Al-Fe-Mn-xSi-yLa合金的显微组织与性能研究

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锂离子电池的应用日益广泛,同时对其要求也日益提高。正极集流体作为锂离子电池中的重要组件之一,需要具备更高的综合性能。传统的锂离子电池正极集流体大多只能满足高电导率要求,强度和耐蚀性较低。因此本文通过微合金化设计了用于锂离子电池正极集流体的Al-Fe-Mn-xSi-yLa合金,系统研究了元素La、Mn、Si、Fe含量对合金显微组织、拉伸强度、延伸率、电导率及电化学性能的影响规律。主要研究结果如下:(1)La含量对Al-0.25Fe-0.1Mn合金的显微组织有重要影响。随着La含量的增加,均匀化退火态合金的晶粒细化,同时合金中第二相在晶界处的析出量减少。La的添加会对第二相的尺寸、形貌和分布产生影响,La会结合Al、Fe生成球状或椭球状Al Fe La相,同时减少棒状Al Fe相的数量。(2)对Al-0.25Fe-0.1Mn、Al-0.25Fe-0.1Mn-0.1La与Al-0.25Fe-0.1Mn-0.15La合金的研究表明:与不含La铝合金箔相比,含La铝合金箔在屈服强度、抗拉强度、延伸率等方面都得到了提升,其中含0.1 wt.%La铝合金箔具有最好的抗拉强度与延伸率。La的添加能改善铝合金箔的耐蚀性。随着La含量的增加,铝合金箔的腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减小,表明合金发生腐蚀的难度增加并且腐蚀速率降低。(3)对Al-0.25Fe-0.1Mn-0.1La与Al-0.25Fe-0.2Mn-0.1La合金的研究表明:当Mn含量从0.1 wt.%增加到0.2 wt.%时,铝合金箔的抗拉强度由244.65 MPa增大至260.14 MPa。同时铝合金箔的腐蚀电位由-711 m V正移至-682 m V,腐蚀电流密度由2.060×10-5 A/cm~2减小至3.18×10-6 A/cm~2,表明合金耐蚀性得到改善。(4)对Al-0.25Fe-0.1Mn-0.15La与Al-0.25Fe-0.1Mn-0.1Si-0.15La合金的研究表明:Si能减少均匀化退火态合金在晶界处的析出相数量。Si易与Al、Fe形成Al Fe Si相。0.1 wt.%Si的引入能使退火态铝合金箔电导率由54.95%IACS升至55.65%IACS,使抗拉强度由227.20 MPa增大至247.65MPa,延伸率由1.02%增大至1.50%。但Si的引入对合金耐蚀性的影响较小,两种铝合金箔的腐蚀电位均为-700 m V左右。(5)对Al-0.25Fe-0.1Mn-0.1Si-0.15La与Al-0.15Fe-0.1Mn-0.1Si-0.15La合金的研究表明:当Fe含量由0.15 wt.%增加至0.25 wt.%,退火态铝合金箔中Al Fe Si相数量明显增多,电导率基本不变,但抗拉强度由252.43 MPa减小至247.65 MPa。同时,退火态铝合金箔耐蚀性变差,腐蚀电位由-691 m V负移至-702 m V,腐蚀电流密度由1.846×10-6 A/cm~2增大至4.142×10-6 A/cm~2,表明过量Fe元素的引入会带来负面影响。
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