CN102234750A - 锂电池用铝箔的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝箔的生产方法，尤其是涉及一种锂电池用铝箔的生产方法。其主要是解决现有技术所存在的制作出来的铝箔暗面有辉点和重量偏差较大，暗面辉点问题不但影响铝箔的表面质量，还严重影响了铝箔的使用性能，加上厚度偏差，最终将直接影响锂电池基材的涂层均匀性和导电性等的技术问题。本发明的步骤：熔炼、铸轧工艺：将废料、铝锭投入熔炼炉熔炼，倒炉后精炼、扒渣，除气、过滤；冷轧工艺：利用冷轧机对冷轧卷进行压下冷轧，并采用中间退火工艺；箔轧工艺：利用精轧辊对铝箔进行箔轧。

Description

锂电池用铝箔的生产方法
技术领域
本发明涉及一种铝箔的生产方法，尤其是涉及一种锂电池用铝箔的生产方法。
背景技术
锂电池具有能量高、使用寿命长、重量轻、温度适应性强、绿色环保等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等。锂电池的负极基材采用铝箔制成。中国专利公开了一种3003牌号阴极铝箔的制造方法（公开号：CN 101519760B），其包括以下步骤：a、原料经精炼、铸轧后得到厚度为6.5-8.5mm的坯料；b、将步骤a得到的坯料冷轧至3.5-4.3mm厚度后进行均匀化退火，均匀化退火温度为450-480℃，退火时间为24-27小时；c、将均匀化退火后的坯料冷轧至0.3-0.5mm厚度，然后进行再结晶退火，再结晶退火的温度为275-330℃，退火时间为13-18小时；d、将再结晶退火后的坯料轧至3003牌号阴极铝箔所需厚度即可；步骤a所用原料为电解铝熔液，采用电解铝熔液精炼后铸轧的方法；步骤a的具体步骤为：将电解铝熔液送至熔炼炉，加入占电解铝熔液总重量20-40％的铝锭，控制熔体温度为750-780℃，调整熔体中各元素成分的质量百分比为：Si：0.1-0.15％、Fe：0.45-0.5％、Cu：0.1-0.15％、Mn：1.1-1.2％、Ti：0.02-0.04％、余量为Al；采用纯氮气或纯氩气向熔体中喷精炼剂进行精炼，充分搅拌均匀，精炼时间为8-10分钟，然后静置15-25分钟，除去铝液表面的浮渣，倒入静置炉内，控制静置炉内温度为750-760℃；将静置炉中的铝液送入流槽中，逆向加入铝钛硼丝进行晶粒细化，然后在除气箱内用纯氮气或纯氩气对铝液进行除气处理，除气后采用泡沫陶瓷过滤片对铝液进行过滤净化处理；净化后的铝液送铸轧机铸轧，铸轧出厚度为6.5-8.5mm的坯料；铝钛硼丝的加入量为其加入前铝液重量的2-3％；除气箱内石墨转子的转速为120-180r/min；所加入的精炼剂为喷粉精炼剂SY-PJl，加入量为调整元素成分后熔体重量的0.1-0.4％。但是这种方法制作出来的铝箔暗面有辉点且厚度偏差较大，不但影响铝箔的表面质量，还严重影响了铝箔的涂层均匀性和导电性。
发明内容
本发明是提供一种锂电池用铝箔的生产方法，采用1235牌号合金，其主要是解决现有技术所存在的制作出来的铝箔暗面有辉点和重量偏差较大，暗面辉点问题不但影响铝箔的表面质量，还严重影响了铝箔的使用性能，加上厚度偏差，最终将直接影响锂电池基材的涂层均匀性和导电性等的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明的一种锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：
（1）熔炼、铸轧工艺：
a．先将废料（废料是指生产过程中各工序的切边或头尾余料）投入熔炼炉，再投入铝锭，其中废料重量占总重量的0.1-20%；加99.70%的铝锭，并控制投入废料只能为一级废料，一级废料是指厚度≥1.5mm的板材、卷材、卷状废边料、铸轧卷头尾料、静置炉排空块料；
b．在熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成后添加合金，静置后投入精炼剂进行精炼，精炼时调整氮气压力，保证氮气吹起铝液的高度不超过15cm，精炼完成5分钟后扒渣；
c．将铝液送入静置炉进行倒炉，倒炉完成后开动喷粉精炼机对静置炉内的铝液进行多次精炼并调整压力，同样要保证吹起的铝液高度不超过15cm，每次精炼结束后扒渣，每隔一定时间精炼一次；
d．采用高纯氮气对铝液进行除气，调整石墨转子转速，保证铝液的含氢量≤0.11ml/100gAL；为控制含氢量≤0.11ml/100gAl，采用SNIF在线除气精炼系统，氮气纯度要求达到99.995%以上，氮气压力在0.3～0.4Mpa。
e．铝液送入前箱内，加水压，由铸轧辊进行铸轧，再由卷取装置卷取成冷轧卷；严格控制铸轧带材横向、纵向厚度偏差，保证横向厚度偏差≤0.02mm，纵向厚度偏差≤0.09mm，中凸在0.01-0.03mm之间。
（2）冷轧工艺：
a．对轧辊进行磨削。采用1850冷轧机轧制，支承辊磨削成平辊，圆柱度达到0.01mm，工作辊圆柱度0.005，上辊中高为0.04mm，下辊为平辊，工作辊粗糙度0.4，两根轧辊直径偏差0.01mm。
b．利用冷轧机对冷轧卷进行压下冷轧，冷轧时添加轧制油，压下的次数为4次以上，每次压下的厚度占压下前总厚度的30-50%；轧制过程中要求不允许出现松树枝状组织，不允许有压坑、擦划伤等。因此对冷轧的压下量进行了优化，发现当压下量在30-50%的时候，冷轧卷的表面是最好的，没有表面色差、松树枝状花纹等。
c．采用中间退火工艺，并在中间退火工艺后再次压下后生产出铝箔，压下的厚度占压下前总厚度的50-55%；中间退火的目的是为了消除加工硬化，提高金属塑性，降低变形抗力，以利于继续冷轧，为后续加工提供良好的坯料。本发明可以采取坯料在0.58mm中间退火，并在退火后以52%的压下量冷轧至0.28mm，以H16状态供铝箔轧制坯料。
（3）箔轧工艺：
a．利用精轧辊对铝箔进行箔轧，箔轧过程中添加轧制油，压下的次数为3次以上，每次压下的厚度占压下前总厚度的40-60%；可以首先对箔轧精轧辊的中凸和粗糙度进行了调整。若轧辊磨削不好，表面粗糙度不均，轧制时易导致局部油膜异常，因而出现辉点。为此，本发明控制轧辊中高为0.05mm，辊身两端的直径差小于0.001mm，表面粗糙度为0.06um。箔轧的压下量在40-60%之间，不能太大，也不能太小。太大，铝箔表面铝屑易脱落，粘在锟子上，影响箔材表面质量；太小，箔材板形难以控制，给操作带来不便。
b．箔轧完成后即出成品锂电池用铝箔。
作为优选，所述的步骤（1）b中熔炼的时间为4-6小时，熔炼的温度为740-760℃，熔炼后静置的时间为20-30分钟。熔炼时间是根据设备的能力，而熔炼温度选择740-760℃，既能保证熔炼的顺利进行，又能防止熔体过烧，熔炼后静置20-30分钟，熔体温度均匀化，同时使成分更加均匀。
作为优选，所述的步骤（1）c中对静置炉内铝液每次精炼的时间为15-20分钟，静置5-10分钟后扒渣，每1.5-2小时精炼一次。15-20分钟的精炼可以有效的减少熔体内部的含渣量 ,1.5-2小时一次的精炼既保证了成分的均匀性又进一步的保证了熔体的清洁度。
作为优选，所述的步骤（1）d中石墨转子的转速为450-550r/min。在此速度内，能有效的减少熔体内的含氢量，保证铝箔毛料的内部品质。
作为优选，所述的步骤（1）e中铸轧辊磨削要求中高控制在0.15-0.25mm，中高对称度在0.005-0.015mm，粗糙度为0.9-1.0um，轧辊圆柱度达到0.005-0.015mm；前箱温度控制在695-705℃，前箱液面高度10-20mm, 轧区长度设为45-50mm，铸轧速度控制在0.8-1.2mm/min，控制冷却水压力在0.3-0.4Mpa之间。严格控制以上各道工艺参数，能够有效的控制铸轧毛料的板形及内部质量。
作为优选，所述的步骤（2）a中的轧制油粘度为2.4-2.5mm2/s，酸值≤0.05mgKOH/g，羟值为9-11mgKOH/g，皂化值为3-5mgKOH/g。同时对轧制油的净化设备进行了改造，使轧制油透光度达到为一级。
作为优选，所述的步骤（2）b中的中间退火工艺为：0.4-0.6小时升温至200-240℃吹扫3.5-4.5小时，再经1.5-2.5小时升温至460-500℃保温5-7小时，然后经1.5-2.5小时降温至380-420℃保温2.5-3.5小时，最后出炉空冷。此工艺是采取高温和低温相结合的方法，减少了时间，又能够保证性能的均匀性。
作为优选，所述的步骤（3）a中最后一道压下的厚度占压下前总厚度的40-45%，速度为380-420m/min。成品道次相对压下量控制在40-45%之间，速度要求控制在400m/min左右，这样才有利于减少成品暗面辉点等缺陷的产生。
作为优选，所述的步骤（3）a中精轧辊对铝箔进行箔轧前的张力为3.0-5.0Kg/mm2，箔轧后的张力为4.0-6.0Kg/mm2，对于张力和轧制力的控制。要求后张力要控制在3.0-5.0Kg/mm2范围，前张力要控制在4.0-6.0 Kg/mm2范围，张力的变化不仅会导致断带，面且会影响铝箔的表面质量。轧制力差是反映轧机的平行度和同心度的指标，也是反映铝箔坯料厚度均匀性的指标，而厚度的不均亦会影响锂电池用铝箔的使用性能，所以轧制力差一定要控制在6吨以内。
作为优选，所述的步骤（3）a中的轧制油粘度为1.85-1.95mm2/s，酸值≤0.08mgKOH/g，羟值为1.5-3.0mgKOH/g，皂化值为6.0-7.0mgKOH/g。对于箔轧轧制油的优化。轧制油添加剂太少，会造成油膜强度不够，局部破裂，从而形成辉点。而粘度太大，不但会导致油膜分布不均，产生辉点，亦会导致退火除油不尽。
因此，本发明生产出的成品铝箔厚度公差在±3%之内，暗面辉点得到了有效控制，其它缺陷亦很少出现，其成品使用性能和表面质量较高，能够适用于大部分锂电池。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：本例的一种锂电池用铝箔的生产方法，其步骤为：
（1）熔炼、铸轧工艺：
a．先将废料（废料是指生产过程中各工序的切边或头尾余料）投入熔炼炉，再投入铝锭，其中废料重量占总重量的 10%；
b．在熔炼炉中进行熔炼，熔炼的时间为4小时，熔炼的温度为740℃，熔炼完成后添加相应的合金，静置20分钟后投入精炼剂进行精炼，精炼时调整氮气压力，保证氮气吹起铝液的高度不超过15cm，精炼时间不少于20分钟，精炼完成后扒渣；
c．将铝液送入静置炉进行倒炉，倒炉时，温度不能超过熔炼温度的上限，静置炉温度为730℃，倒炉完成后开动喷粉精炼机对静置炉内的铝液进行多次精炼并调整压力，保证氮气吹起铝液的高度不超过15cm，每次精炼时间不低于15分钟，静置5分钟后扒渣，每隔1.5小时精炼一次；
d．采用99.995%高纯氮气对铝液进行除气，调整石墨转子转速为450r/min，保证铝液的含氢量≤0.11ml/100gAL；
e．铝液送入前箱内，加水压，由铸轧辊进行铸轧，再由卷取装置卷取成冷轧卷，铸轧辊磨削要求中高控制在0.15mm，中高对称度在0.005mm，粗糙度为0.9um，轧辊圆柱度达到0.005mm；前箱温度控制在695℃，前箱液面高度10mm, 轧区长度设为45mm，铸轧速度控制在0.8mm/min，控制冷却水压力在0.3Mpa；
（2）冷轧工艺：
a．对冷轧辊进行磨削，采用1850冷轧机轧制，支承辊磨削成平辊，圆柱度达到0.01mm，工作辊圆柱度0.005，上辊中高为0.04mm，下辊为平辊，工作辊粗糙度0.4，两根轧辊直径偏差0.01mm；    
b．利用冷轧机对冷轧卷进行压下冷轧，冷轧时添加轧制油，压下的次数为6次，前5次压下的厚度占压下前总厚度的30-50%，以7±0.2mm厚的铸轧坯料为例，压下量如下表所示：
Figure 2011101612618100002DEST_PATH_IMAGE002
    c．在第5道轧制后采用中间退火工艺，并在中间退火后再次压下，最后生产出铝箔坯料。压下的厚度占压下前总厚度的50-55%，其中中间退火工艺为：0.4小时升温至200℃吹扫3.5小时，再经1.5小时升温至460℃保温5小时，然后经1.5小时降温至380℃保温2.5小时，最后出炉空冷；
（3）箔轧工艺：
a．利用精轧辊对铝箔进行箔轧，箔轧过程中添加轧制油，压下的次数为4次，前3次压下的厚度占压下前总厚度的40-60%，最后一次压下的厚度占压下前总厚度的40-45%，速度为380m/min，以0.016mm厚的成品为例，压下量如下表所示：
Figure 2011101612618100002DEST_PATH_IMAGE004
b．箔轧完成后即出成品锂电池用铝箔。
实施例2：本例的一种锂电池用铝箔的生产方法，其步骤为：
（1）熔炼、铸轧工艺：
a．先将废料（废料是指生产过程中各工序的切边或头尾余料）投入熔炼炉，再投入铝锭，其中废料重量占总重量的5%；
b．在熔炼炉中进行熔炼，熔炼的时间为5小时，熔炼的温度为750℃，熔炼完成后添加相应的合金，静置20分钟后投入精炼剂进行精炼，精炼时调整氮气压力，保证氮气吹起铝液的高度不超过15cm，精炼时间不少于20分钟，精炼完成后扒渣；
c．将铝液送入静置炉进行倒炉，倒炉时，温度不能超过熔炼温度的上限，静置炉温度为735℃，倒炉完成后开动喷粉精炼机对静置炉内的铝液进行多次精炼并调整压力，保证氮气吹起铝液的高度不超过15cm，每次精炼时间不低于15分钟，静置5分钟后扒渣，每隔1.8小时精炼一次；
d．采用99.995%高纯氮气对铝液进行除气，调整石墨转子转速为500r/min，保证铝液的含氢量≤0.11ml/100gAL；
e．铝液送入前箱内，加水压，由铸轧辊进行铸轧，再由卷取装置卷取成冷轧卷，铸轧辊磨削要求中高控制在0.20mm，中高对称度在0.01mm，粗糙度为0.95um，轧辊圆柱度达到0.01mm；前箱温度控制在700℃，前箱液面高度15mm, 轧区长度设为48mm，铸轧速度控制在1.0mm/min，控制冷却水压力在0.35Mpa；
（2）冷轧工艺：
a．对冷轧辊进行磨削，采用1850冷轧机轧制，支承辊磨削成平辊，圆柱度达到0.01mm，工作辊圆柱度0.005，上辊中高为0.04mm，下辊为平辊，工作辊粗糙度0.4，两根轧辊直径偏差0.01mm；    
b．利用冷轧机对冷轧卷进行压下冷轧，冷轧时添加轧制油，压下的次数为6次，前5次压下的厚度占压下前总厚度的30-50%，以7±0.2mm厚的铸轧坯料为例，压下量如下表所示：
Figure 2011101612618100002DEST_PATH_IMAGE006
    c．在第5次轧制后采用中间退火工艺，并在中间退火工艺后再次压下，最后生产出铝箔坯料。压下的厚度占压下前总厚度的50-55%，其中中间退火工艺为：0.5小时升温至220℃吹扫4小时，再经2小时升温至480℃保温6小时，然后经2小时降温至400℃保温3小时，最后出炉空冷；
（3）箔轧工艺：
a．利用精轧辊对铝箔进行箔轧，箔轧过程中添加轧制油，压下的次数为4次，前3次压下的厚度占压下前总厚度的40-60%，最后一次压下的厚度占压下前总厚度的40-45%，速度为400m/min，以0.016mm厚的成品为例，压下量如下表所示：
Figure 2011101612618100002DEST_PATH_IMAGE007
b．箔轧完成后即出成品锂电池用铝箔。
实施例3：本例的一种锂电池用铝箔的生产方法，其步骤为：
（1）熔炼、铸轧工艺：
a．先将废料（废料是指生产过程中各工序的切边或头尾余料）投入熔炼炉，再投入铝锭，其中废料重量占总重量的20%；
b．在熔炼炉中进行熔炼，熔炼的时间为6小时，熔炼的温度为760℃，熔炼完成后添加相应的合金，静置30分钟后投入精炼剂进行精炼，精炼时调整氮气压力，保证氮气吹起铝液的高度不超过15cm，精炼时间不少于20分钟，精炼完成后扒渣；
c．将铝液送入静置炉进行倒炉，倒炉时，温度不能超过熔炼温度的上限，静置炉温度为740℃，倒炉完成后开动喷粉精炼机对静置炉内的铝液进行多次精炼并调整压力，保证氮气吹起铝液的高度不超过15cm，每次精炼时间不低于15分钟，静置10分钟后扒渣，每隔2小时精炼一次；
d．采用99.995%高纯氮气对铝液进行除气，调整石墨转子转速为550r/min，保证铝液的含氢量≤0.11ml/100gAL；
e．铝液送入前箱内，加水压，由铸轧辊进行铸轧，再由卷取装置卷取成冷轧卷，铸轧辊磨削要求中高控制在0.25mm，中高对称度在0.015mm，粗糙度为1.0um，轧辊圆柱度达到0.015mm；前箱温度控制在705℃，前箱液面高度20mm, 轧区长度设为50mm，铸轧速度控制在1.2mm/min，控制冷却水压力在0.4Mpa；
（2）冷轧工艺：
a．对冷轧辊进行磨削工艺，采用1850冷轧机轧制，支承辊磨削成平辊，圆柱度达到0.01mm，工作辊圆柱度0.005，上辊中高为0.04mm，下辊为平辊，工作辊粗糙度0.4，两根轧辊直径偏差0.01mm；   
b．利用冷轧机对冷轧卷进行压下冷轧，冷轧时添加轧制油，压下的次数为6次，前5次压下的厚度占压下前总厚度的30-50%，以7±0.2mm厚的铸轧坯料为例，压下量如下表所示：
    c．在第5次轧制后采用中间退火工艺，并在中间退火工艺后再次压下，最后生产出铝箔坯料。压下的厚度占压下前总厚度的50-55%，其中中间退火工艺为： 0.6小时升温至240℃吹扫4.5小时，再经2.5小时升温至500℃保温7小时，然后经2.5小时降温至420℃保温3.5小时，最后出炉空冷；
（3）箔轧工艺： 
a．利用精轧辊对铝箔进行箔轧，箔轧过程中添加轧制油，压下的次数为4次，前3次压下的厚度占压下前总厚度的40-60%，最后一次压下的厚度占压下前总厚度的40-45%，速度为420m/min，以0.016mm厚的成品为例，压下量如下表所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
b．箔轧完成后即出成品锂电池用铝箔。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：
（1）熔炼、铸轧工艺：
a．先将废料投入熔炼炉，再投入铝锭，其中废料重量占总重量的0.1-20%；
b．在熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成后添加合金，静置后投入精炼剂进行精炼，精炼时调整氮气压力，精炼完成后扒渣；
c．将铝液送入静置炉进行倒炉，倒炉完成后开动喷粉精炼机对静置炉内的铝液进行多次精炼并调整压力，每次精炼结束后扒渣，每隔一定时间精炼一次；
d．采用高纯氮气对铝液进行除气，调整石墨转子转速，保证铝液的含氢量≤0.11ml/100gAL；
e．铝液送入前箱内，加水压，由铸轧辊进行铸轧，再由卷取装置卷取成冷轧卷；
（2）冷轧工艺：
a．对轧辊进行磨削工艺；
b．利用冷轧机对冷轧卷进行压下冷轧，冷轧时添加轧制油，轧制道次为4次以上，每道次压下量占轧制前总厚度的30-50%；
c．采用中间退火工艺，并在中间退火工艺后再次压下，最后生产出铝箔，压下的厚度占压下前总厚度的50-55%；
（3）箔轧工艺：
a．利用精轧辊对铝箔进行箔轧，箔轧过程中添加轧制油，压下的次数为3次以上，每次压下的厚度占压下前总厚度的40-60%；
b．箔轧完成后即出成品锂电池用铝箔。
2.根据权利要求1所述的锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的步骤（1）b中熔炼的时间为4-6小时，熔炼的温度为740-760℃，熔炼后静置的时间为20-30分钟。
3.根据权利要求1所述的锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的步骤（1）c中对静置炉内铝液每次精炼的时间为15-20分钟，静置5-10分钟后扒渣，每1.5-2小时精炼一次。
4.根据权利要求1所述的锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的步骤（1）d中石墨转子的转速为450-550r/min。
5.根据权利要求1所述的锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的步骤（1）e中铸轧辊磨削要求中高控制在0.15-0.25mm，中高对称度在0.005-0.015mm，粗糙度为0.9-1.0um，轧辊圆柱度达到0.005-0.015mm；前箱温度控制在695-705℃，前箱液面高度10-20mm, 轧区长度设为45-50mm，铸轧速度控制在0.8-1.2mm/min，控制冷却水压力在0.3-0.4Mpa之间。
6.根据权利要求1所述的锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的步骤（2）a中的轧制油粘度为2.4-2.5mm2/s，酸值≤0.05mgKOH/g，羟值为9-11mgKOH/g，皂化值为3-5mgKOH/g。
7.根据权利要求1所述的锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的步骤（2）b中的中间退火工艺为：0.4-0.6小时升温至200-240℃吹扫3.5-4.5小时，再经1.5-2.5小时升温至460-500℃保温5-7小时，然后经1.5-2.5小时降温至380-420℃保温2.5-3.5小时，最后出炉空冷。
8.根据权利要求1所述的锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的步骤（3）a中最后一次压下的厚度占压下前总厚度的40-45%，速度为380-420m/min。
9.根据权利要求1所述的锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的步骤（3）a中精轧辊对铝箔进行箔轧前的张力为3.0-5.0Kg/mm2，箔轧后的张力为4.0-6.0Kg/mm2。
10.根据权利要求1所述的锂电池用铝箔的生产方法，其特征在于所述的步骤（3）a中的轧制油粘度为1.85-1.95mm2/s，酸值≤0.08mgKOH/g，羟值为1.5-3.0mgKOH/g，皂化值为6.0-7.0mgKOH/g。
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