锂电池铝箔的制备方法及锂电池铝箔与流程

锂电池铝箔的制备方法及锂电池铝箔
【技术领域】
1.本发明涉及铝加工技术领域，尤其是涉及一种锂电池铝箔的制备方法及锂电池铝箔。

背景技术：

2.汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备重量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，并降低排气污染。锂离子电池具有工作电压高、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特点。
3.近年来，随着锂离子电池在新能源动力汽车、大型储能和物联网的成熟应用，促进锂电池行业的爆发式发展。电池铝箔作为锂电池正极集流体，既是活性物质的载体，又是电流汇集的导体，要求具有高的强度和电导率，是锂电池重要的组成部分。
4.铝箔的纯度越高，导电性能越好；铝箔厚度越薄，能量密度越大。减少铝熔体杂质元素的含量，可提高铝箔成品的纯度，但纯度过高在轧制过程中相应的会增加粘辊现象，增加铝箔轧制难度。导致纯度太低，抗拉强度低，针孔数量多且难以控制，易导致辊压时断带。目前，国内暂无使用铝含量＞99.60％的铝合金生产10μm双面光锂离子动力电池用铝箔的先例。
5.因此，有必要提供一种锂电池铝箔的制备方法及锂电池铝箔来解决上述缺陷。

技术实现要素：

6.本发明实施例的目的在于提供一种锂电池铝箔的制备方法及锂电池铝箔，以解决现有铝合金板材的表面质量、综合机械性能以及冲压成形性能均差，同时强度低，热压后内部残余内应力大，无法满足作为电池包侧板的需求的问题。
7.第一方面，本发明实施例提供了一种锂电池铝箔的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
8.步骤s1、将原料配方采用熔炼和炉内精炼的方法制备铝熔体；
9.所述原料配方的组分按质量百分比为：si≤0.05％、fe≤0.15％、cu≤0.05％、mn≤0.03％、mg≤0.03％、ni≤0.03％、zn≤0.03％、ti为0.02-0.03％、al≥99.60％，其他单个杂质≤0.03％；
10.步骤s2、对所述铝熔体进行在线精炼；通过采用在线添加al-ti5-b1丝、在线持续充入大于等于99.999％的纯氩气用以除气、及通过双重过滤的方式进行炉外在线精炼，得到精炼铝熔体；
11.步骤s3、对所述铝熔体进行铸轧，得到厚度为6.5-7.5mm的铸轧坯料；所述铸轧的前箱温度为690-710℃，所述铸轧的速度为900-1000mm/min；
12.步骤s4、对所述铸轧坯料进行冷轧得到箔轧坯料；将所述铸轧坯料共经6个道次轧制至0.25-0.30mm厚的箔轧坯料，其中，至冷轧加工率为90％-95％时，进行低温退火，低温退火后经最后一道次轧制成所述箔轧坯料；
13.步骤s5、对所述箔轧坯料进行箔轧；所述箔轧的道次分别为(0.25-0.30)mm、(0.12-0.15)mm、(0.050-0.060)mm、(0.020-0.025)mm、(0.012-0.014)mm、0.010mm，得到箔轧铝箔；
14.步骤s6、对所述箔轧铝箔进行分切，得到所述锂电池铝箔。
15.优选的，所述步骤s1中，按所述原料配方的组分将配备好的铝液与纯铝锭装入熔化炉中，且所述铝液与所述纯铝锭的比值≤30％，以实现配料，其中，si、fe、cu元素以杂质元素的形式控制，ti元素以al-ti-b中间合金线的形式炉外在线加入。
16.优选的，所述步骤s1中，熔炼时采用向炉内喷入精炼剂和充入纯氩气的形式除气除渣以实现炉内精炼，炉内精炼温度为735-755℃，精炼剂为粉类精炼剂，其喷入量为1
±
0.2kg/t.al，炉内精炼时间20-30分钟，炉内精炼频次3.5-4.5h/次，每次炉内精炼后进行扒渣。
17.优选的，所述步骤s2中，al-ti5-b1丝加入量为2
±
0.3kg/t，纯氩气流量15-25l/min，采用管式过滤和板式过滤系统实现双重过滤，过滤目数分别为50目和60目，在线氢含量≤0.10ml/100gal。
18.优选的，所述步骤s3中，前箱的铝水波动范围控制在
±
1mm，铸轧区长度为55-65mm，铸轧板上下表面晶粒度一级，同板差≤0.03mm，一周纵向板差≤0.10mm，中凸度为0-0.02mm。
19.优选的，所述步骤s4中，在第五道次轧到0.40-0.45mm后进行低温退火，退火温度260
±
5℃，保温时间20-25小时。
20.优选的，所述步骤s5中，工作辊硬度90-95hsd、粗超度0.12μm、凸度0.09mm，尺寸偏差
±
1％，通过在线厚度检测系统实时监测轧制的箔材厚度，对厚度偏差进行自动矫正控制，使铝箔厚度控制在
±
3％范围内。
21.优选的，所述步骤s6中，将锂电池铝箔放入分切机中，使用圆盘刀进行切边，分切时控制铝粉、毛刺和印痕边部缺陷，分切过程中对锂电池铝箔进行在线针孔检测，实时监测针孔数量、大小及分布位置，将不符合要求的部分进行剔除。
22.优选的，所述制备方法还包括步骤s7中：
23.对分切处理后的锂电池铝箔进行倒卷，倒卷过程中对锂电池铝箔的表面进行两次电晕处理，电晕功率12-18kw，速度100-150m/min。
24.第二方面，本发明实施例提供一种锂电池铝箔，用于锂电池，所述锂电池铝箔按质量百分比由如下组分组成：si≤0.05％、fe≤0.15％、cu≤0.05％、mn≤0.03％、mg≤0.03％、ni≤0.03％、zn≤0.03％、ti为0.02-0.03％、al≥99.60％，其他单个杂质≤0.03％；所述锂电池铝箔上述的锂电池铝箔的制备方法制成。
25.与现有技术相比，本发明中锂电池铝箔的制备方法通过限定原料配方并依次采用熔炼、在线精炼、铸轧、冷轧、箔轧、分切以及倒卷工艺制备得到锂电池铝箔，其中冷轧阶段，粗轧至预定厚度后，进行低温退火处理；箔轧阶段采用低压下率、大凸度轧制；可以使锂电池铝箔的抗拉强度≥190mpa，延伸率≥4.0％，成品厚度10μm，厚差集中在
±
3％，针孔面密度＜0.3个/
㎡
，无大于0.5mm的大针孔；通过箔轧生产锂电池用10μm双面光高延伸铝箔，提升电池导电性和容量，完全满足作为锂电池的要求。
【附图说明】
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
27.图1为本发明实施例提供的一种锂电池铝箔的制备方法的步骤流程示意图。
【具体实施方式】
28.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.如图1所示，本发明实施例提供了一种锂电池铝箔的制备方法，用以生产新能源汽车用锂离子正极集流体铝箔为例，生产厚度0.010mm，宽度600-800mm的铝箔成品三批次。所述制备方法包括以下步骤：
30.步骤s1、将原料配方采用熔炼和炉内精炼的方法制备铝熔体。
31.其中，所述原料配方的组分按质量百分比为：si≤0.05％、fe≤0.15％、cu≤0.05％、mn≤0.03％、mg≤0.03％、ni≤0.03％、zn≤0.03％、ti为0.02-0.03％、al≥99.60％，其他单个杂质≤0.03％。
32.本实施例中，按所述原料配方的组分将配备好的铝液与纯铝锭先后装入熔化炉中按熔炼+炉内精炼的方法制备铝熔体，其铝液与纯铝锭按7:3控制，以实现配料，其中，si、fe、cu元素以杂质元素的形式控制，ti元素以al-ti-b中间合金线的形式炉外在线加入，作为合金元素控制，并采用喷入精炼剂和充入高纯氩气的形式对所述熔化炉内的熔体除气除渣。
33.本实施例中，熔炼时采用向炉内喷入精炼剂和充入纯氩气的形式除气除渣以实现炉内精炼，炉内精炼温度为735-755℃，精炼剂为粉类精炼剂，其喷入量为1
±
0.2kg/t.al，炉内精炼时间20-30分钟，炉内精炼频次3.5-4.5h/次，每次炉内精炼后进行扒渣。
34.其中，熔炼方法包括配料、炉内精炼两个步骤。
35.配料包括将经配料的铝液、纯铝锭先后装入熔化炉中，铝液与纯铝锭比值≤30％。
36.炉内精炼通过将si、fe、cu以杂质元素的形式控制；ti元素以al-ti-b中间合金线的形式炉外在线加入，作为合金元素控制，起细化晶粒作用。采用喷入精炼剂和充入高纯氩气的形式对熔体除气除渣，炉内精炼温度735-755℃，喷入1
±
0.2kg/t.al的粉类精炼剂，精炼时间20-30分钟，精炼频次3.5-4.5h/次。精炼温度、时间和频次适中，获得的铝箔铸轧坯料抗拉强度、延伸率效果更好。
37.步骤s2、对所述铝熔体进行在线精炼；通过采用在线添加al-ti5-b1丝、在线持续充入大于等于99.999％的纯氩气用以除气、及通过双重过滤的方式进行炉外在线精炼，得到精炼铝熔体。
38.本实施例中，al-ti5-b1丝加入量为2
±
0.3kg/t，纯氩气流量15-25l/min，采用管式过滤和板式过滤系统实现双重过滤，过滤目数分别为50目和60目，在线氢含量≤0.10ml/
100gal。
39.具体的，通过在导流槽中采用依次添加al-ti5-b1丝+充入高纯氩气+双重过滤的形式炉外精炼，al-ti5-b1丝加入量2
±
0.3kg/t，起细化晶粒作用。氩气流量15-25l/min，采用三井管式过滤和板式过滤系统双重过滤的方式进行炉外在线精炼，过滤目数50、60目，在线氢含量≤0.10ml/100gal。过滤效果良好，除杂除气方便。板式过滤系统可以是陶瓷过滤片，过滤效果良好。
40.其中，在线精炼是在导流槽中依次在线添加al-ti5-b1丝进行变质处理、在线持续充入纯度＞99.999％的高纯氩气除气，以及通过管式过滤箱+陶瓷过滤片双重过滤的方式进行炉外在线精炼。
41.步骤s3、对所述铝熔体进行铸轧，得到厚度为6.5-7.5mm的铸轧坯料；所述铸轧的前箱温度为690-710℃，所述铸轧的速度为900-1000mm/min。高温铸轧能提高铝箔的力学性能和成形性能，而高温段可以使铸造过程产生的初生相粒子发生球化，以进一步提高铝箔的成形性能。
42.本实施例中，所述步骤s3中，前箱铝水波动范围控制在
±
1mm，铸轧区长度为55-65mm，铸轧板上下表面晶粒度一级，同板差≤0.03mm，一周纵向板差≤0.10mm，中凸度为0-0.02mm。
43.具体的，通过在前箱设置温度690-710℃，前箱铝水波动范围控制在
±
1mm，铸轧区长度为55-65mm，铸轧速度为900-1000mm/min，铸轧坯料厚度6.5-7.5mm，铸轧板上下表面晶粒度一级，同板差≤0.03mm，一周纵向板差≤0.10mm，中凸度0-0.02mm。
44.步骤s4、对所述铸轧坯料进行冷轧得到箔轧坯料；将所述铸轧坯料共经6个道次轧制至0.25-0.30mm厚的箔轧坯料，其中，至冷轧加工率为90％-95％时，进行低温退火，低温退火后经最后一道次轧制成所述箔轧坯料。
45.本实施例中，所述步骤s4中，在第五道次轧到0.40-0.45mm进行低温退火，退火温度260
±
5℃，保温时间20-25小时。
46.具体的，通过将铸轧卷带共经6个道次轧制至0.25-0.30mm厚，至冷轧加工率为90％-95％(0.40-0.45mm厚)时，其中在第五道次轧到0.40-0.45mm厚进行低温退火，退火温度260
±
5℃，保温时间20-25小时，退火后经最后一道轧制成箔轧坯料。
47.步骤s5、对所述箔轧坯料进行箔轧；所述箔轧的道次分别为：
48.对所述箔轧坯料进行箔轧；所述箔轧的道次分别为(0.25-0.30)mm、(0.12-0.15)mm、(0.050-0.060)mm、(0.020-0.025)mm、(0.012-0.014)mm、0.010mm，得到箔轧铝箔。
49.本实施例中，所述步骤s5中，工作辊硬度90-95hsd、粗超度0.12μm、凸度0.09mm，尺寸偏差
±
1％，通过在线厚度检测系统实时监测轧制的箔材厚度，对厚度偏差进行自动矫正控制，使铝箔厚度控制在
±
3％范围内。
50.本实施例中，所述步骤s5中，在成品轧制5道次时，通过在线厚度检测系统，实时监测轧制的箔材厚度，对厚度偏差进行自动矫正控制，使铝箔厚度控制在
±
3％范围内。本步骤中，箔轧工艺参数如表1所示，各道次轧制油参数如表2：
51.表1铝箔箔轧的工艺参数
52.[0053][0054]
具体的，箔轧的压下道次分别为：
[0055]
(0.25-0.30)mm-(0.12-0.15)mm-(0.050-0.060)mm-(0.020-0.025)mm-(0.012-0.014)-0.010mm。成品道次5轧制采用＜30％的低压下率工艺，成品道次轧制速度600-700m/min，工作辊硬度90-95hsd、粗超度0.12μm、凸度0.09mm，尺寸偏差
±
1％。
[0056]
表2箔轧的轧制油参数：
[0057][0058]
步骤s6、对所述箔轧铝箔进行分切，得到所述锂电池铝箔。
[0059]
本实施例中，所述步骤s6中，将箔轧带材放入分切机中，使用所述分切机的圆盘刀进行切边，分切时严格控制铝粉、毛刺和印痕等边部缺陷，分切过程中对铝箔进行在线针孔检测，实时监测针孔数量、大小及分布位置，将不符合要求的铝箔进行剔除；将符合要求的铝箔进入所述步骤s7。获得了超薄的双面光铝箔，铝箔针孔密度少，且保有较高的抗拉强度和延伸率，提高了锂离子动力电池用铝箔的导电率和电池容量。
[0060]
步骤s7、对分切处理后的锂电池铝箔进行倒卷，倒卷过程中对锂电池铝箔的表面进行两次电晕处理，电晕功率12-18kw，速度100-150m/min。
[0061]
具体的，倒卷过程中对铝箔的表面进行两次电晕处理，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。电晕功率12-18kw，速度100-150m/min。
[0062]
最后，对所述成品铝箔进行包装。用于保护成品铝箔。
[0063]
具体的，通过上述的步骤s1-步骤s7制得锂电池铝箔，其铝箔厚度为0.010mm，抗拉强度≥190mpa，延伸率≥4.0％。该锂电池铝箔的合金因纯度高，轧制工艺合理，平均厚差控制在
±
3％内，成品针孔数量少于0.3个/
㎡
，可降低客户端辊压断带次数风险，提高锂电池的导电率和容量。
[0064]
本发明按上述制备方案提供三个实施例进行验证：
[0065]
实施例一至实施例三的原料配方的组分质量百分比参表3：
[0066]
表3各实施例的原料配方的组分质量百分比
[0067]
化学元素sifecumgmnzntinial
标准要求≤0.05≤0.15≤0.05≤0.03≤0.03≤0.030.02-0.032≤0.03≥99.7实施例一0.040.130.010.020.010.010.030.0299.78实施例二0.030.140.040.010.020.030.020.0199.74实施例三0.050.130.030.030.030.010.030.0199.71
[0068]
实施例一至实施例三按本发明的制备方法得到的锂电池铝箔的性能参表4：
[0069]
表4各实施例的锂电池铝箔的性能
[0070]
序号抗拉强度/mpa延伸率/％平均厚度偏差/％针孔个数/
㎡
实施例一203.344.692.50.13实施例二207.534.552.40.10实施例三204.194.812.70.12
[0071]
由上述表3和表4可知：
[0072]
实施例一，将配置原料0.04％si、0.13％fe、0.01％cu、0.02％mg、0.01％mn、0.01％zn、0.03％ti、0.02％ni、99.78％al，余量为其他单个杂质，通过上述步骤s1-步骤s7制得的铝箔，其抗拉强度为203.34mpa，延伸率为4.69％，平均厚度偏差为2.4％，针孔个数为0.13个/m2。
[0073]
实施例二，将配置原料0.03％si、0.14％fe、0.04％cu、0.01％mg、0.02％mn、0.03％zn、0.02％ti、0.01％ni、99.74％al，余量为其他单个杂质，通过上述步骤s1-步骤s7制得的铝箔，其抗拉强度为207.53mpa，延伸率为4.55％，平均厚度偏差为2.5％，针孔个数为0.10个/m2。
[0074]
实施例三，将配置原料0.05％si、0.13％fe、0.03％cu、0.03％mg、0.03％mn、0.01％zn、0.03％ti、0.01％ni、99.77％al，余量为其他单个杂质，通过上述步骤s1-步骤s7制得的铝箔，其抗拉强度为204.19mpa，延伸率为4.81％，平均厚度偏差为2.7％，针孔个数为0.12个/m2。
[0075]
综上实施例一至实施例三，通过步骤s1-步骤s7的制备方法生产的0.010mm厚度的铝箔，抗拉强度≥190mpa，延伸率≥4.0％。此发明合金因纯度高，轧制工艺合理，平均厚差控制在
±
3％内，成品针孔数量少于0.3个/
㎡
，可降低客户端辊压断带次数风险，提高锂电池的导电率和容量。
[0076]
本发明实施例还提供一种锂电池铝箔，用于锂电池，所述锂电池铝箔按质量百分比由如下组分组成：si≤0.05％、fe≤0.15％、cu≤0.05％、mn≤0.03％、mg≤0.03％、ni≤0.03％、zn≤0.03％、ti为0.02-0.03％、al≥99.60％，其他单个杂质≤0.03％；所述锂电池铝箔上述的锂电池铝箔的制备方法制成。
[0077]
由于本实施例中的锂电池铝箔是由上述实施例中锂电池铝箔的制备方法制成，因此，本实施例中的锂电池铝箔也能达到上述实施例中锂电池铝箔的制备方法所达到的技术效果，在此不作赘述。
[0078]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种锂电池铝箔的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤s1、将原料配方采用熔炼和炉内精炼的方法制备铝熔体；所述原料配方的组分按质量百分比为：si≤0.05％、fe≤0.15％、cu≤0.05％、mn≤0.03％、mg≤0.03％、ni≤0.03％、zn≤0.03％、ti为0.02-0.03％、al≥99.60％，其他单个杂质≤0.03％；步骤s2、对所述铝熔体进行在线精炼；通过采用在线添加al-ti5-b1丝、在线持续充入大于等于99.999％的纯氩气用以除气、及通过双重过滤的方式进行炉外在线精炼，得到精炼铝熔体；步骤s3、对所述铝熔体进行铸轧，得到厚度为6.5-7.5mm的铸轧坯料；所述铸轧的前箱温度为690-710℃，所述铸轧的速度为900-1000mm/min；步骤s4、对所述铸轧坯料进行冷轧得到箔轧坯料；将所述铸轧坯料共经6个道次轧制至0.25-0.30mm厚的箔轧坯料，其中，至冷轧加工率为90％-95％时，进行低温退火，低温退火后经最后一道次轧制成所述箔轧坯料；步骤s5、对所述箔轧坯料进行箔轧；所述箔轧的道次分别为(0.25-0.30)mm、(0.12-0.15)mm、(0.050-0.060)mm、(0.020-0.025)mm、(0.012-0.014)mm、0.010mm，得到箔轧铝箔；步骤s6、对所述箔轧铝箔进行分切，得到所述锂电池铝箔。2.如权利要求1所述的锂电池铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，按所述原料配方的组分将配备好的铝液与纯铝锭装入熔化炉中，且所述铝液与所述纯铝锭的比值≤30％，以实现配料，其中，si、fe、cu元素以杂质元素的形式控制，ti元素以al-ti-b中间合金线的形式炉外在线加入。3.如权利要求2所述的锂电池铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，熔炼时采用向炉内喷入精炼剂和充入纯氩气的形式除气除渣以实现炉内精炼，炉内精炼温度为735-755℃，精炼剂为粉类精炼剂，其喷入量为1
±
0.2kg/t.al，炉内精炼时间20-30分钟，炉内精炼频次3.5-4.5h/次，每次炉内精炼后进行扒渣。4.如权利要求1所述的锂电池铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，al-ti5-b1丝加入量为2
±
0.3kg/t，纯氩气流量15-25l/min，采用管式过滤和板式过滤系统实现双重过滤，过滤目数分别为50目和60目，在线氢含量≤0.10ml/100gal。5.如权利要求1所述的锂电池铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，前箱的铝水波动范围控制在
±
1mm，铸轧区长度为55-65mm，铸轧板上下表面晶粒度一级，同板差≤0.03mm，一周纵向板差≤0.10mm，中凸度为0-0.02mm。6.如权利要求1所述的锂电池铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，在第五道次轧到0.40-0.45mm后进行低温退火，退火温度260
±
5℃，保温时间20-25小时。7.如权利要求1所述的锂电池铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，工作辊硬度90-95hsd、粗超度0.12μm、凸度0.09mm，尺寸偏差
±
1％，通过在线厚度检测系统实时监测轧制的箔材厚度，对厚度偏差进行自动矫正控制，使铝箔厚度控制在
±
3％范围内。8.如权利要求1所述的锂电池铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤s6中，将锂电池铝箔放入分切机中，使用圆盘刀进行切边，分切时控制铝粉、毛刺和印痕边部缺陷，分切过程中对锂电池铝箔进行在线针孔检测，实时监测针孔数量、大小及分布位置，将不符合要求的部分进行剔除。
9.如权利要求1所述的锂电池铝箔的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤s7中：对分切处理后的锂电池铝箔进行倒卷，倒卷过程中对锂电池铝箔的表面进行两次电晕处理，电晕功率12-18kw，速度100-150m/min。10.一种锂电池铝箔，用于锂电池，其特征在于，所述锂电池铝箔按质量百分比由如下组分组成：si≤0.05％、fe≤0.15％、cu≤0.05％、mn≤0.03％、mg≤0.03％、ni≤0.03％、zn≤0.03％、ti为0.02-0.03％、al≥99.60％，其他单个杂质≤0.03％；所述锂电池铝箔由权利要求1至9任意一项所述的锂电池铝箔的制备方法制成。

技术总结

本发明公开了一种锂电池铝箔的制备方法及锂电池铝箔，制备方法包括以下步骤：步骤S1、将原料配方采用熔炼和炉内精炼的方法制备铝熔体；步骤S2、对所述铝熔体进行在线精炼；步骤S3、对所述铝熔体进行铸轧，得到厚度为6.5-7.5mm的铸轧坯料；步骤S4、对所述铸轧坯料进行冷轧得到箔轧坯料；步骤S5、对所述箔轧坯料进行箔轧；步骤S6、对所述箔轧铝箔进行分切，得到所述锂电池铝箔。通过本发明的制备方法制备得到的锂电池铝箔的厚度为0.010mm，抗拉强度≥190MPa，延伸率≥4.0％，合金因纯度高，轧制工艺合理，平均厚差控制在