CN107217175A - 一种电池用高性能铝箔及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池用铝箔,尤其是涉及一种电池用高性能铝箔及其生产方法。其主要是解决现有技术所存在的电池用铝箔厚度较厚,抗拉强度、延伸率都较差,从而使得电池的容量较小,使用寿命较短等的技术问题。本发明的铝箔的组成及质量百分比为:Fe+Si:≤0.65%,Cu:0.07‑0.25%,Ti:0.015‑0.025%,Mn≤0.05%,Mg≤0.05%,Zn≤0.05%,余量为铝及不可避免的杂质。本发明的方法为:熔炼、铸轧工艺,当抗拉强度要求200‑240MPa时,将坯料先冷轧至1.0‑4.0mm进行中间退火处理;将中间退火的坯料进一步冷轧至0.20‑0.30mm,进行切边;当抗拉强度要求>240MPa时,不进行中间退火,将坯料直接冷轧至0.20‑0.30mm,进行切边;最后进行箔轧工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池用铝箔,尤其是涉及一种电池用高性能铝箔及其生产方法。
背景技术
随着电池技术的发展,特别是新能源汽车领域对电池容量提出了更高的要求,电池行业对电池用铝箔也提出了高强高延伸率的要求。中国专利公开了一种新型锂电池用铝箔及箔材制造方法(公开号:CN106435284A),其锂电池用铝箔的成分及其质量百分比为:Fe:0.4-0.5%;Si:0.1-0.2%;Cu:0.08-0.09%;Ti:0.025-0.035%;Mn:≤0.005%;Mg:≤0.005%;Zn:≤0.01%;Al含量≥99.35;其通过熔炼按比例调整权利要求1所述铝箔的成分,之后再经过铸轧、冷轧、一次退火处理、粗轧后得到锂电池用铝箔的毛坯料,铝箔毛坯料再经过粗轧、中轧、精轧后进行分切,在分切出口增加高频率高电压放电处理,将铝箔的表面分子氧化和极化。而电池用铝箔性能要求大致分为如下两个层级:1、厚度0.012-0.020mm,抗拉强度≥200MPa,延伸率≥2.5%;2、厚度0.012-0.020mm,抗拉强度≥230MPa,延伸率≥2.5%。利用这种制备方法制造出来的合金,如1235、1100、1050、8079均无法满足此性能要求。
发明内容
本发明是提供一种电池用高性能铝箔及其生产方法,其主要是解决现有技术所存在的电池用铝箔厚度较厚,抗拉强度、延伸率都较差,从而使得电池的容量较小,使用寿命较短等的技术问题。
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:
本发明的一种电池用高性能铝箔,其特征在于所述的铝箔的组成及质量百分比为:Fe+Si:≤0.65%,Cu:0.07-0.25%,Ti: 0.015-0.025%,Mn≤0.05%,Mg≤0.05%,Zn≤0.05%,余量为铝及不可避免的杂质。
本发明通过调整Fe、Si合金成分,增加Cu含量,充分利用各元素的固溶强化作用,提高强度的同时不减少延伸率,使得最终成品的延伸率大幅提高。
作为优选,所述的铝箔的组成及质量百分比为:Fe+Si: ≤0.65%, Cu:0.07-0.15%, Ti: 0.015-0.020%,Mn≤0.05%,Mg≤0.05%,Zn≤0.05%,余量为铝及不可避免的杂质。
一种电池用高性能铝箔的生产方法,所述的方法包括:
(1)熔炼、铸轧工艺:将权利要求1中所述的组分按质量百分比投入到熔炼炉中进行加热熔炼,炉气设定温度为1000-1200℃;当铝合金熔体温度达到710-740℃后依次进行精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理;再将过滤后的铝合金熔体投入到铸轧机中连续铸轧成6.0-8.0mm的铸轧坯料;
(2)冷轧工艺:
当抗拉强度要求200-240MPa时,将坯料先冷轧至1.0-4.0mm进行中间退火处理;将中间退火的坯料进一步冷轧至0.20-0.30mm,进行切边;
当抗拉强度要求>240MPa时,不进行中间退火,将坯料直接冷轧至0.20-0.30mm,进行切边;
(3)箔轧工艺:将切边后的铝箔坯料精轧成厚度为0.01-0.05mm 的铝箔卷,将铝箔卷分切即可得成品电池用高性能铝箔。
晶粒细化处理时需加入Al-5Ti-1B晶粒细化剂,加入量为1.5-2kg/吨铝合金。
除气除渣是向除气箱中通入高纯氩气对铝合金熔体进行除气,调整石墨转子转速,保证铝液的含氢量≤0.12ml/100gAl;为控制含氢量≤0.12ml/100gAl,氩气纯度为99.99%,氩气压力在0.4-0.5Mpa,除气箱熔体的温度为720-730℃,并每隔1小时将除气箱中随氩气气泡上浮至熔体表面的浮渣扒去。
过滤是用双级过滤板过滤除渣,采用进口过滤板,过滤精度为50目和60目。
连续铸轧具体是通过铸轧机前箱铸嘴供流,通过铸轧机铸轧辊,在铸轧区内将液态铝合金熔体铸轧成坯料。
坯料冷轧时轧机轧辊粗糙度为Ra0.8μm。
铝箔卷精轧时轧辊凸度0.065mm,轧辊粗糙度Ra0.09μm。
分切是将双张( 或单张) 铝箔大卷分切为用户要求的单张铝箔卷。
作为优选,所述的步骤(1)中连续铸轧时前箱熔体温度690-705℃,辊缝4.4-4.8mm,铸轧区长度50-55mm,铸嘴开口度9-11mm,卷取张力:40-60kN,铸轧速度850-950mm/min,冷却水水温36-42℃。
铸轧坯料的质量可以达到:同板差≤ 0.05mm,凸度0.01-0.05mm,晶粒度1 级,纵向厚差≤ 0.1mm。工艺裂边≤ 2mm,铸轧板低倍试样表面不存在影响使用的条纹和偏析。
作为优选,所述的步骤(2)中中间退火时退火炉内温度为560-565℃,加热15-25h,当坯料温度达到420-460℃时,将退火炉内温度降至420-460℃,保温1-1.5h。
作为优选,所述的铸轧机具有成对设置的铸轧主辊与铸轧副辊,铸轧主辊包括有主辊体,主辊体内部设有固定辊,主辊体与固定辊之间设有缓冲层,铸轧副辊包括有副辊体,副辊体为多段式,副辊体通过推杆连接有推块,推块具有锥面,其内端设有锥形的调节杆。主辊体在铸轧时能够在缓冲层的作用下产生缓冲作用,这样铸轧时较乱,不会在坯料上压出裂纹,延伸率较好。同时通过调节杆、推块、推杆可以调整副辊体的外径,从而调整铸轧的坯料的厚度。
作为优选,所述的步骤(1)铸轧成6.0-8.0mm的铸轧坯料后,将铸轧坯料加热到300-350℃,保温10-20min,然后以10℃/min的速率降温到200-250℃,保温20-30min;再将铸轧坯料加热到400-450℃,保温10-20min,然后以10℃/min的速率降温到300-320℃,保温20-30min;最后将铸轧坯料加热到500-550℃,保温10-20min,然后降温到室温。
因此,本发明通过调整铝合金Fe、Si的成分,添加Cu元素,通过改变元素之间的协同作用,提高铝箔的性能,使其满足高强高延伸率电池用铝箔要求;与现有铸轧工艺相比,本发明采用一次中间退火处理,具有短流程、高效率、低能耗、低成本等优点,本发明制得的铝箔力学性能优异:1、厚度0.012-0.020mm,抗拉强度≥200MPa,延伸率≥2.5%;2、厚度0.012-0.020mm,抗拉强度≥230MPa,延伸率≥2.5%。
附图说明
附图1是本发明铸轧主辊的一种结构示意图;
附图2是本发明铸轧副辊的一种结构示意图;
附图3是图2的侧面结构示意图。
图中零部件、部位及编号:主辊体1、固定辊2、缓冲层3、副辊体4、推杆5、推块6、调节杆7。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1:本例的一种电池用高性能铝箔,调整电池用高强高延伸率铝箔的成分及其质量百分比:Fe:0.30%, Si:0.08%, Cu:0.07%, Ti: 0.016%, Mn≤0.05%, Mg≤0.05%,Zn≤0.05%, 余量为铝及不可避免的杂质。
一种电池用高性能铝箔的生产方法:
熔炼、铸轧工艺:将上述电池用铝箔原材料加热熔炼成铝合金熔体;然后依次进行精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理,再将过滤后的铝合金熔体连续铸轧成7.0mm 的铸轧卷。其中,精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理、连续铸轧具体如下:
a、精炼扒渣:将铝合金熔体转至静置炉中静置15min,然后进行多次精炼处理,第一次氩气精炼处理的时间为20min,精炼完后扒去表面浮渣,第一次精炼处理后( 即从第二次精炼处理开始) 精炼时间为22min,间隔为4h ;
b、晶粒细化:将铝钛硼晶粒细化剂通过钛丝进给机加入到除气箱铝液入口处,晶粒细化剂的加入量为1.5kg/吨铝合金熔体;
c、除气除渣:向除气箱中通入高纯氩气对铝合金熔体进行除气,调整石墨转子转速,保证铝液的含氢量≤ 0.12ml/100gAl;并每隔1小时将除气箱中的浮渣扒去;
d、过滤处理:双级过滤板过滤除渣,采用进口过滤板,过滤精度分别为50目和60目;
e、连续铸轧:通过铸轧机前箱铸嘴供流,通过铸轧机铸轧辊,在铸轧区内将液态铝合金熔体铸轧成厚度为7.0mm 的坯料。
其中,铸轧机具有成对设置的铸轧主辊与铸轧副辊,如图1,铸轧主辊包括有主辊体1,主辊体内部设有固定辊2,主辊体与固定辊之间设有缓冲层3,如图2、图3,铸轧副辊包括有副辊体4,副辊体为多段式,副辊体通过推杆5连接有推块6,推块具有锥面,其内端设有锥形的调节杆7。
冷轧工艺:将坯料先冷轧至一定厚度后,进行中间退火处理;将中间退火后的坯料进一步冷轧至0.20-0.30mm,进行切边;
箔轧:将单张厚度为0.020mm 的铝箔卷双合成双张厚度为0.040mm 的双合铝箔卷,然后将两张总厚度为0.040mm 的双合铝箔卷精轧成厚度为0.024mm 的双合铝箔卷,最后将铝箔卷分切成单张厚度为0.012mm 即可得成品电池用铝箔;其中,轧辊凸度0.065mm,轧辊粗糙度Ra0.09μm。
将本实施例中制得的电池用高强高延伸率铝箔进行性能测试,结果实际厚度为0.012mm,抗拉强度为219MPa,延伸率为2.7%。
实施例2:本例的一种电池用高性能铝箔,配料:调整电池用高强高延伸率铝箔的成分及其质量百分比:Fe:0.29%, Si:0.07%, Cu:0.10%, Ti: 0.018%, Mn≤0.01%, Mg≤0.01%, Zn≤0.02%, 余量为铝及不可避免的杂质。
一种电池用高性能铝箔的生产方法:
熔炼、铸轧工艺:将上述电池用铝箔原材料加热熔炼成铝合金熔体;然后依次进行精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理,再将过滤后的铝合金熔体连续铸轧成7.0mm 的铸轧卷。其中,精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理、连续铸轧具体如下:
a、精炼扒渣:将铝合金熔体转至静置炉中静置15min,然后进行多次精炼处理,第一次氩气精炼处理的时间为20min,精炼完后扒去表面浮渣,第一次精炼处理后( 即从第二次精炼处理开始) 精炼时间为22min,间隔为4h ;
b、晶粒细化:将铝钛硼晶粒细化剂通过钛丝进给机加入到除气箱铝液入口处,晶粒细化剂的加入量为1.5kg/吨铝合金熔体;
c、除气除渣:向除气箱中通入高纯氩气对铝合金熔体进行除气,调整石墨转子转速,保证铝液的含氢量≤ 0.12ml/100gAl;并每隔1小时将除气箱中的浮渣扒去;
d、过滤处理:双级过滤板过滤除渣,采用进口过滤板,过滤精度分别为50目和60目;
e、连续铸轧:通过铸轧机前箱铸嘴供流,通过铸轧机铸轧辊,在铸轧区内将液态铝合金熔体铸轧成厚度为7.0mm 的坯料。
冷轧工艺:将坯料先冷轧至一定厚度后,进行中间退火处理;将中间退火后的坯料进一步冷轧至0.20-0.30mm,进行切边;
箔轧:将单张厚度为0.020mm 的铝箔卷双合成双张厚度为0.040mm 的双合铝箔卷,然后将两张总厚度为0.040mm 的双合铝箔卷精轧成厚度为0.024mm 的双合铝箔卷,最后将铝箔卷分切成单张厚度为0.012mm 即可得成品电池用铝箔;其中,轧辊凸度0.065mm,轧辊粗糙度Ra0.09μm。
将本实施例中制得的电池用高强高延伸率铝箔进行性能测试,结果实际厚度为0.012mm,抗拉强度为236MPa,延伸率为2.6%。
实施例3:本例的一种电池用高性能铝箔,配料:调整电池用高强高延伸率铝箔的成分及其质量百分比:Fe:0.35%, Si:0.12%, Cu:0.12%, Ti: 0.019%, Mn≤0.01%, Mg≤0.01%, Zn≤0.02%, 余量为铝及不可避免的杂质。
一种电池用高性能铝箔的生产方法:
熔炼、铸轧工艺:将上述电池用铝箔原材料加热熔炼成铝合金熔体;然后依次进行精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理,再将过滤后的铝合金熔体连续铸轧成7.0mm 的铸轧卷。其中,精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理、连续铸轧具体如下:
a、精炼扒渣:将铝合金熔体转至静置炉中静置15min,然后进行多次精炼处理,第一次氩气精炼处理的时间为20min,精炼完后扒去表面浮渣,第一次精炼处理后( 即从第二次精炼处理开始) 精炼时间为22min,间隔为4h ;
b、晶粒细化:将铝钛硼晶粒细化剂通过钛丝进给机加入到除气箱铝液入口处,晶粒细化剂的加入量为1.5kg/吨铝合金熔体;
c、除气除渣:向除气箱中通入高纯氩气对铝合金熔体进行除气,调整石墨转子转速,保证铝液的含氢量≤ 0.12ml/100gAl;并每隔1小时将除气箱中的浮渣扒去;
d、过滤处理:双级过滤板过滤除渣,采用进口过滤板,过滤精度分别为50目和60目;
e、连续铸轧:通过铸轧机前箱铸嘴供流,通过铸轧机铸轧辊,在铸轧区内将液态铝合金熔体铸轧成厚度为7.0mm 的坯料。
冷轧工艺:将坯料先冷轧至一定厚度后,进行中间退火处理;将中间退火后的坯料进一步冷轧至0.20-0.30mm,进行切边;
箔轧:将单张厚度为0.020mm 的铝箔卷双合成双张厚度为0.040mm 的双合铝箔卷,然后将两张总厚度为0.040mm 的双合铝箔卷精轧成厚度为0.024mm 的双合铝箔卷,最后将铝箔卷分切成单张厚度为0.012mm 即可得成品电池用铝箔;其中,轧辊凸度0.065mm,轧辊粗糙度Ra0.09μm。
将本实施例中制得的电池用高强高延伸率铝箔进行性能测试,结果实际厚度为0.012mm,抗拉强度为243MPa,延伸率为2.5%。
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 (7)
1.一种电池用高性能铝箔,其特征在于所述的铝箔的组成及质量百分比为:Fe+Si:≤0.65%,Cu:0.07-0.25%,Ti: 0.015-0.025%,Mn≤0.05%,Mg≤0.05%,Zn≤0.05%,余量为铝及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种电池用高性能铝箔,其特征在于所述的铝箔的组成及质量百分比为:Fe+Si: ≤0.65%, Cu:0.07-0.15%, Ti: 0.015-0.020%,Mn≤0.05%,Mg≤0.05%,Zn≤0.05%,余量为铝及不可避免的杂质。
3.一种电池用高性能铝箔的生产方法,其特征在于所述的方法包括:
(1)熔炼、铸轧工艺:将权利要求1中所述的组分按质量百分比投入到熔炼炉中进行加热熔炼,炉气设定温度为1000-1200℃;当铝合金熔体温度达到710-740℃后依次进行精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理;再将过滤后的铝合金熔体投入到铸轧机中连续铸轧成6.0-8.0mm的铸轧坯料;
(2)冷轧工艺:
当抗拉强度要求200-240MPa时,将坯料先冷轧至1.0-4.0mm进行中间退火处理;将中间退火的坯料进一步冷轧至0.20-0.30mm,进行切边;
当抗拉强度要求>240MPa时,不进行中间退火,将坯料直接冷轧至0.20-0.30mm,进行切边;
(3)箔轧工艺:将切边后的铝箔坯料精轧成厚度为0.01-0.05mm 的铝箔卷,将铝箔卷分切即可得成品电池用高性能铝箔。
4.根据权利要求1所述的一种电池用高性能铝箔的生产方法,其特征在于所述的步骤(1)中连续铸轧时前箱熔体温度690-705℃,辊缝4.4-4.8mm,铸轧区长度50-55mm,铸嘴开口度9-11mm,卷取张力:40-60kN,铸轧速度850-950mm/min,冷却水水温36-42℃。
5.根据权利要求1所述的一种电池用高性能铝箔的生产方法,其特征在于所述的步骤(2)中中间退火时退火炉内温度为560-565℃,加热15-25h,当坯料温度达到420-460℃时,将退火炉内温度降至420-460℃,保温1-1.5h。
6.根据权利要求1所述的一种电池用高性能铝箔的生产方法,其特征在于所述的铸轧机具有成对设置的铸轧主辊与铸轧副辊,铸轧主辊包括有主辊体(1),主辊体内部设有固定辊(2),主辊体与固定辊之间设有缓冲层(3),铸轧副辊包括有副辊体(4),副辊体为多段式,副辊体通过推杆(5)连接有推块(6),推块具有锥面,其内端设有锥形的调节杆(7)。
7.根据权利要求1所述的一种电池用高性能铝箔的生产方法,其特征在于所述的步骤(1)铸轧成6.0-8.0mm的铸轧坯料后,将铸轧坯料加热到300-350℃,保温10-20min,然后以10℃/min的速率降温到200-250℃,保温20-30min;再将铸轧坯料加热到400-450℃,保温10-20min,然后以10℃/min的速率降温到300-320℃,保温20-30min;最后将铸轧坯料加热到500-550℃,保温10-20min,然后降温到室温。
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