CN108315606B - 一种锂电池用1100合金铝箔及其制造方法 - Google Patents

一种锂电池用1100合金铝箔及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池用1100合金铝箔，其特征在于：包含以下质量百分比组分：Fe：0.4～0.5％、Si：0.1～0.2％、Cu：0.1～0.15％、Ti：0.01～0.02％、Sc：0.03～0.07％、Ce：0.03～0.07％、Mn：≤0.01％、Mg：≤0.005％、Zn：≤0.005％、Al≥99.2％，其中Fe+Si≤0.65％，Fe/Si为2.0～4.0。本发明通过对1100合金的元素配比进行调控，同时采用稀土处理，提高锂电池用高导电铝箔的成品率和力学性能指标。材料成品抗拉强度高达220～260MPa，同时延伸率可达3％～5％，电导率为32～35Ms/m，表面润湿张力≥30个达因值。

Description

一种锂电池用1100合金铝箔及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种铝箔及其制造方法，更具体地说，涉及一种锂电池用1100合金铝箔及其制造方法。
背景技术
近年来我国新能源汽车产业发展迅速，而锂电池是新能源汽车发展的关键。随着电池技术的发展，特别是新能源汽车领域对锂电池提出了更高的要求，电池行业也对电池用铝箔也提出了新的要求。这种铝箔要求尺寸精度高、表面干净、均匀、无擦划伤等缺陷，板型平衡，厚度极薄，且具有高抗拉强度和延伸率。锂电池用铝箔目前使用较多的为1070、1235、1200等纯铝系合金牌号，常用厚度在12～25μm并以H18状态交货，抗拉强度普遍只有接近200MPa，高延伸率产品的延伸率也仅在2.5左右，且由于其材料较薄较软使铝箔表面带油量较大，表面润湿张力只能保持在30达因值内，成品率也较低。随着锂电池用铝箔逐渐减薄的趋势，其对抗拉强度、延伸率和表面质量需要也随之提高。而现有锂电池用铝箔在满足铝含量99％的同时其抗拉强度和延伸率不能满足变薄的需求，因此目前较多产品采取添加合金元素的方式提高其机械性能。但是，电池用铝箔产品由于其性能要求的特殊性，对导电率亦有较高要求。目前采取的铝合金固溶、细晶、加工硬化等强化机制均对其导电率有损害。
发明内容
为了克服现有产品技术的不足，本发明的任务在于提供一种锂电池用1100合金铝箔，在减薄锂电池用铝箔的同时，有效提高了抗拉强度和延伸率，同时保持有高导电率和高表面质量。本发明的另一任务在于提供一种锂电池用1100合金铝箔的制造方法。
本发明的技术方案是这样的，一种锂电池用1100合金铝箔，包含以下质量百分比组分：Fe：0.4～0.5％、Si：0.1～0.2％、Cu：0.1～0.15％、Ti：0.01～0.02％、Sc：0.03～0.07％、Ce：0.03～0.07％、Mn：≤0.01％、Mg：≤0.005％、Zn：≤0.005％、Al≥99.1％，其中Fe+Si≤0.65％，Fe/Si为2.0～4.0。
进一步的，所述锂电池用1100合金铝箔厚度为0.008～0.015mm，抗拉强度为220～260MPa，延伸率为3～5％。
本发明一种锂电池用1100合金铝箔的制造方法，包括以下工艺步骤：(1)、冶炼：按照所述合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭；(2)、热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料；(3)、粗轧：对步骤b所述的热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧；(4)、再结晶退火：对所述粗轧坯料进行中间再结晶退火；(5)、中轧：对所述再结晶退火后的轧板进一步冷轧，得到铝箔卷；(6)、去应力退火：对所述中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火；(7)、对所述中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度，而后将铝箔卷分切。
优选的，所述冶炼步骤中，熔炼制备条件为：熔炼温度为750～780℃，精炼温度为740～760℃，铸造温度为695～705℃。
优选的，所述热轧步骤中，热轧坯料的厚度为6.5～8.5mm。
优选的，所述冷轧步骤中，冷粗轧板锭的厚度为2.0～2.8mm。
优选的，所述再结晶退火步骤中，再结晶退火时的温度为400～430℃，保温时间为9～12小时。
优选的，所述中轧步骤中，铝箔卷的厚度为0.4～0.6mm。
优选的，所述去应力退火步骤中，去应力退火时的温度为210～230℃，保温时间为12～15小时。
本发明与现有技术相比，其优点在于：本发明控制Fe、Si含量，使第二相主要以α(Al3Fe3Si)相的形式存在，添加具有一定强化效果、且对导电率损害较小的Cu元素，并分别增加Sc和Ce两种稀土元素，在特定的Fe/Si含量比范围内，形成的含稀土第二相Al3Sc、Al11Ce3可以强化晶界，抑制再结晶晶粒长大，提高箔材的高温稳定性；同时稀土元素有效改善了Fe、Si元素的存在形态和分布状况，抑制硬脆性β(Al9Fe2Si2)相和Fe3Al相的形成，使得成品表面针孔度大大下降，从而显著提高了1100系铝箔的机械性能、导电性能和成品率。材料成品抗拉强度高达240～260MPa，同时延伸率可达3.5％～5％，电导率为32～35Ms/m，表面润湿张力≥30个达因值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
锂电池用1100合金铝箔按以下生产工艺步骤生产：(1)冶炼：按照质量百分比组分：Fe：0.5％、Si：0.15％、Cu：0.1％、Ti：0.01％、Sc：0.03％、Ce：0.04％、Mn：0.007％、Mg：0.005％、Zn：0.002％，其余为Al，将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为760℃，精炼温度为740℃，铸造温度为700℃。(2)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料，厚度控制为8.0mm。(3)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，厚度控制为2.6mm。(4)再结晶退火：对粗轧坯料进行中间再结晶退火，温度为420℃，保温时间为10小时。(5)中轧：对再结晶退火后的轧板进一步直轧，得到铝箔卷，厚度控制为0.6mm。(6)去应力退火：对中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火，温度为220℃，保温时间为12小时。(7)对中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度为0.012mm，而后将铝箔卷分切，即可得成品锂电池用铝箔。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的1100铝合金箔材，力学性能为：抗拉强度242MPa，延伸率4.78，电导率为35Ms/m，表面润湿张力为32个达因值。
实施例2
锂电池用1100合金铝箔按以下生产工艺步骤生产：(1)冶炼：按照质量百分比组分：Fe：0.4％、Si：0.1％、Cu：0.12％、Ti：0.01％、Sc：0.03％、Ce：0.07％、Mn：0.005％、Mg：0.003％、Zn：0.003％，其余为Al，将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为765℃，精炼温度为760℃，铸造温度为705℃。(2)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料，厚度控制为7.2mm。(3)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，厚度控制为2.5mm。(4)再结晶退火：对粗轧坯料进行中间再结晶退火，温度为400℃，保温时间为9小时。(5)中轧：对再结晶退火后的轧板进一步直轧，得到铝箔卷，厚度控制为0.5mm。(6)去应力退火：对中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火，温度为230℃，保温时间为14小时。(7)对中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度为0.010mm，而后将铝箔卷分切，即可得成品锂电池用铝箔。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的1100铝合金箔材，力学性能为：抗拉强度245MPa，延伸率4.41，电导率为34Ms/m，表面润湿张力为31个达因值。
实施例3
锂电池用1100合金铝箔按以下生产工艺步骤生产：(1)冶炼：按照质量百分比组分：Fe：0.4％、Si：0.1％、Cu：0.13％、Ti：0.015％、Sc：0.07％、Ce：0.03％、Mn：0.006％、Mg：0.003％、Zn：0.005％，其余为Al，将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为750℃，精炼温度为750℃，铸造温度为705℃。(2)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料，厚度控制为6.5mm。(3)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，厚度控制为2.2mm。(4)再结晶退火：对粗轧坯料进行中间再结晶退火，温度为430℃，保温时间为10小时。(5)中轧：对再结晶退火后的轧板进一步直轧，得到铝箔卷，厚度控制为0.4mm。(6)去应力退火：对中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火，温度为210℃，保温时间为15小时。(7)对中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度为0.012mm，而后将铝箔卷分切，即可得成品锂电池用铝箔。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的1100铝合金箔材，力学性能为：抗拉强度250MPa，延伸率4.27，电导率为33Ms/m，表面润湿张力为32个达因值。
实施例4
锂电池用1100合金铝箔按以下生产工艺步骤生产：(1)冶炼：按照质量百分比组分：Fe：0.44％、Si：0.18％、Cu：0.15％、Ti：0.018％、Sc：0.05％、Ce：0.05％、Mn：0.007％、Mg：0.003％、Zn：0.002％，其余为Al，将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为780℃，精炼温度为740℃，铸造温度为695℃。(2)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料，厚度控制为7.0mm。(3)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，厚度控制为2.8mm。(4)再结晶退火：对粗轧坯料进行中间再结晶退火，温度为420℃，保温时间为12小时。(5)中轧：对再结晶退火后的轧板进一步直轧，得到铝箔卷，厚度控制为0.5mm。(6)去应力退火：对中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火，温度为220℃，保温时间为12小时。(7)对中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度为0.008mm，而后将铝箔卷分切，即可得成品锂电池用铝箔。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的1100铝合金箔材，力学性能为：抗拉强度259MPa，延伸率3.82，电导率为33Ms/m，表面润湿张力为32个达因值。
实施例5
锂电池用1100合金铝箔按以下生产工艺步骤生产：(1)冶炼：按照质量百分比组分：Fe：0.48％、Si：0.12％、Cu：0.12％、Ti：0.02％、Sc：0.04％、Ce：0.05％、Mn：0.008％、Mg：0.002％、Zn：0.004％，其余为Al，将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为780℃，精炼温度为740℃，铸造温度为695℃。(2)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料，厚度控制为7.0mm。(3)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，厚度控制为2.8mm。(4)再结晶退火：对粗轧坯料进行中间再结晶退火，温度为420℃，保温时间为12小时。(5)中轧：对再结晶退火后的轧板进一步直轧，得到铝箔卷，厚度控制为0.5mm。(6)去应力退火：对中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火，温度为220℃，保温时间为12小时。(7)对中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度为0.008mm，而后将铝箔卷分切，即可得成品锂电池用铝箔。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的1100铝合金箔材，力学性能为：抗拉强度253MPa，延伸率4.05，电导率为35Ms/m，表面润湿张力为31个达因值。
实施例6
锂电池用1100合金铝箔按以下生产工艺步骤生产：(1)冶炼：按照质量百分比组分：Fe：0.5％、Si：0.13％、Cu：0.12％、Ti：0.013％、Sc：0.03％、Ce：0.04％、Mn：0.006％、Mg：0.005％、Zn：0.004％，其余为Al，将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为780℃，精炼温度为740℃，铸造温度为695℃。(2)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料，厚度控制为7.0mm。(3)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，厚度控制为2.8mm。(4)再结晶退火：对粗轧坯料进行中间再结晶退火，温度为420℃，保温时间为12小时。(5)中轧：对再结晶退火后的轧板进一步直轧，得到铝箔卷，厚度控制为0.5mm。(6)去应力退火：对中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火，温度为220℃，保温时间为12小时。(7)对中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度为0.008mm，而后将铝箔卷分切，即可得成品锂电池用铝箔。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的1100铝合金箔材，力学性能为：抗拉强度248MPa，延伸率4.14，电导率为35Ms/m，表面润湿张力为30个达因值。
对比例1
1100合金铝箔按以下生产工艺步骤生产：(1)冶炼：按照质量百分比组分：Fe：0.5％、Si：0.10％、Cu：0.12％、Ti：0.013％、Sc：0.03％、Ce：0.04％、Mn：0.006％、Mg：0.005％、Zn：0.004％，其余为Al，将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为780℃，精炼温度为740℃，铸造温度为695℃。(2)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料，厚度控制为7.0mm。(3)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，厚度控制为2.8mm。(4)再结晶退火：对粗轧坯料进行中间再结晶退火，温度为420℃，保温时间为12小时。(5)中轧：对再结晶退火后的轧板进一步直轧，得到铝箔卷，厚度控制为0.5mm。(6)去应力退火：对中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火，温度为220℃，保温时间为12小时。(7)对中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度为0.008mm，而后将铝箔卷分切，即可得成品锂电池用铝箔。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的1100铝合金箔材，力学性能为：抗拉强度202MPa，延伸率3.18，电导率为35Ms/m，表面润湿张力为26个达因值。
对比例2
1100合金铝箔按以下生产工艺步骤生产：(1)冶炼：按照质量百分比组分：Fe：0.5％、Si：0.15％、Cu：0.1％、Ti：0.01％、Sc：0.01％、Ce：0.01％、Mn：0.007％、Mg：0.005％、Zn：0.002％，其余为Al，将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为760℃，精炼温度为740℃，铸造温度为700℃。(2)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料，厚度控制为8.0mm。(3)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，厚度控制为2.6mm。(4)再结晶退火：对粗轧坯料进行中间再结晶退火，温度为420℃，保温时间为10小时。(5)中轧：对再结晶退火后的轧板进一步直轧，得到铝箔卷，厚度控制为0.6mm。(6)去应力退火：对中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火，温度为220℃，保温时间为12小时。(7)对中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度为0.012mm，而后将铝箔卷分切，即可得成品锂电池用铝箔。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的1100铝合金箔材，力学性能为：抗拉强度208MPa，延伸率3.02，电导率为35Ms/m，表面润湿张力为24个达因值。
对比例3
1100合金铝箔按以下生产工艺步骤生产：(1)冶炼：按照质量百分比组分：Fe：0.3％、Si：0.2％、Cu：0.13％、Ti：0.015％、Sc：0.07％、Ce：0.03％、Mn：0.006％、Mg：0.003％、Zn：0.005％，其余为Al，将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭，熔炼温度为750℃，精炼温度为750℃，铸造温度为705℃。(2)热轧：铣面后将所述铝合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料，厚度控制为6.5mm。(3)粗轧：对热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧，厚度控制为2.2mm。(4)再结晶退火：对粗轧坯料进行中间再结晶退火，温度为430℃，保温时间为10小时。(5)中轧：对再结晶退火后的轧板进一步直轧，得到铝箔卷，厚度控制为0.4mm。(6)去应力退火：对中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火，温度为210℃，保温时间为15小时。(7)对中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度为0.012mm，而后将铝箔卷分切，即可得成品锂电池用铝箔。经常规方法与仪器进行测定，由上述步骤制备得到的1100铝合金箔材，力学性能为：抗拉强度195MPa，延伸率2.98，电导率为33Ms/m，表面润湿张力为24个达因值。

Claims (8)

1.一种锂电池用1100合金铝箔，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：Fe：0.4～0.5％、Si：0.1～0.2％、Cu：0.1～0.15％、Ti：0.01～0.02％、Sc：0.03～0.07％、Ce：0.03～0.07％、Mn：≤0.01％、Mg：≤0.005％、Zn：≤0.005％、Al≥99.1％，其中Fe+Si≤0.65％，Fe/Si为2.0～4.0，所述锂电池用1100合金铝箔厚度为0.008～0.015mm，抗拉强度为220～260MPa，延伸率为3～5％。
2.一种如权利要求1所述的锂电池用1100合金铝箔的制造方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：(1)、冶炼：按照所述合金的组分将各元素的原材料加入熔炼炉中，冶炼得到合金铸锭；(2)、热轧：铣面后将所述合金铸锭进行热轧，得到热轧坯料；(3)、粗轧：对步骤b所述的热轧锭置于冷轧机上进行冷粗轧；(4)、再结晶退火：对所述粗轧坯料进行中间再结晶退火；(5)、中轧：对所述再结晶退火后的轧板进一步冷轧，得到铝箔卷；(6)、去应力退火：对所述中轧后的铝箔卷进行中间去应力退火；(7)、对所述中间退处理的铝箔卷进行冷精轧至锂电池用铝箔所需厚度，而后将铝箔卷分切。
3.根据权利要求2所述的锂电池用1100合金铝箔的制造方法，其特征在于，所述冶炼步骤中，熔炼制备条件为：熔炼温度为750～780℃，精炼温度为740～760℃，铸造温度为695～705℃。
4.根据权利要求2所述的锂电池用1100合金铝箔的制造方法，其特征在于，所述热轧步骤中，热轧坯料的厚度为6.5～8.5mm。
5.根据权利要求2所述的锂电池用1100合金铝箔的制造方法，其特征在于，所述冷轧步骤中，冷粗轧板锭的厚度为2.0～2.8mm。
6.根据权利要求2所述的锂电池用1100合金铝箔的制造方法，其特征在于，所述再结晶退火步骤中，再结晶退火时的温度为400～430℃，保温时间为9～12小时。
7.根据权利要求2所述的锂电池用1100合金铝箔的制造方法，其特征在于，所述中轧步骤中，铝箔卷的厚度为0.4～0.6mm。
8.根据权利要求2所述的锂电池用1100合金铝箔的制造方法，其特征在于，所述去应力退火步骤中，去应力退火时的温度为210～230℃，保温时间为12～15小时。
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