CN105914393A - 一种锂离子动力电池用镍基导体材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子动力电池用镍基导体材料及其制备方法，该导体材料含有如下重量份的组分：镍50‑60份、镁3.2‑3.8份、铜27‑33份、铝9‑11份、钛0.45‑0.55份、钴0.18‑0.22份、铬0.45‑0.55份，稀土元素0.27‑0.33份。本发明通过以镍镁合金为金属基，添加镍、铜、铝等金属元素，可以大大降低材料中的镍含量，降低材料成本；通过添加镍镁合金，能够有效地起到脱氧作用，有效解决了镁熔点低容易产生大量烟雾，不容易熔炼的问题；添加铜、铝能有效地改善材料的导电性能及延展性能，提高可加工性能；添加钛、钴、铬和稀土材料可以有效地改善材料的加工性能40%以上。

Description

一种锂离子动力电池用镍基导体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池领域，尤其是镍基导体材料以及制备方法，具体地说是一种锂离子动力电池用镍基导体材料及其制备方法。
背景技术
目前，现有纯镍、钢镀镍、铜、镍铝复合、铝等锂离子动力电池用导体材料会出现分层、成分偏析、焊接不良、加工性能差、材料成本较高等问题，纯镍材料受镍物理特性的限制，可加工性能差，焊接性能差，容易虚焊甚至脱焊，且由于加工原因容易导致电阻率不均匀；镀镍材料的镀层的可靠性及冲压边缘被破坏后不能满足产品性能要求；铜、铝材料的力学性能及防腐性能也不足以满足产品性能要求。
而且，之前纯镍带箔的宽度基本在350mm以内，尚无能超过450mm的，精度公差只能控制在±0.008mm。随着不断发展的社会需求对于电池性能要求的不断提高，原有材料无论是在宽度、精度，还是在导电性能等性能方面均已逐渐不能满足要求。且宽度的提高能够提高材料的有效使用率，减少冲压边角料的产生，一方面提高了冲压效率，另一方面提高了材料的使用率，可大大降低产品成本。这就需要有一种新型导体材料来满足高端电池、电池组的使用需求。
发明内容
本发明的目的是针对纯镍带箔的上述问题，提出一种锂离子动力电池用镍基导体材料及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种锂离子动力电池用镍基导体材料，它含有如下重量份的组分：镍Ni 50-60份、镁Mg3.2-3.8份、铜Cu27-33份、铝Al9-11份、钛Ti0.45-0.55份、钴Co0.18-0.22份、铬Cr0.45-0.55份，稀土元素0.27-0.33份。
本发明的导体材料含有如下重量份的组分：镍Ni 55份、镁Mg3.5份、铜Cu30份、铝Al10份、钛Ti0.5份、钴Co0.2份、铬Cr0.5份，稀土元素0.3份。
本发明的稀土元素采用镧系元素，由镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc中的一种或多种组成；当采用镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc中的多种组成时，镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc重量份的组分优选：45份、25份、15份，15份。
一种锂离子动力电池用镍基导体材料的制备方法，它包括以下步骤：
（1）对镍、铜、铝进行退火处理；
（2）将镍镁合金、镍、铜、铝、钛、钴和铬均匀搅拌，之后放入真空熔炼炉进行一次熔炼；
（3）一次熔炼之后，加入稀土元素进行二次熔炼；
（4）二次熔炼之后，冲入惰性气体，并采用下注压力浇铸法浇铸材料锭胚子，完成锂离子动力电池用镍基导体材料的制备。
本发明的原料重量份的配比为：镍镁合金21-26份、镍32-38份、铜27-33份、铝9-11份、钛0.45-0.55份、钴0.18-0.22份、铬0.45-0.55份以及稀土元素0.27-0.33份。
本发明的镍的纯度为99.999%；镍镁合金的中，镍：镁成分比为85%：15%。
本发明中，一次熔炼的温度范围是600-1000℃，加热时间为20-40分钟；二次熔炼的温度范围是1600-2000度，加热时间为40-60分钟。
本发明中，一次熔炼的温度是800℃，加热时间为30分钟；二次熔炼的温度是1800度，加热时间为50分钟。
本发明的步骤（4）中，惰性气体采用氩气。
本发明的步骤（3）中，稀土元素采用镧系元素，由镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc中的一种或多种组成；当采用镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc中的多种组成时，镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc重量份的组分优选：45份、25份、15份，15份。
本发明的有益效果：
本发明通过以镍镁合金为金属基，添加镍、铜、铝等金属元素，可以：（1）可加工性能改善40%以上；（2）电阻率均匀，米电阻偏差小于0.8%；（3）成材料提高15%以上；（4）材料制备能耗降低30%；（5）焊接拉拔力提高25%。
本发明的镍基材料大大降低材料中的镍含量，由纯镍材料中99.999%的镍含量大大减小，降低材料成本；通过添加镍镁合金，能够有效地起到脱氧作用，有效解决了镁熔点低容易产生大量烟雾，不容易熔炼的问题；添加铜、铝能有效地改善材料的导电性能及延展性能，提高可加工性能；添加钛、钴、铬和稀土材料可以有效地改善材料的加工性能40%以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一：
（一）材料：（1）99.999%高纯镍珠（2）镍：镁成分比为85%：15%的镍镁合金粉末（3）纯铜珠（4）纯铝粉末（5）稀土（6）钛、钴、铬等金属粉末。
（二）取镍镁合金：镍：铜：铝：钛：钴：铬：稀土的原料重量份的配比为23.5份：35份：30份：10份：0.5份：0.2份：0.5份：0.3份。
（三）制备方法：
按照上述配比取对应量的材料之后：（1）先将镍、铜、铝三种材料使用ZL201120328531.5罩式光亮退火炉进行退火处理，去除材料表面杂质及氧化物；（2）将镍镁合金粉末以及镍珠、铜珠等金属材料进行均匀搅拌，均匀搅拌之后投入ZL20120157153.8真空中频熔炼炉进行熔炼，温度调至在800℃，加热30分钟后加入稀土元素，将温度调至1800度，加热50分钟。冲入惰性气体氩气，并采用我下注压力浇铸法浇铸材料锭胚子，这样能使得金属锭的品质均匀，无气泡，最大限度的提高了延展力，细化组织，改变了杂物的分布，从而确保了镍基材料锭的均匀性及电阻率的稳定性，原材料由纯镍材料中99.999%的镍含量大大减小至55%以下，有效降低成本。
实施例二：
（一）材料：（1）99.999%高纯镍珠（2）镍：镁成分比为85%：15%的镍镁合金粉末（3）纯铜珠（4）纯铝粉末（5）稀土（6）钛、钴、铬等金属粉末。
（二）取镍镁合金：镍：铜：铝：钛：钴：铬：稀土的原料重量份的配比为21份：33份：33份：11份：0.5份：0.22份：0.54份：0.3份。
（三）制备方法：
按照上述配比取对应量的材料之后：（1）先将镍、铜、铝三种材料使用ZL201120328531.5罩式光亮退火炉进行退火处理，去除材料表面杂质及氧化物；（2）将镍镁合金粉末以及镍珠、铜珠等金属材料进行均匀搅拌，均匀搅拌之后投入ZL20120157153.8真空中频熔炼炉进行熔炼，温度调至在600℃，加热25分钟后加入稀土元素，将温度调至1600度，加热55分钟。冲入惰性气体氩气，并采用我下注压力浇铸法浇铸材料锭胚子，这样能使得金属锭的品质均匀，无气泡，最大限度的提高了延展力，细化组织，改变了杂物的分布，从而确保了镍基材料锭的均匀性及电阻率的稳定性。
实施例三：
（一）材料：（1）99.999%高纯镍珠（2）镍：镁成分比为85%：15%的镍镁合金粉末（3）纯铜珠（4）纯铝粉末（5）稀土（6）钛、钴、铬等金属粉末。
（二）取镍镁合金：镍：铜：铝：钛：钴：铬：稀土的原料重量份的配比为26份：32份：27份：11份：0.45份：0.22份：0.45份：0.33份。
（三）制备方法：
按照上述配比取对应量的材料之后：（1）先将镍、铜、铝三种材料使用ZL201120328531.5罩式光亮退火炉进行退火处理，去除材料表面杂质及氧化物；（2）将镍镁合金粉末以及镍珠、铜珠等金属材料进行均匀搅拌，均匀搅拌之后投入ZL20120157153.8真空中频熔炼炉进行熔炼，温度调至在800℃，加热35分钟后加入稀土元素，将温度调至1900度，加热60分钟。冲入惰性气体氩气，并采用我下注压力浇铸法浇铸材料锭胚子，这样能使得金属锭的品质均匀，无气泡，最大限度的提高了延展力，细化组织，改变了杂物的分布，从而确保了镍基材料锭的均匀性及电阻率的稳定性。
实施例四：
（一）材料：（1）99.999%高纯镍珠（2）镍：镁成分比为85%：15%的镍镁合金粉末（3）纯铜珠（4）纯铝粉末（5）稀土（6）钛、钴、铬等金属粉末。
（二）取镍镁合金：镍：铜：铝：钛：钴：铬：稀土的原料重量份的配比为21份：32份：33份：11份：0.55份：0.22份：0.55份：0.33份。
（三）制备方法：
按照上述配比取对应量的材料之后：（1）先将镍、铜、铝三种材料使用ZL201120328531.5罩式光亮退火炉进行退火处理，去除材料表面杂质及氧化物；（2）将镍镁合金粉末以及镍珠、铜珠等金属材料进行均匀搅拌，均匀搅拌之后投入ZL20120157153.8真空中频熔炼炉进行熔炼，温度调至在1000℃，加热40分钟后加入稀土元素，将温度调至2000度，加热60分钟。冲入惰性气体氩气，并采用我下注压力浇铸法浇铸材料锭胚子，这样能使得金属锭的品质均匀，无气泡，最大限度的提高了延展力，细化组织，改变了杂物的分布，从而确保了镍基材料锭的均匀性及电阻率的稳定性。
实施例五：
（一）材料：（1）99.999%高纯镍珠（2）镍：镁成分比为85%：15%的镍镁合金粉末（3）纯铜珠（4）纯铝粉末（5）稀土（6）钛、钴、铬等金属粉末。
（二）取镍镁合金：镍：铜：铝：钛：钴：铬：稀土的原料重量份的配比为26份：38份：33份：9份：0.55份：0.18份：0.55份：0.27份。
（三）制备方法：
按照上述配比取对应量的材料之后：（1）先将镍、铜、铝三种材料使用ZL201120328531.5罩式光亮退火炉进行退火处理，去除材料表面杂质及氧化物；（2）将镍镁合金粉末以及镍珠、铜珠等金属材料进行均匀搅拌，均匀搅拌之后投入ZL20120157153.8真空中频熔炼炉进行熔炼，温度调至在1000℃，加热20分钟后加入稀土元素，将温度调至2000度，加热40分钟。冲入惰性气体氩气，并采用我下注压力浇铸法浇铸材料锭胚子，这样能使得金属锭的品质均匀，无气泡，最大限度的提高了延展力，细化组织，改变了杂物的分布，从而确保了镍基材料锭的均匀性及电阻率的稳定性。
实施例六：
（一）材料：（1）99.999%高纯镍珠（2）镍：镁成分比为85%：15%的镍镁合金粉末（3）纯铜珠（4）纯铝粉末（5）稀土（6）钛、钴、铬等金属粉末。
（二）取镍镁合金：镍：铜：铝：钛：钴：铬：稀土的原料重量份的配比为23份：35份：28份：10份：0.5份：0.2份：0.5份：0.3份。
（三）制备方法：
按照上述配比取对应量的材料之后：（1）先将镍、铜、铝三种材料使用ZL201120328531.5罩式光亮退火炉进行退火处理，去除材料表面杂质及氧化物；（2）将镍镁合金粉末以及镍珠、铜珠等金属材料进行均匀搅拌，均匀搅拌之后投入ZL20120157153.8真空中频熔炼炉进行熔炼，温度调至在800℃，加热40分钟后加入稀土元素，将温度调至1850度，加热45分钟。冲入惰性气体氩气，并采用我下注压力浇铸法浇铸材料锭胚子，这样能使得金属锭的品质均匀，无气泡，最大限度的提高了延展力，细化组织，改变了杂物的分布，从而确保了镍基材料锭的均匀性及电阻率的稳定性。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种锂离子动力电池用镍基导体材料，其特征在于它含有如下重量份的组分：镍Ni 50-60份、镁Mg3.2-3.8份、铜Cu27-33份、铝Al9-11份、钛Ti0.45-0.55份、钴Co0.18-0.22份、铬Cr0.45-0.55份，稀土元素0.27-0.33份。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池用镍基导体材料，其特征在于它含有如下重量份的组分：镍Ni 55份、镁Mg3.5份、铜Cu30份、铝Al10份、钛Ti0.5份、钴Co0.2份、铬Cr0.5份，稀土元素0.3份。
3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池用镍基导体材料，其特征在于稀土元素采用镧系元素，由镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc中的一种或多种组成；当采用镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc中的多种组成时，镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc重量份的组分优选：45份、25份、15份，15份。
4.一种权利要求1-3之一所述的锂离子动力电池用镍基导体材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
（1）对镍、铜、铝进行退火处理；
（2）将镍镁合金、镍、铜、铝、钛、钴和铬均匀搅拌，之后放入真空熔炼炉进行一次熔炼；
（3）一次熔炼之后，加入稀土元素进行二次熔炼；
（4）二次熔炼之后，冲入惰性气体，并采用下注压力浇铸法浇铸材料锭胚子，完成锂离子动力电池用镍基导体材料的制备。
5.根据权利要求4所述的锂离子动力电池用镍基导体材料的制备方法，其特征在于原料重量份的配比为：镍镁合金21-26份、镍32-38份、铜27-33份、铝9-11份、钛0.45-0.55份、钴0.18-0.22份、铬0.45-0.55份以及稀土元素0.27-0.33份。
6.根据权利要求5所述的锂离子动力电池用镍基导体材料的制备方法，其特征在于镍的纯度为99.999%；镍镁合金的中，镍：镁成分比为85%：15%。
7.根据权利要求4所述的锂离子动力电池用镍基导体材料的制备方法，其特征在于一次熔炼的温度范围是600-1000℃，加热时间为20-40分钟；二次熔炼的温度范围是1600-2000度，加热时间为40-60分钟。
8.根据权利要求7所述的锂离子动力电池用镍基导体材料材料的制备方法，其特征在于一次熔炼的温度是800℃，加热时间为30分钟；二次熔炼的温度是1800度，加热时间为50分钟。
9.根据权利要求4所述的锂离子动力电池用镍基导体材料材料的制备方法，其特征在于步骤（4）中，惰性气体采用氩气。
10.根据权利要求4所述的锂离子动力电池用镍基导体材料材料的制备方法，其特征在于步骤（3）中，稀土元素采用镧系元素，由镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc中的一种或多种组成；当采用镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc中的多种组成时，镧La、铈Ce、钇Y和钪Sc重量份的组分优选：45份、25份、15份，15份。
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