CN105779808B - 一种动力电池用高粘附性铜合金箔材及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力电池用高粘附性铜合金箔材，其成分组成按重量百分比为：Al 0.002％‑0.0025％，Zn 0.001％‑0.0035％，Li 0.001％‑0.003％，Si0.004％‑0.005％，Ca 0.004％‑0.005％，其余为Cu。其中Cu、Al、Si、Ca的总含量≥99.994％，Al和Zn的总含量为0.0035％‑0.0055％。该铜合金箔材的加工方法，包括以下工艺步骤：a.按照成分组成进行配料、投料、熔炼及拉铸，b.铣面，c.热轧，d.冷轧，e.中间退火，f.精轧，g.退火，h.箔材精轧、包装入库。与常规用于动力电池的铜箔相比，本发明是一种综合性能优异的合金铜箔，该箔材亲水角较小，粘附性能好，其强度高于常规用铜箔，且导电性能优。并且，该铜合金箔材的制备过程比较简单，工艺流程短，能耗低，成材率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种性能优异的动力电池载流体用高粘附性铜合金箔材及其加工方法，属于有色金属加工技术领域。
背景技术
新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。在全球重点发展新能源汽车、储能电池等新能源产业的今天，随着我国新能源汽车产业的升级，国家对于采用动力电池的电动汽车推广力度越来越大，保守估计2012年我国约生产了约200万辆左右的电动汽车，并且我国要求新能源汽车要保持增长的势头。在新能源汽车的储能材料中，锂电池作为公认的理想储能元件，得到了更高的关注。我国在动力电池领域投入了巨大的资金和政策支持，已经涌现了比亚迪、比克、力神、中航锂电等全球电池行业引人注目的骨干企业。正极材料、负极材料、电池隔膜、电解液是锂电池最重要的四项原材料。
动力电池主要由正极片、隔膜以及负极片组成，其中作为正极集流体基体材料一般选用铝及铝合金箔材，而负极集流体用基体材料选用铜及铜合金箔材。铜箔在动力电池中既充当负极活性物质的载体，又充当负极电子流的收集与传输体，因此，铜箔集流体对锂离子电池的电化学性能有很大的影响。动力电池对于负极集流体用铜箔的性能要求主要来源于抗拉强度、延伸率、亲水性、表面粗糙度及抗高温氧化性能等，一方面，由于在与负极材料的涂覆结合过程中，其在涂覆设备上要受到较大的张力，以获得平整、可靠性高的表面，并且在多层复合过程中，还要受到径向的压力，所以需要铜箔具有良好的抗拉强度及延伸率；另一方面，由于在动力电池的制备过程中，要求其与负极材料良好的结合，具有优异的抗剥落性能，所以需要具有良好的亲水性及一定的表面粗糙度，以达到良好的对负极材料的粘附性能。
目前，动力电池负极集流体用铜合金箔材一般分为压延铜箔和电解铜箔两种，目前在用的均为紫(纯)铜箔。压延铜箔由于是经过受力压延所制，分子间致密，机械强度好，表面粗糙度低，但是制造成本高，均匀性及热稳定性稍差；电解铜箔分子间疏松，机械强度和延展性稍差，均匀性，导电性和热稳定性好。但由于目前在实际使用过程中，紫铜箔的力学性能差，对涂覆层的附着力差，整体综合性能差。针对这种情况，在应用领域急需研制一种对负极材料具有高粘附性的综合性能优异的铜合金箔材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合性能优异的动力电池用高粘附性铜合金箔材。
本发明的另一目的在于提供一种所述铜合金箔材的加工方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种动力电池用高粘附性铜合金箔材，其成分组成按重量百分比为：Al0.002％-0.0025％，Zn 0.001％-0.0035％，Li 0.001％-0.003％，Si 0.004％-0.005％，Ca0.004％-0.005％，其余为Cu；其中Cu、Al、Si、Ca的总含量≥99.994％，Al和Zn的总含量为0.0035％-0.0055％。
在本发明的铜合金箔材中，铝元素能够增加合金的力学性能，与负极材料结合力强，有效提高箔材的表面涂覆能力；微量锌可以有效的提高力学性能，尤其是延展性；锂可以有效提高与负极材料的结合能力，且使得贮能材料与基体一体化；硅可以起到脱氧的作用，并能增强基体的涂覆能力；钙能够增加合金的力学性能，并能增强基体的涂覆能力。
所述铜合金箔材的加工方法包括以下工艺步骤：a.按照成分组成进行配料、投料、熔炼及拉铸，b.铣面，c.热轧，d.冷轧，e.中间退火，f.精轧，g.退火，h.箔材精轧、包装入库。
其中，步骤a中熔炼温度为1170-1200℃，拉铸温度为1150℃。
步骤b中铣面尺寸为0.5mm。
步骤c中热轧的总加工率为99％。
步骤d中冷轧的总加工率为95％。
步骤e中中间退火的温度为750℃，时间为2h。
步骤f中精轧的总加工率为90％。
步骤g中退火的温度为450℃，时间为4h。
步骤h中精轧的总加工率为95％。
本发明的优点在于：
与常规用于动力电池的铜箔相比，本发明是一种综合性能优异的合金铜箔，该箔材亲水角较小，粘附性能好，其强度高于常规用铜箔，且导电性能优。并且，该铜合金箔材的制备过程比较简单，工艺流程短，能耗低，成材率高。
本发明的铜合金箔材的抗拉强度σb可达到480～500MPa，塑性延伸率δ为2～8％，电导率为大于93％IACS，亲水角小于90°。
具体实施方式
以下对本发明进行进一步详细说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例
按照表1中的成分组成进行配料，先将铜和硅混合熔化，再加入铝及锌，其次加入钙，出炉前加入铜锂合金(CuLi)，搅拌熔炼，熔炼温度为1170-1200℃，静置30min。在1150℃拉铸；铣面0.5mm；热轧，总加工率为99％；冷轧，总加工率为95％；中间退火，退火的温度为750℃，时间为2h；精轧，总加工率为90％；退火，退火的温度为450℃，时间为4h；最后进行箔材精轧，总加工率为95％。所得合金箔材的综合性能数据如表2所示。
表1实施例1-15的动力电池用铜合金箔材的成分组成(wt％)
表2实施例1-15所得铜合金箔材的综合性能
从实施例1-15所得铜合金箔材的性能数据可以看出，本发明的铜合金箔材的抗拉强度σb可达到480～500MPa，塑性延伸率δ为2～8％，电导率为大于93％IACS，亲水角小于90°。本发明的铜合金箔材亲水角较小，粘附性能好，其强度高于常规用铜箔，是一种综合性能优异的铜合金箔材。
Claims (9)
1.一种动力电池用高粘附性铜合金箔材，其特征在于，其成分组成按重量百分比为：Al0.002％-0.0025％，Zn 0.001％-0.0035％，Li 0.001％-0.003％，Si 0.004％-0.005％，Ca0.004％-0.005％，其余为Cu；其中，Cu、Al、Si、Ca的总含量≥99.994％，Al和Zn的总含量为0.0035％-0.0055％。
2.一种权利要求1所述动力电池用高粘附性铜合金箔材的加工方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：a.按照成分组成进行配料、投料、熔炼及拉铸，b.铣面，c.热轧，d.冷轧，e.中间退火，f.精轧，g.退火，h.箔材精轧、包装入库。
3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述步骤a中熔炼温度为1170-1200℃，拉铸温度为1150℃。
4.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述步骤c中热轧的总加工率为99％。
5.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述步骤d中冷轧的总加工率为95％。
6.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述步骤e中中间退火的温度为750℃，时间为2h。
7.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述步骤f中精轧的总加工率为90％。
8.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述步骤g中退火的温度为450℃，时间为4h。
9.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述步骤h中精轧的总加工率为95％。
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