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CN111793759B - 一种1070高性能锂离子电池用铝箔及其制备方法 - Google Patents

一种1070高性能锂离子电池用铝箔及其制备方法 Download PDF

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CN111793759B CN202010801869.1A CN202010801869A CN111793759B CN 111793759 B CN111793759 B CN 111793759B CN 202010801869 A CN202010801869 A CN 202010801869A CN 111793759 B CN111793759 B CN 111793759B
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Abstract

本发明公开了一种1070高性能锂离子电池用铝箔，属于锂离子电池用铝箔技术领域。铝箔包括以下质量百分比的成分：Si：0.01％‑0.2％、Fe：0.01％‑0.25％、Cu：0.02％‑0.05％、Mn：0.01％‑0.03％、Mg：0.001％‑0.03％、Zn：0.001％‑0.05％、V：0.001％‑0.05％、Ti：0.01％‑0.03％，其他单个杂质元素≤0.03％，余量的铝。1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法，包括：配料‑熔炼‑过滤‑铸轧‑冷轧‑箔轧‑分切‑包装。采用上述方法制备的1070高性能锂离子电池用铝箔的抗拉强度≥210MPa，延伸率≥2.5％。因此，采用本发明所述的1070高性能锂离子电池用铝箔及其制备方法，能够解决现有的1070铝合金强度和延伸率低的问题。

Description

一种1070高性能锂离子电池用铝箔及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池用铝箔技术领域，尤其涉及一种1070高性能锂离子电池用铝箔及其制备方法。
背景技术
锂离子电池由于工作电压高、质量轻、比能量大、循环寿命长、安全、无记忆效应和对环境无污染等方面的优势，近年来发展迅速，成为移动通讯、笔记本电脑、数码产品的理想电源。随着人们节能环保和绿色经济的呼声不断提高，尤其是新能源汽车的快速提升，锂离子电池也在汽车动力电池和大型储能电池方面扮演着越来越重要的角色。锂离子电池正向更高效、价廉、安全、环保的方向改进和发展。
在锂离子电池中，一般正极采用的集流体为铝箔，即锂离子电池用铝箔。锂离子电池的特性决定了锂离子电池用铝箔产品需要具有导电性能高、强度高、延伸率高、表面质量好、板形好等指标，其要求远远高于其他铝箔产品。锂离子电池是日常使用的消费性电子产品，使用范围广、需求量大，而且随着国内外电子行业和以新能源汽车为主的动力电池箔的迅速发展，锂离子电池用铝箔的用量将逐年迅猛增加，预计在今后几年内，将以每年20％左右的速度增长(增长部分以动力电池为主)。在锂离子电池需求量不断提高的同时，其综合性能的要求也越来越高，越来越严格，除了正/负极材料、隔膜、电解液及电池设计等方面外，锂离子电池用铝箔的质量及各方面性能指标也逐步提高，未来发展两个趋势——减薄和高力学性能(高强度、高延伸率)将是锂离子电池用铝箔的技术领域研究的主导方向。
现有的1070铝合金的纯度过高，合金元素含量偏低，铝合金的晶粒粗大，铝合金的强度一般为150-180MPa，不能满足对铝箔高强度的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种1070高性能锂离子电池用铝箔，解决现有的1070铝合金强度和延伸率低的问题。本发明的另一个目的是提供一种1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种1070高性能锂离子电池用铝箔，包括以下质量百分比的成分：Si：0.01％-0.2％、Fe：0.01％-0.25％、Cu：0.02％-0.05％、Mn：0.01％-0.03％、Mg：0.001％-0.03％、Zn：0.001％-0.05％、V：0.001％-0.05％、Ti：0.01％-0.03％，其他单个杂质元素≤0.03％，余量的铝；并且铝的质量百分比≥99.7％。
优选的，所述Ti和B为Al-Ti中间合金和Al-Ti-B丝，Al-Ti-B丝中Ti的质量百分比为4.5％-5.5％，B的质量百分比为0.8％-1.2％。
上述1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配料，根据成分设计称取相应的原料；
S2、熔炼，将备好的原料放入熔炼炉中进行熔炼，待原料熔化完全后对铝合金液进行精炼；熔炼时将Al-Ti中间合金加入熔炼炉中；
S3、过滤，采用管式过滤箱+陶瓷过滤片的方式进行双重过滤，过滤温度为710-730℃；
S4、铸轧，过滤后的铝合金液经流槽注入铸轧机中进行连续铸轧得到7.0-8.0mm的铸轧板；
S5、冷轧，将铸轧板进行冷轧，冷轧后成品厚度为0.26-0.36mm的冷轧板；在板材厚度为3.0-4.0mm时进行均匀化退火，均匀化退火的温度为500-580℃，保温时间为20-25h；
S6、箔轧，将冷轧板经过粗轧、中轧和精轧后获得厚度为0.01-0.015mm的箔材；
S7、分切，将箔材放入分切机进行分切，分切过程中铝箔经过针孔检测仪；
S8、包装、入库。
优选的，所述步骤S1中，原料中包括质量百分比不高于15％的该1070铝合金的废料，其余铝为纯铝锭。
优选的，所述步骤S2中，熔炼时氢含量≤0.12mL/100gAl，精炼温度≥730℃，精炼时间≥30min，精炼频次3-4h/次。
优选的，所述步骤S3中，在除气、过滤之前将Al-Ti-B丝加入到铸轧机前的流槽内。
优选的，所述步骤S4中，铸轧速度为900-1100mm/min，铸轧区长度为55-70mm，获得的铸轧板的同板差≤0.03mm，纵向板差≤0.12mm，中凸度0-0.03mm。
优选的，所述步骤S5中，冷轧的压下道次分别为(7.0-8.0)mm-(3.0-4.0)mm-(2.0-2.5)mm-(1.0-1.3)mm-(0.5-0.8)mm-(0.26-0.36)mm；均匀化退火保温到时后，开1/2炉门冷却，待炉气温度降低到300±20℃工件出炉自然冷却，退火过程中及退火后工件均采用悬空放置。
优选的，所述步骤S6中，箔轧的压下道次分别为(0.26-0.36)mm-(0.12-0.18)mm-(0.07-0.09)mm-(0.035-0.045)mm-(0.016-0.025)mm-(0.01-0.015)mm。
优选的，所述步骤S7中，精切过程中对铝箔的表面进行电晕处理。
本发明所述的一种1070高性能锂离子电池用铝箔及其制备方法的有益效果是：
1、本发明在铝合金中添加了Cu和Mn元素，Cu元素主要以固溶状态存在，对铝合金的强度提高有贡献，对晶粒再结晶也有影响。Mn元素的存在可以与Fe形成化合相，从而降低Fe元素的有害作用，同时可以提高铝合金再结晶温度，对改善铝合金的强度和塑性能起到有效的作用。
2、铸轧时，采用管式过滤箱+陶瓷过滤片的方式进行双重过滤，采用双重过滤可以提高铝液的纯净度，降低铸轧板中针孔、气道和夹渣等缺陷率。
3、在冷轧过程中，板材厚度为3.0-4.0mm时进行均匀化退火，对铝合金板材进行均匀化退火可以消除铸轧坯料由于冷却速度快而形成的组织成分不均匀，以及改善化合物的形态，使铝合金组织和成分更加均匀，从而有效改善最终产品铝箔产品质量。
4、熔炼时，在铝合金中加入Al-Ti中间合金；铸轧前，在流槽中加入Al-Ti-B丝，通过Ti和B对铝合金进行变质处理，可以有效的降低铝合金的晶粒度，获得晶粒细小均匀的铸轧板。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
1070铝合金：指按照国家标准GB/T3190-2008中的要求，对应合金牌号为1070的铝合金品种，其中铝含量不小于99.70％。
锂离子电池用铝箔：即适用于锂离子电池集流体用铝箔产品，主要应用于手机、平板、笔记本电脑等数码电子产品用电池、新能源汽车电瓶用动力电池，以及大型储能电池等领域。
一种1070高性能锂离子电池用铝箔，包括以下质量百分比的成分：Si：0.01％-0.2％、Fe：0.01％-0.25％、Cu：0.02％-0.05％、Mn：0.01％-0.03％、Mg：0.001％-0.03％、Zn：0.001％-0.05％、V：0.001％-0.05％、Ti：0.01％-0.03％，其他单个杂质元素≤0.03％，余量的铝；并且铝的质量百分比≥99.7％。
Ti和B为Al-Ti中间合金和Al-Ti-B丝，Al-Ti-B丝中Ti的质量百分比为4.5％-5.5％，B的质量百分比为0.8％-1.2％。
在1070铝合金中添加了少量Cu元素和Mn元素，Cu元素可以形成固溶相Al2Cu，弥散的分布在晶界处，在后续加工中对位错的移动具有钉扎作用，有效的提高合金的强度和再经晶温度；同时，Cu元素的存在可以形成第二相，阻止再经晶晶粒长大。总之，Cu元素存在可以有效改善最终铝箔的性能指标。Mn元素的存在可以与Fe形成化合相(Fe、Mn)Al6，从而降低Fe元素的有害作用，同时，Mn还可以提高铝合金再结晶温度，对改善铝合金的强度合塑性能起到有效的作用。
上述1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料，根据成分设计称取相应的原料。原料中包括质量百分比不高于15％的该1070铝合金的废料，其余铝为纯铝锭。采用该铝合金的废料可以实现废料的重新利用，降低材料成本。
S2、熔炼，将备好的原料放入熔炼炉中进行熔炼，待原料熔化完全后对铝合金液进行精炼；熔炼时将Al-Ti中间合金加入熔炼炉中。熔炼时炉料要保持清洁，熔体质量良好，满足铝箔生产要求。氢含量≤0.12mL/100gAl，精炼温度≥730℃，精炼时间≥30min，精炼频次3-4h/次。
S3、过滤，采用管式过滤箱+陶瓷过滤片的方式进行双重过滤，过滤温度为710-730℃。采用双重过滤可以提高铝液的纯净度，降低铸轧板中针孔、气道和夹渣等缺陷率。在除气、过滤之前将Al-Ti-B丝加入到铸轧机前的流槽内。
S4、铸轧，过滤后的铝合金液经流槽注入铸轧机中进行连续铸轧得到7.0-8.0mm的铸轧板。铸轧速度为900-1100mm/min，铸轧区长度为55-70mm，获得的铸轧板的同板差≤0.03mm，纵向板差≤0.12mm，中凸度0-0.03mm。
Al-Ti中间合金和Al-Ti-B丝分别在熔炼和铸轧前加入到铝液中，对铝合金进行双重细化变质处理，可以有效的细化铝合金的晶粒，使铸轧板晶粒组织更加细小、均匀。因B元素含量较少，无法检测到铝合金中B元素最终含量。
S5、冷轧，将铸轧板进行冷轧，冷轧后成品厚度为0.26-0.36mm的冷轧板。冷轧的压下道次分别为(7.0-8.0)mm-(3.0-4.0)mm-(2.0-2.5)mm-(1.0-1.3)mm-(0.5-0.8)mm-(0.26-0.36)mm。冷轧时的工艺参数如表1所示。
表1 1070高性能锂离子电池用铝箔冷轧工艺参数
Figure GDA0003263809020000061
在板材厚度为3.0-4.0mm时进行均匀化退火，均匀化退火的温度为500-580℃，保温时间为20-25h。对铝合金板材进行均匀化退火可以消除铸轧坯料由于冷却速度快而形成的组织成分不均匀，以及改善化合物的形态，使铝合金组织和成分更加均匀，从而有效改善最终产品铝箔产品质量。
均匀化退火保温到时后，开1/2炉门冷却，待炉气温度降低到300±20℃工件出炉自然冷却，退火过程中及退火后工件均采用悬空放置。
冷轧时的板形质量控制：
①每次更换工作辊后，要坚持预热轧辊10分钟以上，成品道次前，要先生产厚料2～3卷，以提高轧辊热凸度，稳定辊型，成品道次确保在线板型不大于15I；
②根据产品的宽度，选择合适的板形控制曲线，以确保板形质量；
③更换轧辊和定期维修时，确保板形控制系统正常。
冷轧时的表面质量控制：
①上料前对料卷进行清洁，换辊时对轧辊进行清洁，生产前对导辊及板型辊进行清洁；
②出成品前换新辊，检测工作辊表面无严重走刀痕、振纹等，应确认轧辊状态是否符合产品的表面要求；
③成品前第一卷及出成品第一卷，检查表面是否有轧辊印痕、擦划伤、粘铝、表面条纹等缺陷，避免出现批量表面缺陷；
④确保轧制油过滤系统正常，以确保轧制表面质量。
S6、箔轧，将冷轧板经过粗轧、中轧和精轧后获得厚度为0.01-0.015mm的箔材。箔轧的压下道次分别为(0.26-0.36)mm-(0.12-0.18)mm-(0.07-0.09)mm-(0.035-0.045)mm-(0.016-0.025)mm-(0.01-0.015)mm。
1070高性能锂离子电池用铝箔成品道次轧辊情况如表2所示。
表2 1070高性能锂离子电池用铝箔成品道次轧辊情况
成品厚度mm 轧辊凸度‰ 轧辊粗糙度(Ra)μm
0.012/0.015 65 0.10-0.15
0.010 65 0.07-0.12
1070高性能锂离子电池用铝箔生产中轧制油要求如表3所示。
表3 1070高性能锂离子电池用铝箔生产中轧制油要求
Figure GDA0003263809020000071
S7、分切，将箔材放入分切机进行分切，分切过程中铝箔经过针孔检测仪，确保产品针孔质量良好。并在精切设备进行二次分切获得客户要求宽度规格。精切过程中对铝箔的表面进行电晕处理，以提高铝箔表面达因值，提高铝箔表面的润湿性，便于后续的喷涂处理。
S8、包装、入库。
以下将结合实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。实施例1-4中铝合金的成本配比如表4所示。
表4 1070高性能锂离子电池用铝箔实施例的成分表
合金元素 Si Fe Cu Mn Mg Zn V Ti Al
实施例一 0.04 0.17 0.02 0.01 0.001 0.001 0.001 0.020 余量
实施例二 0.05 0.15 0.02 0.01 0.001 0.001 0.001 0.022 余量
实施例三 0.04 0.14 0.02 0.03 0.001 0.001 0.001 0.020 余量
实施例四 0.05 0.14 0.04 0.015 0.001 0.001 0.001 0.026 余量
实施例五 0.05 0.15 0.03 0.02 0.001 0.001 0.001 0.029 余量
实施例六 0.04 0.13 0.04 0.03 0.001 0.001 0.001 0.025 余量
实施例七 0.05 0.10 0.05 0.03 0.001 0.001 0.001 0.023 余量
对上述实施例的铝合金分别制成0.01-0.13mm厚和0.015mm厚的铝箔，进行力学性能检测，结果如表5所示。
表5 1070高性能锂离子电池用铝箔实施例的力学性能
Figure GDA0003263809020000081
采用本发明所述的1070高性能锂离子电池用铝箔及其制备方法制备的0.01-0.13mm厚度的铝箔，抗拉强度≥210MPa，延伸率≥2.5％；0.015mm厚度的铝箔，抗拉强度≥210MPa，延伸率≥2.5％。
因此，采用本发明所述的1070高性能锂离子电池用铝箔及其制备方法，能够解决现有的1070铝合金强度和延伸率低的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配料，根据成分设计称取相应的原料；
S2、熔炼，将备好的原料放入熔炼炉中进行熔炼，待原料熔化完全后对铝合金液进行精炼；熔炼时将Al-Ti中间合金加入熔炼炉中；
S3、过滤，采用管式过滤箱+陶瓷过滤片的方式进行双重过滤，过滤温度为710-730℃；
S4、铸轧，过滤后的铝合金液经流槽注入铸轧机中进行连续铸轧得到7.0-8.0mm的铸轧板；
S5、冷轧，将铸轧板进行冷轧，冷轧后成品厚度为0.26-0.36mm的冷轧板；在板材厚度为3.0-4.0mm时进行均匀化退火，均匀化退火的温度为500-580℃，保温时间为20-25h；
S6、箔轧，将冷轧板经过粗轧、中轧和精轧后获得厚度为0.01-0.015mm的箔材；
S7、分切，将箔材放入分切机进行分切，分切过程中铝箔经过针孔检测仪；
S8、包装、入库；
所述步骤S3中，在除气、过滤之前将Al-Ti-B丝加入到铸轧机前的流槽内；
所述步骤S6中，箔轧的成品道次轧辊的凸度为65‰；
上述1070高性能锂离子电池用铝箔，包括以下质量百分比的成分：Si：0.01％-0.2％、Fe：0.01％-0.25％、Cu：0.02％-0.05％、Mn：0.01％-0.03％、Mg：0.001％-0.03％、Zn：0.001％-0.05％、V：0.001％-0.05％、Ti：0.01％-0.03％，其他单个杂质元素≤0.03％，余量的铝；并且铝的质量百分比≥99.7％；
Al-Ti-B丝中Ti的质量百分比为4.5％-5.5％，B的质量百分比为0.8％-1.2％；
所述步骤S5中，冷轧的压下道次分别为(7.0-8.0)mm-(3.0-4.0)mm-(2.0-2.5)mm-(1.0-1.3)mm-(0.5-0.8)mm-(0.26-0.36)mm；均匀化退火保温到时后，开1/2炉门冷却，待炉气温度降低到300±20℃工件出炉自然冷却，退火过程中及退火后工件均采用悬空放置。
2.根据权利要求1所述的一种1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，原料中包括质量百分比不高于15％的1070铝合金的废料，其余铝为纯铝锭。
3.根据权利要求1所述的一种1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，熔炼时氢含量≤0.12mL/100gAl，精炼温度≥730℃，精炼时间≥30min，精炼频次3-4h/次。
4.根据权利要求1所述的一种1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，铸轧速度为900-1100mm/min，铸轧区长度为55-70mm，获得的铸轧板的同板差≤0.03mm，纵向板差≤0.12mm，中凸度0-0.03mm。
5.根据权利要求1所述的一种1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中，箔轧的压下道次分别为(0.26-0.36)mm-(0.12-0.18)mm-(0.07-0.09)mm-(0.035-0.045)mm-(0.016-0.025)mm-(0.01-0.015)mm。
6.根据权利要求1所述的一种1070高性能锂离子电池用铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤S7中，精切过程中对铝箔的表面进行电晕处理。
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