CN104611616A - 一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔，包括化学成分Al：＞99.30%；Fe：0.30～0.5%；Si：0.05～0.2%；Cu：0.045～0.1%；Ti：0.015～0.025%；Sr：0.006～0.015%；杂质：余量，所述的化学成分Al、Fe、Si、Cu、Ti、Sr和杂质的质量百分含量总和为100%。同时公开了其制备方法。本发明所述的方法制备得到的铝箔具有强度、延伸率高、致密性好、表面粗糙度均匀、表面清洁度高的优势。

Description

一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔及其制备方法，属于金属材料及其加工方法技术领域。

背景技术

在中国“十二五”规划中新能源汽车是七大新兴产业之一，已成为国家振兴经济和转变产业结构的重要突破口。新能源汽车的发展是低碳经济的重要组成部分，对缓解能源供需矛盾、改善环境、促进经济可持续发展有着重要的推动作用。新能源汽车行业的发展既关系到国家能源安全、民生环保，也牵涉我国汽车工业发展的命运，新能源汽车是最能反映一个国家科技发展水平、自主创新能力和国际竞争力的产业之一。而电动车作为新能源汽车，其电力源是电池，而电力电池是由阳极、阴极和电解液组成的移动能量源。充电时离子从正极流出，通过电解液流到负极，工作或放电时正极和负极发生相反的电化学反应，产生的电压降驱动外加负载，使汽车运转。 电动汽车用的动力电池为锂电池：正极片为涂在铝箔上的磷酸铁锂（氧化钴锂LiCoO₂，或氧化锰锂LiMn₂O₄或三元化合物Li（NiCo）O₂），但以磷酸铁锂最佳。负极为涂有石墨或钛酸锂等的铜箔，正负极箔片之间有隔膜，共同卷绕，将卷绕好的正负片（包括隔膜）一同放入电池壳内，注入电解液，然后真空封装，即完成单个电池生产。正极材料的采购成本占30%，负极材料的占20%，隔膜材料占20%，电解液占20%，外壳占10%。隔膜为聚丙烯酸。整个正极是电池最为关键的零件，正极材料对电池性能的影响很大（指涂于铝箔上的锂化物），而电动汽车锂电池的正极需用铝箔，而且要求汽车自身质量尽量轻些，因此铝是当前汽车零部件轻量化的首选材料，铝在电动汽车与混合动力汽车发展中扮演着至关重要的角色。

铝箔是生产锂离子电池的关键材料之一，铝箔作为锂电池的主要原材料，其市场前景非常可观。在性能上，铝箔与铜箔具有相同的行业地位，而铝箔较铜箔具有更低的价格优势，这也是铝箔今后在电池箔行业中的巨大潜力，因此，其品质的优劣直接影响到锂离子电池的制作工艺和综合性能。锂离子最基本性能有：容量、电压等特性、内阻、循环寿命、储存性能、温度特性等。而铝箔的抗拉强度、延伸性、致密性、表面粗糙度、厚度均匀性及外观质量等对锂离子电池电池性能影响较大。

动力功能材料用铝箔用作锂离子电池的集电器，其抗拉强度必须能够得到较好的控制，如果抗拉强度过高，延伸率低时，将涂有石墨等活性物质的电极进行轧辊压延等压平工序过程中，动力功能材料用铝箔无足够变形以适应活性物质表面特性，动力功能材料用铝箔与活性物质间的接触性能变差；相反，如果抗拉强度较低时涂敷有活性物质的电极在进行轧辊压延等压平工序过程中，易使电极尺寸稳定性和平整性变差，且易产生断裂等问题。同时还必须要有足够的延伸率，如果延伸率低，涂有活性物质的电极在进行轧辊压延等压平工序时，动力功能材料用铝箔自身将产生内应力，而出现分裂，直接影响电池容量、循环寿命等性能。通常情况下，锂离子电池行业使用电池铝箔为负极集电极的正极，铝箔厚度在10至50微米不等。常用的锂电池纯铝箔有1060、1050、8011等合金牌号H18状态，据目前电池箔市场情况以1235合金为主要合金材料。而锂电池生产企业用作高端动力功能材料用铝箔主要是从国外进口热轧坯生产动力功能材料用铝箔进行生产，我国在高端动力功能材料用铝箔与国外相比主要在于强度偏软、延伸率低、致密性不足、表面粗糙度不均匀、表面质量清洁度不够等质量问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种高强度、高延伸率、致密性好、表面粗糙度均匀、表面高清洁度的利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔及其制备方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔，其特征在于，包括以下化学成分，且各化学成分的质量百分含量为：

Al：＞99.30%；

Fe：0.30～0.5%；

Si：0.05～0.2%；

Cu：0.045～0.1%；

Ti：0.015～0.025%；

Sr：0.006～0.015%；

杂质：余量，

所述的化学成分Al、Fe、Si、Cu、Ti、Sr和杂质的质量百分含量总和为100%。

进一步，所述的杂质包括以下化学成分且各化学成分的质量百分含量为：

Mn≤0.01%；

Mg≤0.01%；

Zn≤0.02%。

一种上述的利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）熔炼、铸轧：按照化学成分Al、Fe、Si、Cu、Ti、Sr和杂质的质量百分含量取原料后进行熔炼、铸轧成坯料，且坯料的厚度为6.7～7.2mm；

（2）一次冷轧、退火、二次冷轧、纵剪切边：对步骤（1）所述的胚料进行一次冷轧，经过1~3个道次轧制成坯料的厚度为1.5～5.0mm，然后进行分级梯度式退火处理，经过退火处理后的坯料温度小于45℃，然后进行二次冷轧形成半成品，所述的半成品的厚度为0.25～0.3mm，再进行半成品的纵剪切边处理；

（3）箔轧：对步骤（2）制备得到的半成品进行箔轧，经过3~4个道次轧制成成品的厚度为0.01~0.02mm；

（4）成品分切、低温退火、检查包装：首先利用酒精或丙酮清擦导路中的各个导辊，确保铝卷表面不允许有印痕、麻点、粘铝、擦伤、划伤，然后将步骤（3）制备得到的成品放在铝箔平台上进行成品分切，分切前检查分切用刀，保证刀具的质量无损伤，分切时不允许有毛刺、塔形、荷叶边、边部小碎浪等，分切错层小于0.5mm，分切后的小卷端面必须干净、整洁；分切好的卷子必须用高温铝箔胶带封口牢固，防止退火松散，分切完成后在80~150℃的温度条件下退火处理8~26h，退火后检查外观并包装。

进一步，步骤（2）中所述的分级梯度式退火处理的具体步骤为：首先将炉气温度加热到560～575℃，并保温6～12h，且炉气温度升温梯度采用1.5～4.7℃/min，然后再将炉气温度降低到温到380℃～460℃，并保温3.5～6h，且炉气温度降低梯度采用1.0～5.5℃/min，最后进行出炉空冷24h。

且步骤（2）中所述的二次冷轧过程中，润滑用的轧制油中醇的质量百分含量为4.0～6.0%，酯的质量百分含量为0.8～2.05%，且酸值为0.2～0.3，保证二次冷轧半成品加工道次轧制的润滑效果，低表面污染效果，铝板表面质量清洁性污染小于2级。

而步骤（3）中所述的箔轧过程中，润滑用的轧制油中醇的质量百分含量为1.5～3.6%，酯的质量百分含量为2.6～5.4%，且酸值为0.12～0.25，保证箔轧成品加工道次轧制的润滑效果，低表面污染效果，铝板表面质量清洁性污染小于2级。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过添加四种合金化元素Fe 、Si 、Cu、Ti，且具有优化的含量配比，同时加入一定质量比例特殊处理介质Sr，以减少熔体在凝固时过饱和固溶体的析出，并能获得晶粒均匀细小的冶金组织，本申请所述的铝箔的AL含量在99.30%以上，与传统1235、8011合金相比较而言，消除了大尺寸化合物的聚集、保证熔体质量、成分均匀、晶粒细小的变质处理效果；且无偏析、条纹等缺陷，同时保证了动力功能材料用铝箔的洁净度、纯度，去除熔体中团聚的杂质及残杂，减少轧制过程的表面问题，铸轧坯生产动力功能材料用铝箔能够获得高强度、高延伸率等优良综合力学性能，同时又能保证动力功能材料用铝箔的导热性、导电性等至关重要的作用。

2、本发明所述的铸轧坯生产动力功能材料用铝箔采用的特殊的润滑配比介质，经过轧制后表面质量清洁性污染小于2级，可有效防止铝箔表面因污染严重导致涂覆附着力降低无法使用，导致产品报废。

3、本发明所述的动力功能材料用铝箔具有以下的优良性能：

a、与传统合金1235、8011合金成品性能相比较，1235合金轧制成品厚度抗拉150～170MPa，延伸率为0.5～1.5%；8011合金轧制成品厚度抗拉170～190MPa，延伸率为1.0～2.0%；而本发明铸轧坯生产动力功能材料用铝箔轧制成品厚度性能为抗拉强度：200～260MPa，延伸率：2.0～3.5%；从对比结果可以看出，动力功能材料用铝箔与传统合金相比可以获得高强度、高延伸率，同时又能够提升动力功能材料用铝箔的导热性和导电性，从而保证锂电池后续涂覆生产加工过程大压延产品的稳定性、均匀性，动力功能材料用铝箔成品质量和轧制性能可完全与热轧铝箔相媲美；

b、传统合金经过轧制后成品表面清洁度达因值小于32dyne，不能满足表面涂覆高清洁度技术要求，低表面清洁度达因值经过涂覆后附着力低，容易导致涂层脱落无法使用；而本发明所述的动力功能材料用铝箔轧制成品后表面清洁度值可以达到≥32dyne，保证涂覆质量的稳定性和附着力。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明做具体的介绍。

实施例1：

利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔的制造方法，包括以下步骤：

（1）熔炼、铸轧：按照化学成分的质量百分含量为Al：99.35%、Fe：0.38%、Si：0.12%、Cu; 0.065%、Ti：0.018%、Sr：0.0085%和余量杂质称取原料后进行熔炼、铸轧成坯料，且坯料的厚度为6.82mm，熔炼过程中，须要做到除气、除渣干净，搅拌充分均匀，而特殊处理介质Sr的加入则可减少熔体在凝固时过饱和固溶体的析出，并能获得晶粒均匀细小的冶金组织，保证熔体质量、成分均匀的变质处理效果，且所述的杂质中Mn≤0.005%、Mg≤0.005%、Zn≤0.0075%，此时，导炉温度控制在748℃范围内，而在铸轧步骤中，采用惰性气体高速旋转吹气法进行在线除气，铸轧过程中过滤采用分级式过滤进行30 PPi+40 PPi两级板式过滤方式对熔体进行净化处理，氢含量控制在0.12ml/100g·Al以下，生产时选择低的轧制速度（具体的轧制速度为500~900mm/min）本实施例中采用750mm/min，来有效的消除和控制铸轧坯料中含氢量、夹渣、组织疏松等冶金缺陷，并采用合适的铸轧区和嘴辊间隙（具体为铸轧区40~60mm，上辊嘴辊间隙0.8~1.5mm，下辊嘴辊间隙0.5~1.0mm），在本实施例中，所述的铸轧区为48mm，上辊嘴辊间隙为1.0mm，下辊嘴辊间隙为0.7mm，来保证良好的铸轧表面质量，而坯料的厚度则为6.82mm，为后续轧制工序分配合理的轧制道次及安排适当的退火厚度做准备，铸轧卷端面不得有影响使用的错层、缺铝、冷边现象；导路当中的导辊不能有伤而造成铸轧卷表面划伤、擦伤，生产好的铸轧卷必须放在托盘上面，不允许直接放在地面上；

（2）一次冷轧、退火、二次冷轧、纵剪切边：对步骤（1）所述的胚料进行一次冷轧，经过3个道次轧制成坯料的厚度为2.1mm，然后进行分级梯度式退火处理，具体步骤为：首先将炉气温度加热到565℃，并保温10.5h，且炉气温度升温梯度采用3.2℃/min，然后再将炉气温度降低到温到395℃，并保温4.5h，且炉气温度降低梯度采用5.5℃/min，最后进行出炉空冷24h，经过退火处理后的坯料温度小于45℃，然后进行二次冷轧形成半成品，所述的半成品的厚度为0.26mm，再进行半成品的纵剪切边处理，二次冷轧过程中，润滑用的轧制油中醇的质量百分含量为4.6%，酯的质量百分含量为1.25%，且酸值为0.22，保证二次冷轧半成品加工道次轧制的润滑效果，低表面污染效果，铝板表面质量清洁性污染1级；

（3）箔轧：对步骤（2）制备得到的半成品进行箔轧，此时必须更换工作辊，清擦导路中的每一个辊子，支撑棍表面不行必须更换支撑辊；轧制出成品时铝箔表面必须吹扫干净，不允许有残留由污；表面不允许有通长或间断性擦伤、划伤、周期行印痕、亮条及亮带、隐条、白条等任何影响使用的表面缺陷，经过4个道次轧制成成品的厚度为0.015mm，保证板型平整，表面质量色泽均匀性、光亮等效果；表面不允许有黑丝、划伤；成品表面不允许有明显印痕，不允许有明显的坑包，且不能有深度，箔轧过程中，润滑用的轧制油中醇的质量百分含量为1.7 %，酯的质量百分含量为2.95%，且酸值为0.15，保证箔轧成品加工道次轧制的润滑效果，低表面污染效果，铝板表面质量清洁性污染1级；

（4）成品分切、低温退火、检查包装：首先利用酒精或丙酮清擦导路中的各个导辊，确保铝卷表面不允许有印痕、麻点、粘铝、擦伤、划伤，然后将步骤（3）制备得到的成品放在铝箔平台上进行成品分切，分切前检查分切用刀，保证刀具的质量无损伤，分切时不允许有毛刺、塔形、荷叶边、边部小碎浪等，分切错层小于0.5mm，分切后的小卷端面必须干净、整洁；分切好的卷子必须用高温铝箔胶带封口牢固，防止退火松散，分切完成后铝卷必须在地上垫上一块珍珠棉，不允许直接落地，防止地面异物杠伤铝卷表面，再在95℃的温度条件下退火处理20h，退火后检查包装，其中检查内容为：尺寸检查：主要包括厚度公差、宽度公差、米数；检查表面质量，表面不能有亮线，条纹，擦划伤，黑丝黑条等影响表面外观质量的缺陷；检查端面质量，端面平整，干净，不能有印痕、麻点、黑丝黑线、划伤、擦伤、皱印、污迹等产品质量缺陷，不能有荷叶边、碎浪等。

本实施例制备得到的铝箔的表面清洁度达因值：34dyn；机械性能：抗拉强度为208～215MPa，延伸率2.2～2.6%外观并包装。

实施例2：

利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔的制造方法，包括以下步骤：

（1）熔炼、铸轧：按照化学成分的质量百分含量为Al：99.35%、Fe：0.47%、Si：0.145%、Cu：0.083%、Ti：0.021%、Sr：0.011%和余量杂质称取原料后进行熔炼、铸轧成坯料，且坯料的厚度为6.82mm，熔炼过程中，须要做到除气、除渣干净，搅拌充分均匀，而特殊处理介质Sr的加入则可减少熔体在凝固时过饱和固溶体的析出，并能获得晶粒均匀细小的冶金组织，保证熔体质量、成分均匀的变质处理效果，且所述的杂质中Mn≤0.005%、Mg≤0.005%、Zn≤0.005%，此时，导炉温度控制在743℃范围内，而在铸轧步骤中，采用惰性气体高速旋转吹气法进行在线除气，铸轧过程中过滤采用分级式过滤进行30 PPi+50PPi两级板式过滤方式对熔体进行净化处理，氢含量控制在0.11ml/100g·Al以下，生产时选择低的轧制速度（具体的轧制速度为500~900mm/min），本实施例中采用810mm/min，来有效的消除和控制铸轧坯料中含氢量、夹渣、组织疏松等冶金缺陷，并采用合适的铸轧区和嘴辊间隙（具体为铸轧区40~60mm，上辊嘴辊间隙0.8~1.5mm，下辊嘴辊间隙0.5~1.0mm），在本实施例中，所述的铸轧区为52mm，上辊嘴辊间隙为1.2mm，下辊嘴辊间隙为0.8mm，来保证良好的铸轧表面质量，而坯料的厚度则为7.1mm，为后续轧制工序分配合理的轧制道次及安排适当的退火厚度做准备，铸轧卷端面不得有影响使用的错层、缺铝、冷边现象；导路当中的导辊不能有伤而造成铸轧卷表面划伤、擦伤，生产好的铸轧卷必须放在托盘上面，不允许直接放在地面上；

（2）一次冷轧、退火、二次冷轧、纵剪切边：对步骤（1）所述的胚料进行一次冷轧，经过2个道次轧制成坯料的厚度为3.8mm，然后进行分级梯度式退火处理，具体步骤为：首先将炉气温度加热到570℃，并保温12h，且炉气温度升温梯度采用4.4℃/min，然后再将炉气温度降低到温到425℃，并保温5.5h，且炉气温度降低梯度采用3.5℃/min，最后进行出炉空冷24h，经过退火处理后的坯料温度小于45℃，然后进行二次冷轧形成半成品，所述的半成品的厚度为0.26mm，再进行半成品的纵剪切边处理，二次冷轧过程中，润滑用的轧制油中醇的质量百分含量为5.3%，酯的质量百分含量为1.3%，且酸值为0.25，保证二次冷轧半成品加工道次轧制的润滑效果，低表面污染效果，铝板表面质量清洁性污染1级；

（3）箔轧：对步骤（2）制备得到的半成品进行箔轧，此时必须更换工作辊，清擦导路中的每一个辊子，支撑棍表面不行必须更换支撑辊；轧制出成品时铝箔表面必须吹扫干净，不允许有残留由污；表面不允许有通长或间断性擦伤、划伤、周期行印痕、亮条及亮带、隐条、白条等任何影响使用的表面缺陷，经过4个道次轧制成成品的厚度为0.016mm，保证板型平整，表面质量色泽均匀性、光亮等效果；表面不允许有黑丝、划伤；成品表面不允许有明显印痕，不允许有明显的坑包，且不能有深度，箔轧过程中，润滑用的轧制油中醇的质量百分含量为2.85 %，酯的质量百分含量为4.5%，且酸值为0.195，保证箔轧成品加工道次轧制的润滑效果，低表面污染效果，铝板表面质量清洁性污染1级；

（4）成品分切、低温退火、检查包装：首先利用酒精或丙酮清擦导路中的各个导辊，确保铝卷表面不允许有印痕、麻点、粘铝、擦伤、划伤，然后将步骤（3）制备得到的成品放在铝箔平台上进行成品分切，分切前检查分切用刀，保证刀具的质量无损伤，分切时不允许有毛刺、塔形、荷叶边、边部小碎浪等，分切错层小于0.5mm，分切后的小卷端面必须干净、整洁；分切好的卷子必须用高温铝箔胶带封口牢固，防止退火松散，分切完成后铝卷必须在地上垫上一块珍珠棉，不允许直接落地，防止地面异物杠伤铝卷表面，再在110℃的温度条件下退火处理24h，退火后检查包装，其中检查内容为：尺寸检查：主要包括厚度公差、宽度公差、米数；检查表面质量，表面不能有亮线，条纹，擦划伤，黑丝黑条等影响表面外观质量的缺陷；检查端面质量，端面平整，干净，不能有印痕、麻点、黑丝黑线、划伤、擦伤、皱印、污迹等产品质量缺陷，不能有荷叶边、碎浪等。

本实施例制备得到的铝箔的表面清洁度达因值：36dyn；机械性能：抗拉强度为224～231MPa，延伸率2.5～3.1%外观并包装。

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔，其特征在于，包括以下化学成分，且各化学成分的质量百分含量为：

Al：＞99.30%；

Fe：0.30～0.5%；

Si：0.05～0.2%；

Cu：0.045～0.1%；

Ti：0.015～0.025%；

Sr：0.006～0.015%；

杂质：余量，

所述的化学成分Al、Fe、Si、Cu、Ti、Sr和杂质的质量百分含量总和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔，其特征在于，所述的杂质包括以下化学成分且各化学成分的质量百分含量为：

Mn≤0.01%；

Mg≤0.01%；

Zn≤0.02%。

3.一种权利要求1或2所述的利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）熔炼、铸轧：按照化学成分Al、Fe、Si、Cu、Ti、Sr和杂质的质量百分含量取原料后进行熔炼、铸轧成坯料，且坯料的厚度为6.7～7.2mm；

（2）一次冷轧、退火、二次冷轧、纵剪切边：对步骤（1）所述的胚料进行一次冷轧，经过1~3个道次轧制成坯料的厚度为1.5～5.0mm，然后进行分级梯度式退火处理，经过退火处理后的坯料温度小于45℃，然后进行二次冷轧形成半成品，所述的半成品的厚度为0.25～0.3mm，再进行半成品的纵剪切边处理；

（3）箔轧：对步骤（2）制备得到的半成品进行箔轧，经过3~4个道次轧制成成品的厚度为0.01~0.02mm；

（4）成品分切、低温退火、检查包装：首先利用酒精或丙酮清擦导路中的各个导辊，然后将步骤（3）制备得到的成品放在铝箔平台上进行成品分切，分切错层小于0.5mm，分切完成后在80~150℃的温度条件下退火处理8~26h，退火后检查外观并包装。

4.根据权利要求3所述的一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的分级梯度式退火处理的具体步骤为：首先将炉气温度加热到560～575℃，并保温6～12h，且炉气温度升温梯度采用1.5～4.7℃/min，然后再将炉气温度降低到温到380℃～460℃，并保温3.5～6h，且炉气温度降低梯度采用1.0～5.5℃/min，最后进行出炉空冷24h。

5.根据权利要求3所述的一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的二次冷轧过程中，润滑用的轧制油中醇的质量百分含量为4.0～6.0%，酯的质量百分含量为0.8～2.05%，且酸值为0.2～0.3。

6.根据权利要求3所述的一种利用铸轧坯生产的动力功能材料用铝箔的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的箔轧过程中，润滑用的轧制油中醇的质量百分含量为1.5～3.6%，酯的质量百分含量为2.6～5.4%，且酸值为0.12～0.25。