al-Cu-Mn-Mg合金和含 Ce高鎂 Al-Cu-Mn-Mg合金的腐蝕區(qū)域主要由腐蝕環(huán)和腐蝕產(chǎn)物組成，而較低Cu含量的低鎂Al-Cu-Mn-Mg合金和無Ce的高鎂Al-Cu-Mn-Mg合金的點蝕數(shù)量明顯增多。退火后，合金的腐蝕電位均發(fā)生負(fù)移，腐蝕電流密度增加，合金的耐蝕性能出現(xiàn)不同程度的下降。適量添加Ce可以抑制合金退火后耐蝕性的惡化程度，但隨著Ce含量增加，