CN104313386B - 一种锂离子电池负极集流体用铜合金 - Google Patents

一种锂离子电池负极集流体用铜合金 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池负极集流体用铜合金，所述集流体为三层结构，上下层均为铜，中间层为铜合金，其厚度为4-6微米，所述铜合金的成分质量百分含量为：Sn：1.0-1.65，P：0.15-0.2，Si：0.5-0.6，Ag；0.05-0.1，Cr：0.3-0.35，Zn：0.1-0.15，Mg：0.2-0.4，Al：0.2-0.35，其余为铜和不可避免的杂质；其制备方法包括熔炼-铸造-热轧-一次冷轧-中间退火-时效-二次冷轧-去应力退火。本发明通过科学的成分配比和合适的工艺参数，使得负极集流体用铜合金具有高的拉伸强度1360-1390MPa，较低的内阻13.00-13.20mΩ，并且生产成本显著下降。

Description

一种锂离子电池负极集流体用铜合金
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池负极集流体用铜合金材料及其制造方法，属于锂离子电池领域。
背景技术
自从1990年索尼公司将锂离子电池商业化以来，由于其能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小和工作温度范围宽等优点，在世界范围内掀起了锂离子电池研究的高潮。从近10多年的发展来看，锂离子电池的应用发展异常迅速，容量也在不断提高，但是其容量的提高主要是建立在对电池容积的充分利用上，电池所用的正、负极材料却没有太大的变化。但随着对锂离子电池容量要求的日益提高，改进电池的正、负极活性材料已是迫在眉睫。
目前锂离子电池的负极集流体通常采用金属镍，但是镍的价格较高，生产成本高，同时其内阻值较高，工作过程中当有大电流通过时，会使正负极之间的隔膜熔融，造成短路，引发安全事故。另一方面，随着负极层厚度降低，其抗拉强度也有所降低，因而如何在保证其厚度的前提下，提高强度也是亟待解决的问题。
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负极集流体用铜合金，抗拉强度高达1360-1390MPa，能够显著降低锂离子电池的内阻值，并且生产成本低。
为了达到上述目的，本发明提供一种锂离子电池负极集流体用铜合金，其技术方案如下：
一种锂离子电池负极集流体用铜合金，负极集流体为三层结构，上下层均为铜，中间层为铜合金，铜合金的成分质量百分含量为：Sn：1.0-1.65，P：0.07-0.09，Si：0.5-0.6，Ag；0.05-0.1，Cr：0.3-0.35，Zn：0.1-0.15，Mg：0.2-0.4，Al：0.2-0.35，其余为铜和不可避免的杂质；其制备方法包括熔炼-铸造-热轧-一次冷轧-中间退火-时效-二次冷轧-去应力退火；热轧工艺为在1000-1020℃保温2-3小时以后进行，热轧结束温度为900-940℃；一次冷轧压下率为95-98％；中间退火在保护气氛罩式退火炉中进行，退火温度为450-480℃，保温3-3.5小时，冷却至低于100℃后出炉；时效为在450-510℃加热4-5小时；二次冷轧压下率为30-40％；去应力退火为在500-600℃下保温2-3小时。
进一步的，所述中间层的厚度为4-6微米。
进一步的，铜合金的成分为Sn：1.5，P：0.07，Si：0.55，Ag；0.1，Cr：0.3，Zn：0.12，Mg：0.25，Al：0.35，其余为铜和不可避免的杂质。
进一步的，铜合金的成分为Sn：1.05，P：0.09，Si：0.5，Ag；0.08，Cr：0.35，Zn：0.15，Mg：0.4，Al：0.25，其余为铜和不可避免的杂质
进一步的，一次冷轧和二次冷轧的压下率分别为97％、35％。
进一步的，时效工艺还可以为双级时效，在200-210℃保温2-8h，之后在365-375℃保温45-55min。
本发明的有益效果在于以下几点：
1)本发明中加入锡可改善强度、应力松弛特性，并且不会损害电导率，其含量控制在1.0-1.65％；本发明的磷是有效的脱氧用精炼剂，微量磷的存在就能改善铜的轻度，还可以提高铜水的流动性，改善铜合金质量；本发明的硅能够在热处理后形成金属间化合物，从而提高强度；本发明添加铬，铬能够单独地析出与铜合金母相中，具有提高铜合金的强度和耐热性的功能，本发明的银、锌、镁和铝的添加同样能够改善导电性能，固溶于母相进而可增强材料的强度。
2)本发明通过科学的成分配比和合适的工艺参数，使得负极集流体用铜合金具有高的拉伸强度1360-1390MPa，较低的内阻13.00-13.20mΩ，并且生产成本显著下降。
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：
按照铜合金的成分为Sn：1.5，P：0.15，Si：0.55，Ag；0.1，Cr：0.3，Zn：0.12，Mg：0.25，Al：0.35，按照熔炼-铸造-热轧-一次冷轧-中间退火-时效-二次冷轧-去应力退火的步骤进行制备；热轧工艺为在1000℃保温2.5小时以后进行，热轧结束温度为920℃；一次冷轧压下率为97％；中间退火在保护气氛罩式退火炉中进行，退火温度为480℃，保温3小时，冷却至80℃后出炉；时效为在510℃加热4小时；二次冷轧压下率为35％；去应力退火为在600℃下保温2.5小时。
本实施例的铜合金经测试，其拉伸强度为1390Mpa，导电率为47％IACS，内阻值为13.02mΩ。
实施例2：
与实施例2不同的是，将时效工艺替换为双级时效工艺，在200℃保温5h，之后在365℃保温45min。
本实施例的铜合金经测试，其拉伸强度为1380Mpa，导电率为45％IACS，内阻值为13.00mΩ。
实施例3：
按照铝合金的成分为Sn：1.05，P：0.09，Si：0.5，Ag；0.08，Cr：0.35，Zn：0.15，Mg：0.4，Al：0.25，其余为铜和不可避免的杂质。按照熔炼-铸造-热轧-一次冷轧-中间退火-时效-二次冷轧-去应力退火的步骤进行制备；热轧工艺为在1020℃保温2小时以后进行，热轧结束温度为940℃；一次冷轧压下率为98％；中间退火在保护气氛罩式退火炉中进行，退火温度为460℃，保温3.5小时，冷却至90℃后出炉；时效为在450℃加热5小时；二次冷轧压下率为38％；去应力退火为在550℃下保温3小时。
本实施例的铜合金经测试，其拉伸强度为1360Mpa，导电率为44％IACS，内阻值为13.15mΩ。
实施例4：
与实施例3不同的是，将时效工艺替换为双级时效工艺，在210℃保温8h，之后在375℃保温50min。
本实施例的铜合金经测试，其拉伸强度为1365Mpa，导电率为46％IACS，内阻值为13.20mΩ。
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 (6)

1.一种锂离子电池负极集流体用铜合金，其特征在于：所述负极集流体为三层结构，上下层均为铜，中间层为铜合金，所述铜合金的成分质量百分含量为：Sn：1.0-1.65，P：0.07-0.09，Si：0.5-0.6，Ag；0.05-0.1，Cr：0.3-0.35，Zn：0.1-0.15，Mg：0.2-0.4，Al：0.2-0.35，其余为铜和不可避免的杂质；其制备方法包括熔炼-铸造-热轧-一次冷轧-中间退火-时效-二次冷轧-去应力退火；
所述热轧工艺为在1000-1020℃保温2-3小时以后进行，热轧结束温度为900-940℃；
所述一次冷轧压下率为95-98％；
所述中间退火在保护气氛罩式退火炉中进行，退火温度为450480℃，保温3-3.5小时，冷却至低于100℃后出炉；
所述时效为在450-510℃加热4-5小时；
所述二次冷轧压下率为30-40％；
所述去应力退火为在500-600℃下保温2-3小时。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池负极集流体用铜合金，其特征在于：所述中间层的厚度为4-6微米。
3.如权利要求1-2任一项所述的一种锂离子电池负极集流体用铜合金，其特征在于：所述铜合金的成分为Sn：1.5，P：0.07，Si：0.55，Ag；0.1，Cr：0.3，Zn：0.12，Mg：0.25，Al：0.35，其余为铜和不可避免的杂质。
4.如权利要求1-2任一项所述的一种锂离子电池负极集流体用铜合金，其特征在于：所述铜合金的成分为Sn：1.05，P：0.09，Si：0.5，Ag；0.08，Cr：0.35，Zn：0.15，Mg：0.4，Al：0.25，其余为铜和不可避免的杂质。
5.如权利要求1-2任一项所述的一种锂离子电池负极集流体用铜合金，其特征在于：所述一次冷轧和二次冷轧的压下率分别为97％、35％。
6.如权利要求1-2任一项所述的一种锂离子电池负极集流体用铜合金，其特征在于：所述时效工艺替换为双级时效，在200-210℃保温2-8h，之后在365-375℃保温45-55min。
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