CN111118351B

CN111118351B - 一种锂离子电池软包装铝塑膜用高性能铝箔及其制备方法

Info

Publication number: CN111118351B
Application number: CN201911375871.0A
Authority: CN
Inventors: 张腾飞; 郭辉; 聂存珠; 唐劲松; 高勇进; 唐定骧; 黄元伟
Original assignee: Shanghai Huafon Aluminum Corp
Current assignee: Huafon Nikkei Aluminium Corp
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN111118351A

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池软包装铝塑膜用的高性能铝箔，该铝箔包括如下重量百分比的组分：0.03%≤Si≤0.11%，1.25%≤Fe≤1.65%，Mn≤0.01%，Cu≤0.01%，Zn≤0.01%，Mg≤0.01%，0.05%≤稀土≤0.15%，其余为Al及不可避免的杂质。本发明的铝箔中加入稀土元素，例如Ce或者Er，可以提高铝箔的强度、塑性、耐蚀性，使其制备的软包锂离子电池用铝塑膜具有较高的深冲性能及耐蚀性能。

Description

一种锂离子电池软包装铝塑膜用高性能铝箔及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝箔，具体涉及一种锂离子电池软包装铝塑膜用高性能铝箔及其制备方法，属于汽车电池材料领域。

背景技术

随着各国对环境保护、技术进步和能源安全重视程度的加深，大量消耗化石能源的内燃机在公路交通领域的应用正逐渐被采用其他能源的各类动力系统所取代，以电动化为技术背景的新能源汽车行业迎来发展良机。随着汽车行业对新能源汽车领域的重视，对动力电池的性能要求也越来越高。作为主要动力电池的锂电池，也收到广泛的关注。

随着市场对锂电池的关注度及需求的提高，锂电池的包装材料也越来越成为关注的重点。铝塑膜是封装软包锂电池的重要材料，对软包电池的质量起着至关重要的作用。

铝塑膜需要具有极高的阻隔性，阻隔性不好会降低聚合物锂电池的比容量，使电池起鼓，导致循环寿命和电化学性能的降低，严重的还会使电池失效，因此铝塑膜要严格控制水蒸气与氧气的透过率。铝箔在室温下会与空气中的氧气发生反应生成氧化膜，可以阻止水蒸气渗入从而保护电芯内部。同时铝塑膜也要具有良好的冷冲压成型性，这样才能保证包装后的电池芯封口规整严密，外观平整，包装牢固，这也要求铝塑膜中所使用的的铝箔具有良好的延伸率及深冲性能。

目前软包锂电池铝塑膜用铝箔主要采用8021合金，经过完全退火后具有色泽光亮、塑性好耐折叠、强度适中等诸多优点，但是因材料制造难度大、产品质量稳定性差，目前国内主要使用日本生产的8021锂电池软包产品，国产材料存在强度高、延伸率低、表面条纹、针孔超标、杯突值低等缺陷导致了锂电池液泄漏等质量问题。通过本发明技术方案能够得到中等抗拉强度及良好延伸率，材料偏析倾向性小，表面均匀，无色差、条纹等表面缺陷，能够完全避免材料的针孔缺陷。

发明内容

本发明提供一种锂离子软包装铝塑膜用高性能铝箔，其技术方案如下：

所述铝箔中各元素的质量百分比如下：

0.03%≤Si≤0.11%，

1.25%≤Fe≤1.65%，

Mn≤0.01%，

Cu≤0.01%，

Zn≤0.01%，

Mg≤0.01%，

0.05%≤稀土元素≤0.15%，

其余为Al和不可避免的杂质。

所述稀土元素选自Ce、Er、Sc、Y、La、Sm中的任意一种及其组合；优选0.05%≤Ce≤0.15%，或者0.05%≤Er≤0.15%，或者0.05%≤Ce+Er≤0.15%。

Fe元素在铝合金中会形成Al₃Fe金属间化合物，起到细化晶粒的作用，当Fe元素含量过低时，起不到明显的细化作用，当Fe元素含量过高时，金属间化合物会变得粗大，会割裂基体，降低其力学性能，同时粗大的高电位金属间化合物，更容易在晶界处发生腐蚀穿孔，导致铝箔的耐腐蚀性下降。

稀土元素Ce、Er对铝合金具有净化熔体、细化铸锭晶粒的作用，并提高合金的强度、耐热性能、耐蚀性能。稀土元素大部分分布于合金晶界上，可与有害杂质元素发生反应，起到净化合金晶界的作用。在合金溶液结晶过程中，稀土元素大部分在结晶前沿聚集，能有有效阻碍枝晶的生长，细化合金的铸态晶粒，而晶粒的进一步细化，晶粒间的变形和位移更加容易，有益于延伸率的提高，进而满足铝塑膜对深冲性能的要求。同时，在基体中也能够形成第二相，其电化学活性与铝合金基体相近，避免形成基体与第二相之间的腐蚀电偶，提高了铝合金的耐蚀性。

本发明可以综合利用现阶段价格较为便宜，而又存量较为丰富的稀土元素Ce和Er，可以更好发挥稀土元素的综合优势。

上述锂离子软包装铝塑膜用新型铝箔，其制备方法包括以下步骤：

（1）熔炼、铸造工艺：将所述各组分及重量百分比的原料进行熔炼，熔炼温度控制在720℃-750℃范围内，然后精炼、静置后浇铸成铸锭；

（2）均匀化：将上述铸锭进行均匀化处理，均匀化热处理温度为500-600℃，热处理时间为2-20h；

（3）轧制：将均匀化后的铸锭在450-500℃热轧，热轧至厚度3-5mm；然后进行冷轧，冷轧至0.5mm时，进行中间退火，然后继续冷轧至成品厚度0.04-0.10mm；

（4）退火：将冷轧后的合金进行完全退火，完全退火的温度为300-380℃，完全退火的时间为1-10h，得到使用状态的铝箔。

根据上述成分及制备方法制得的铝箔，其抗拉强度为95-105MPa，延伸率为25-33%。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，本发明的铝箔在保证强度的同时，具有更高的延伸率，能更好地满足铝塑膜延展性的要求；

第二，本发明的铝箔由于添加了Ce或者Er等稀土，在强度提高，塑性提高的同时，耐蚀性也得到较大提高。

具体实施方式

以下通过实施例和对比例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

各组分及其重量百分比如下：

	Fe	Si	Mn、Cu、Zn、Mg	稀土元素
					实施例1	1.472	0.042	≤0.01%	Ce-0.05
实施例2	1.491	0.044	≤0.01%	Ce-0.15
					实施例3	1.427	0.043	≤0.01%	Er-0.05
实施例4	1.384	0.043	≤0.01%	Er-0.15
					对比例1	1.421	0.055	≤0.01%	/

（1）准备配料：按照上述的锂离子软包装铝塑膜用铝箔各实施例的组分及重量百分比进行配料的准备；

（2）将上述配料熔炼，熔炼温度控制在720℃-750℃范围内，然后精炼、静置后浇铸成铸锭，铸锭厚度为30mm，并进行均匀化处理。

（3）均匀化：将上述铸锭进行均匀化处理，均匀化工艺为520℃x8h；

（4）热轧：轧制温度为480-500℃，热轧结束后，轧制板厚度为3.5-4.0mm。

（5）冷轧：将热轧后的板料轧制到0.5mm，进行中间退火。退火工艺为420℃x1min。退火后将其轧制到成品厚度0.08mm。

（6）退火：将成品厚度的样品进行退火，退火工艺为340℃x1h，最后获得O态样品。

对以上不同成分的各实施例所得铝箔样品及对比样品进行如下性能测试。

1.室温拉伸实验：按照国标GB/T 228.1-2010制成标准拉伸试样，在Zwick拉力试验机上进行拉伸实验，测得抗拉强度、屈服强度及延伸率。

2.OY实验：试样经过打磨抛光清洗后，选取25mmx100mm大小的样品，称得实验前样品重量，然后浸入OY腐蚀溶液中，进行腐蚀实验。实验结束后将试样在稀硝酸溶液中浸泡后，用水清洗烘干后，称得重量，并计算失重率，计算方法：（腐蚀前重量-腐蚀后重量）/腐蚀前重量。

	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/%	失重率/%
					实施例1	46.6	101.7	30.9	2.57
实施例2	49.0	101.3	30.1	2.15
					实施例3	41.4	97.1	27.3	3.09
实施例4	42.8	99.9	26.9	3.01
					对比例	43.3	101.7	16.1	4.76

对比上述各实施例与对比例的性能数据可以看出，在本发明铝合金的成分范围内，得到的铝合金的力学性能和耐腐蚀性能显著高于对比例，尤其是延伸率得到较大提高。以上数据表明，添加Ce、Er的稀土铝合金是一种高延伸率高耐蚀的更有利于应用于铝塑膜的高性能铝合金材料。

对比在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims

1.一种抗拉强度为95-105MPa，延伸率为25-33％的锂离子电池软包装铝塑膜用高性能铝箔，其特征在于，该铝箔以重量百分比计，成分为：

0.042％≤Si≤0.044％，

1.384％≤Fe≤1.491％，

Mn≤0.01％，

Cu≤0.01％，

Zn≤0.01％，

Mg≤0.01％，

0.05％≤稀土元素≤0.15％，

其余为Al和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高性能铝箔，其特征在于，所述稀土元素选自Ce、Er、Sc、Y、La、Sm中的任意一种及其组合。

3.根据权利要求1所述的高性能铝箔，其特征在于，0.05％≤Ce≤0.15％，或者0.05％≤Er≤0.15％，或者0.05％≤Ce+Er≤0.15％。

4.根据权利要求1或2所述的高性能铝箔，其特征在于，该铝箔成分为：0.042％≤Si≤0.044％，1.384％≤Fe≤1.491％，Mn≤0.01％，Cu≤0.01％，Zn≤0.01％，Mg≤0.01％，0.05％≤Ce≤0.15％。

5.根据权利要求1或2所述的高性能铝箔，其特征在于，该铝箔成分为：0.042％≤Si≤0.044％，1.384％≤Fe≤1.491％，Mn≤0.01％，Cu≤0.01％，Zn≤0.01％，Mg≤0.01％，0.05％≤Er≤0.15％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的锂离子电池软包装铝塑膜用高性能铝箔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)熔炼、铸造工艺：按照各组分重量百分比进行配料，然后熔炼，并浇铸成铸锭；

(2)均匀化：将上述铸锭进行均匀化处理；

(3)轧制：将均匀化后的铸锭进行热轧，然后进行冷轧；

(4)退火：将冷轧后的合金进行完全退火，得到所述的高性能铝箔。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，熔炼是在电磁感应炉中进行，熔炼温度控制在720℃-750℃范围内。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，均匀化热处理温度为500-600℃，热处理时间为2-20h。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，热处理时间为5-10h。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，在450-500℃进行热轧，热轧至厚度3-5mm；冷轧至0.5mm时，进行中间退火，然后继续冷轧至成品厚度0.04-0.10mm。

11.根据权利要求10中所述的制备方法，其特征在于，中间退火采用快速退火，快速退火的温度为380-430℃，快速退火的时间为0.5min-5min。

12.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，完全退火的温度为300-380℃，完全退火的时间为1-10h。