CN104282917A - 一种锂离子电池正极集流体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池正极集流体，所述集流体为三层结构，第一层、第三层为铝，其厚度均为2.5-3微米，设置在第一层和第三层之间的第二层为铝合金，其厚度为8-10微米，所述铝合金的成分质量百分含量为：Si：0.4-0.45，Fe：0.4-0.45，Cu：0.06-0.08，Mn：0.5-0.6，Ca；0.05-0.08，Sb：0.01-0.015，Ti-B合金：0.1-0.15，RE：0.45-0.6，所述RE为混合稀土，La：15-20，Ce：55-60，Er：10-15，Sm：10-15，其余为铝和不可避免的杂质；其制备方法包括熔炼-均匀化处理-冷轧-双级时效，本发明的正极集流体其拉伸强度高达260-275MPa，未发现点蚀现象，并且在保证一定铝箔厚度的基础上，比现有技术中的铝箔更能有效避免打皱及断裂问题。

Description

一种锂离子电池正极集流体
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极集流体用铝合金材料及其制造方法，属于锂离子电池领域。
背景技术
随着现代社会和科技的发展，摄像机、笔记本电脑、便携式DVD和数码相机等移动设备有了越来越广泛的应用。锂离子电池作为一种绿色环保电池，具有高能量密度、高工作电压和长使用寿命等优点，因此在各种移动设备中得到广泛应用。
锂离子电池一般包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液。其中，正极片包括由铝箔制成的正极集流体和分布在正极集流体上的正极活性物质，负极片包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极活性物质。
目前随着铝箔厚度越来越低，导致其整体强度也下降，导致在涂布和冷压工序中铝箔易打皱以及断裂，影响了正常的生产，因而如何调节厚度和强度之间的关系的问题亟待解决。业内有尝试采用铜箔、镍箔替代铝箔作为正极集流体，但是将铜箔和镍箔用在正极时会被氧化然后发生铜离子和镍离子溶解到电池的问题；另一方面，也有在在铝箔中添加合金元素来增强其强度，但是会发生点蚀现象。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种锂离子电池正极集流体，其拉伸强度高达260-275MPa，未发现点蚀现象，并且在保证一定铝箔厚度的基础上，比现有技术中的铝箔更能有效避免打皱及断裂问题。
为了达到上述目的，本发明提高一种锂离子电池正极集流体，其技术方案如下：
一种锂离子电池正极集流体，其特征在于：所述集流体为三层结构，第一层、第三层为铝，其厚度均为2.5-3微米，设置在第一层和第三层之间的第二层为铝合金，其厚度为8-10微米，所述铝合金的成分质量百分含量为：Si：0.4-0.45，Fe：0.4-0.45，Cu：0.06-0.08，Mn：0.5-0.6，Ca；0.05-0.08，Sb：0.01-0.015，Ti-B合金：0.1-0.15，RE：0.45-0.6，所述RE为混合稀土，La：15-20，Ce：55-60，Er：10-15，Sm：10-15，其余为铝和不可避免的杂质；其制备方法包括熔炼-均匀化处理-冷轧-双级时效，所述熔炼步骤，熔炼温度为750-760℃；所述均匀化处理为双级均匀化处理，在630-650℃保温10-12h，在400-420℃保温15-18h；所述双级时效为在100-110℃保温12-18h，之后在165-175℃保温45-55min。
进一步的，所述第一层与第三层的厚度为2.5微米，第二层的厚度为10微米。
进一步的，所述铝合金的成分为Si：0.4，Fe：0.42，Cu：0.08，Mn：0.6，Ca；0.06，Sb：0.01，Ti-B合金：0.12，RE：0.6，所述RE为混合稀土，La：20，Ce：60，Er：10，Sm：10，其余为铝和不可避免的杂质；
进一步的，所述铝合金的成分为Si：0.44，Fe：0.45，Cu：0.07，Mn：0.5，Ca；0.05，Sb：0.012，Ti-B合金：0.15，RE：0.5，所述RE为混合稀土，La：15，Ce：60，Er：15，Sm：10，其余为铝和不可避免的杂质；
进一步的，所述熔炼温度优选755℃，双级均匀化优选在640℃保温12h，在400℃保温16h；双级时效优选在100℃保温15h，之后在165℃保温50min。
本发明的有益效果在于以下几点：
1)本发明中加入0.05-0.08％的Ca，可以提高合金的耐热性能，且不会明显降低导电率。
2)锑加入合金中，锑和铝形成高熔点化合物在合金凝固过程中呈弥散质点首先析出，其质点的晶体结构可作为异质晶核，大量的弥散晶核促使晶粒得以细化，提高合金的屈服极限，并提高合金的耐热性。
3)加入钛硼合金，比单独添加钛、硼更优有效的细化晶粒，改善力学性能。
4)加入混合稀土元素，其会和合金熔炼过程中不可避免的吸入少量气体化合，形成稀土化合物，以渣的形式浮出熔融金属表面，从而起到除气作用，使金属结构紧密；通过合金中添加混合稀土元素，在合金熔炼的高温过程中形成高熔点金属化合物，这些金属化合物具有很强的变质细化作用，且只作为晶核质点，使合金枝晶由一性枝晶臂发达的羽箭状变为短小花瓣状，也使原合金中的硬相组织形态，由粗大块状、棒状形态改为均匀分布的星状。微量元素的添加不影响界面可动性，在改善组织、改善机械性能的同时保持了合金的高阻尼特性。
5)本发明通过科学的成分配比和合适的工艺参数，使得正极集流体用铝合金拉伸强度高达230-250MPa，未发现点蚀现象，并且在保证一定铝箔厚度的基础上，比现有技术中的铝箔更能有效避免打皱及断裂问题。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
按照铝合金的成分为Si：0.4，Fe：0.42，Cu：0.08，Mn：0.6，Ca：0.06，Sb：0.01，Ti-B合金：0.12，RE：0.6，所述RE为混合稀土，La：20，Ce：60，Er：10，Sm：10，其余为铝和不可避免的杂质进行熔炼，熔炼温度为750℃，均匀化处理为双级均匀化处理，在640℃保温12h，在400℃保温16h；双级时效在100℃保温15h，之后在165℃保温50min。最终轧制成厚度为10微米的铝箔。该10微米的铝箔与厚度均为2.5微米的铝一起构成三层的集流体结构。
实施例2：
按照铝合金的成分为Si：0.44，Fe：0.45，Cu：0.07，Mn：0.5，Ca；0.05，Sb：0.012，Ti-B合金：0.15，RE：0.5，所述RE为混合稀土，La：15，Ce：60，Er：15，Sm：10，其余为铝和不可避免的杂质进行熔炼，熔炼温度为760℃；均匀化处理为双级均匀化处理，在650℃保温10h，在420℃保温15h；所述双级时效为在110℃保温12h，之后在175℃保温45min。最终轧制成厚度为8微米的铝箔。该8微米的铝箔与厚度均为3微米的铝一起构成三层的集流体结构。
实施例3：
按照铝合金的成分为Si：0.42，Fe：0.40，Cu：0.08，Mn：0.55，Ca；0.05，Sb：0.014，Ti-B合金：0.1，RE：0.45，所述RE为混合稀土，La：22，Ce：58，Er：10，Sm：10，其余为铝和不可避免的杂质进行熔炼，熔炼温度为755℃；均匀化处理为双级均匀化处理，在650℃保温12h，在410℃保温18h；所述双级时效为在100℃保温14h，之后在175℃保温55min。最终轧制成厚度为8微米的铝箔。该8微米的铝箔与厚度均为2.5微米的铝一起构成三层的集流体结构。
表1实施例1-3的成分及性能
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池正极集流体，其特征在于：所述集流体为三层结构，第一层、第三层为铝，其厚度均为2.5-3微米，设置在第一层和第三层之间的第二层为铝合金，其厚度为8-10微米，所述铝合金的成分质量百分含量为：Si：0.4-0.45，Fe：0.4-0.45，Cu：0.06-0.08，Mn：0.5-0.6，Ca；0.05-0.08，Sb：0.01-0.015，Ti-B合金：0.1-0.15，Re：0.45-0.6，所述Re为混合稀土，La：15-20，Ce：55-60，Er：10-15，Sm：10-15，其余为铝和不可避免的杂质； 
其制备方法包括熔炼-均匀化处理-冷轧-双级时效，所述熔炼步骤，熔炼温度为750-760℃；所述均匀化处理为双级均匀化处理，在630-650℃保温10-12h，在400-420℃保温15-18h；所述双级时效为在100-110℃保温12-18h，之后在165-175℃保温45-55min。 
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极集流体，其特征在于：所述第一层与第三层的厚度为2.5微米，第二层的厚度为10微米。 
3.如权利要求1-2所述的一种锂离子电池正极集流体，其特征在于：所述铝合金的成分为Si：0.4，Fe：0.42，Cu：0.08，Mn：0.6，Ca；0.06，Sb：0.01，Ti-B合金：0.12，RE：0.6，所述RE为混合稀土，La：20，Ce：60，Er：10，Sm：10，其余为铝和不可避免的杂质。
4.如权利要求1-2所述的一种锂离子电池正极集流体，其特征在于：所述铝合金的成分为Si：0.44，Fe：0.45，Cu：0.07，Mn：0.5，Ca；0.05，Sb：0.012，Ti-B合金：0.15，RE：0.5，所述RE为混合稀土，La：15，Ce：60，Er：15，Sm：10，其余为铝和不可避免的杂质。
5.如权利要求1-4所述的一种锂离子电池正极集流体，其特征在于：所述熔炼温度优选755℃，双级均匀化优选在640℃保温12h，在400℃保温16h；双级时效优选在100℃保温15h，之后在165℃保温50min。 
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