CN109382438A - 一种凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法，包括：采用脉冲激光对轧辊表面进行织构化处理，以使在所述轧辊表面形成位置无序分布的织构单元，其中所述织构单元包括凹坑和一侧的凸起；采用所述轧辊双面轧制箔材，以使所述箔材表面形成波浪状凹凸轮廓，增大箔材的比表面积，减小箔材的弹性模量和屈服强度。所述箔材的这种表面轮廓增大了涂层对集流体箔材的粘附强度，减小了涂层内部及其与所述箔材间的界面应力，提高了涂层对集流体箔材的粘附寿命。同时，所述箔材的这种表面轮廓增大了电解液对集流体箔材的润湿性，减小了电池内阻，提高了电池的倍率性能。

Description

一种凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法
技术领域
本发明实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法。
背景技术
在锂离子电池中,集流体表面涂布活性材料制备成极片，集流体起到承载活性材料和传输电子的作用。在锂离子电池充电过程中，负极活性材料的膨胀率高，涂层内部及其与集流体界面将产生较大的应力，导致涂层局部剥落和极片变形，降低电池的容量和使用寿命；在锂离子电池放电过程中，高倍率放电形成的极化效应降低了电池的能量利用率。集流体箔材的表面状态和力学性能影响了活性材料涂层与集流体的粘附性能，进而决定了电池的内阻、高倍率放电性能和循环寿命，因此需要对集流体进行表面改性处理。
锂离子电池常用的集流体箔材为铜箔和铝箔。表面涂碳和表面粗化是集流体箔材常用的改性方法。箔材表面涂碳能够降低电池内阻，提高电池倍率性能，但不能调控涂层内部及其与集流体箔材界面的应力。铜箔通常使用电解方法制造，通过调整电解工艺能够控制铜箔的表面粗糙度，但是控制范围窄，后续的表面粗化处理未见报道。蚀刻是铝箔常用的表面粗化方法，但是蚀刻铝箔的力学性能差，不能满足超薄铝箔的表面改性要求。现有技术中也提出了轧制粗化箔材表面的方法，但是为了保证铝箔的力学性能，现有的轧制粗化方法难以进一步提高铝箔的表面粗糙度。
因此，现有的箔材表面改性方法不能满足锂离子电池集流体的使用要求，需要研究新的方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法，可以实现箔材表面的波浪状凹凸轮廓。
本发明实施例提供一种凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法，包括：
采用脉冲激光对轧辊表面进行织构化处理，以使在所述轧辊表面形成位置无序分布的织构单元，其中所述织构单元包括凹坑和一侧凸起；
采用所述轧辊双面轧制箔材，以使所述箔材表面形成波浪状凹凸轮廓。
在一个可能的实施方式中，所述波浪状凹凸轮廓的箔材，包括：
箔材的轮廓算术平均偏差Ra在1.0-4.0μm之间；
箔材的最大轮廓峰高Rp在4-10μm之间；
箔材的最大轮廓谷深Rv在4-10μm之间；
箔材的弹性模量比所述待轧制箔材减小5-25％；
箔材的屈服强度比所述待轧制箔材减小10-30％。
在一个可能的实施方式中，所述轧辊表面的所述织构单元的平均间隔距离为所述织构单元直径的1.5～3倍。
在一个可能的实施方式中，所述轧辊表面的所述织构单元的位置沿切向和轴向无序偏移，最大偏移量为织构单元平均间隔距离的0.2～0.5倍。
在一个可能的实施方式中，所述织构单元的凸起高度为所述待轧制箔材厚度的1.5～2倍。
在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：
通过调整所述轧辊表面织构单元的凸起高度、分布密度、分布无序度以及轧制工艺，以控制轧制后的所述箔材的表面轮廓。
本发明实施例提供的凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法，通过采用脉冲激光对轧辊表面进行织构化处理，以使在所述轧辊表面形成位置无序分布的织构单元，其中所述织构单元包括凹坑和一侧凸起；采用所述轧辊双面轧制箔材，以使所述箔材表面形成波浪状凹凸轮廓，增大箔材的比表面积，减小箔材的弹性模量和屈服强度。所述箔材的这种表面轮廓提高了涂层对集流体箔材的粘附强度，降低了涂层内部及其与所述箔材间的界面应力，提高了涂层对集流体箔材的粘附寿命。同时，所述箔材的这种表面轮廓提高了电解液对集流体箔材的润湿性，降低了电池内阻，提高了电池的倍率性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例涉及的箔材的基于无序分布织构的轧制的示意图；
图3为本发明实施例涉及的轧制后表面波浪状凹凸的铝箔的示意图；
图4为本发明实施例涉及的铝箔轧制前和轧制后典型拉伸曲线的示意图。
图5为本发明实施例涉及的轧制后表面波浪状凹凸的铜箔的示意图；
图6为本发明实施例涉及的铜箔轧制前和轧制后典型拉伸曲线的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明实施例提供的一种凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法的流程示意图，如图1所示，该方法具体包括：
S101、采用脉冲激光对轧辊表面进行织构化处理，以使在所述轧辊表面形成位置无序分布的织构单元。
图2为本发明实施例涉及的箔材的基于无序分布织构的轧制的示意图，如图2所示，在轧辊1的表面分布有多个织构单元2，其中，所述织构单元2包括凹坑22和一侧凸起21。
可选地，所述轧辊表面的所述织构单元的平均间隔距离为所述织构单元直径的1.5～3倍。
可选地，所述轧辊表面的所述织构单元的位置沿切向和轴向无序偏移，最大偏移量为织构单元平均间隔距离的0.2～0.5倍。
可选地，所述织构单元的凸起高度为所述待轧制箔材厚度的1.5～2倍。
具体地，首先使用外圆磨床对轧辊进行表面磨削，然后将轧辊架在车床或类似回转机构上，调整轧辊转速、丝杠螺距和脉冲激光的频率确定织构单元在辊面的平均间隔距离，再通过无序分布方法实现织构单元在轧辊表面周向和轴向的两维无序分布。
在本实施例中，箔材可以是，但不限于：铝箔或铜箔；除铝箔和铜箔外，还可以采用其它金属箔代替铝箔或铜箔，对此本实施例不作具体限定。(后面有铜箔的实施例)
S102、采用所述轧辊双面轧制箔材，以使所述箔材表面形成波浪状凹凸轮廓。
参照图2，采用轧辊1表面的凸起21双面轧制箔材3，进而形成如图3和图5所示的表面具有波浪状凹凸轮廓的箔材。
其中，所述表面波浪状凹凸的箔材包括：
箔材的轮廓算术平均偏差Ra在1.0-4.0μm之间；
箔材的最大轮廓峰高Rp在4-10μm之间；
箔材的最大轮廓谷深Rv在4-10μm之间；
箔材的弹性模量比所述待轧制箔材减小5-25％；
箔材的屈服强度比所述待轧制箔材减小10-30％。
作为本实施例的一种可选方案，还可以通过调整所述织构单元的凸起高度、分布密度、分布无序度以及轧制工艺，以控制轧制后的所述箔材的表面轮廓。
本发明实施例提供的凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法，通过采用脉冲激光对轧辊表面进行织构化处理，采用所述轧辊双面轧制箔材，以使所述箔材表面形成波浪状凹凸轮廓，增大箔材的比表面积，减小箔材的弹性模量和屈服强度。所述轧辊表面织构单元具有一侧凸起，面积覆盖率低，且位置无序分布，两只轧辊表面织构单元凸起的正对概率低，以控制铝箔的局部异常减薄。所述箔材的这种表面轮廓提高了涂层对集流体箔材的粘附强度，降低了涂层内部及其与所述箔材间的界面应力，提高了涂层对集流体箔材的粘附寿命。同时，所述箔材的这种表面轮廓提高了电解液对集流体箔材的润湿性，降低了电池内阻，提高了电池的倍率性能。
具体实例
1、选择厚度13μm的牌号1070的铝箔进行双面织构轧制，如图2所示。轧制后铝箔表面呈凹凸状轮廓(图3)。铝箔的表面粗糙度参数为：轮廓算术平均值Ra为1.45μm，最大轮廓峰高Rp为4.25μm，最大轮廓谷深Rv为5.22μm。铝箔的力学性能参数为(图4)：弹性模量降低了5.02％，屈服强度降低了14.8％，拉伸强度达到常规铝箔的90.2％，延伸率达到1.53％。凹凸铝箔具有良好的力学性能，能够满足锂电池极片制备和使用的要求。
2、选择厚度9μm的电解铜箔进行双面织构轧制，如图2所示。轧制后铜箔表面呈凹凸状轮廓(图5)。铜箔的表面粗糙度参数为：轮廓算术平均值Ra为2.25μm，最大轮廓峰高Rp为7.08μm，最大轮廓谷深Rv为7.66μm。铜箔的力学性能参数为(图6)：弹性模量降低了20.5％，屈服强度降低了16％，拉伸强度达到常规铜箔的90.6％，延伸率达到2.04％。凹凸铜箔具有良好的力学性能，能够满足锂电池极片制备和使用的要求。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种凹凸集流体箔材的基于无序分布织构的轧制方法，其特征在于，包括：
采用脉冲激光对轧辊表面进行织构化处理，以使在所述轧辊表面形成位置无序分布的织构单元，其中所述织构单元包括凹坑和一侧凸起；
采用所述轧辊双面轧制箔材，以使所述箔材表面形成波浪状的凹凸轮廓。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波浪状的凹凸轮廓的箔材，包括：
箔材的轮廓算术平均偏差Ra在1.0-4.0μm之间；
箔材的最大轮廓峰高Rp在4-10μm之间；
箔材的最大轮廓谷深Rv在4-10μm之间；
箔材的弹性模量比所述待轧制箔材减小5-25％；
箔材的屈服强度比所述待轧制箔材减小10-30％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轧辊表面的所述织构单元的平均间隔距离为所述织构单元直径的1.5～3倍。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述轧辊表面的所述织构单元的位置沿切向和轴向无序偏移，最大偏移量为织构单元平均间隔距离的0.2～0.5倍。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述织构单元的凸起高度为所述待轧制箔材厚度的1.5～2倍。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过控制所述织构单元的凸起高度、分布密度、分度无序度以及轧制工艺，以控制轧制后的所述箔材的表面轮廓。
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