CN110129623B - 一种稀土铝合金箔及其制备方法和应用 - Google Patents

一种稀土铝合金箔及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稀土铝合金箔及其制备方法和应用。该合金按重量百分比包括铁0.15～0.40％、硅0.01～0.06％、镍0.3～0.6％、硼0.01～0.12％、重稀土0.01～0.05％，其余为铝。其制备方法主要是选配铝锭、熔炼，再进行硼化、精炼等处理，最后浇铸成锭、轧制成厚度为0.06～0.10mm、抗拉强度>250Mpa、导电率>34％的铝箔。利用该铝箔生产的电极，可继续使用传统的电池工艺组装；在电池运行过程中，降低电阻损耗，节省提高电池效率，减少电池工作过程的发热问题，提高电池安全性。

Description

一种稀土铝合金箔及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种稀土铝合金箔及其制备方法和应用，属于铝箔材领域。
背景技术
锂电池作为一种环保的储能充电电池，凭借其储能密度高、电特性稳定、寿命长等特点尤为受到重视；而铝电极箔作为锂电池重要的组成部分，不仅要求提高其强度，保证组装过程中电极的不被破坏，还需尽可能得提高其导电率，成为了一项亟待改善的项目。
近年来，新能源动力电池产业飞速发展，对铝电极箔性能要求越来越高。为了提高电极中电极材料所占比例，提高电池能量密度，铝电极箔厚度已降至15μm以下，为保障组装压实过程电极的完整性，材料强度要求攀升至>200MPa，并要求其导电率>34％IACS。在工业纯铝中Fe、Si、O等杂质元素的固溶显著增大铝箔材的电阻率，如何同时满足铝合金材料高强度高导电这一对矛盾，成为世界性技术难题。
本发明利用重稀土元素在铝基体中超低的固溶度，及与Fe、Si、O等杂质元素超强的成相析出能力，促进杂质元素的深脱溶，降低其对导电性能的损害，以达到满足铝合金材料高强度高导电的性能要求。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种稀土铝合金箔及其制备方法和应用，该稀土铝合金箔具有高强度、高导电率，工艺宽容性更好；本发明的另一目的是提供该稀土铝合金箔的制备方法和应用。
技术方案：本发明提供了一种稀土铝合金箔，该稀土铝合金箔按重量百分比包含以下组分：
Figure BDA0002041035420000011
其余为铝。
其中：
所述的稀土铝合金箔的厚度为0.06～0.10mm，具有高强度高导电率，其抗拉强度>250Mpa，导电率>34％。
本发明还提供了一种稀土铝合金箔的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)按照比例称取工业纯铝锭、铝铁合金、铝镍合金、速溶硅进行熔炼，各原料熔化后搅拌、净化精炼、静置铝熔体，并清理表面熔渣得到合金液Ⅰ；
2)按比例在合金液中Ⅰ加入铝硼合金和精炼剂，搅拌、静置、净化铝熔体，清理表面铝渣得到合金液Ⅱ；
3)按比例往合金液Ⅱ中添加铝-重稀土中间合金，搅拌、静置、净化铝熔体，清理表面铝渣得到合金液Ⅲ；
4)将合金液Ⅲ浇铸成锭，冷却至室温，将其轧制成铝箔。
其中：
所述铝铁合金中含铁19～21wt％、铝镍合金中含镍9.5～10.5wt％、速溶硅的纯度为94.5～95.5wt％、铝硼合金中硼含量为1.8～2.2wt％。
步骤1)中所述的熔炼过程的温度为720℃～760℃。
步骤2)所述的精炼剂加入量为合金液Ⅰ质量的0.1％～0.3％，其按照质量百分数包括以下组分：15～25％的氯化钠、30～40％的氯化钾、5～12％的六氯甲烷、3～7％的氟硼酸钾、12～16％的氟铝酸钠和10～20％的木炭粉。
步骤2)制备得到合金液Ⅱ和步骤3)制备得到合金液Ⅲ的过程中，合金溶液的温度恒定在720～760℃。
步骤3)所述的铝-重稀土中间合金中重稀土含量为1.8～2.2wt％，重稀土包括钆、镱、铒等。
步骤2)和步骤3)所述的所述的搅拌、静置、净化铝熔体中，搅拌的过程均采用吹入氮气或惰性气体的方式进行搅拌，搅拌时长为2～3min，静置3～10min。
所述步骤4)所述的将合金液Ⅲ浇铸成锭中，采用铁模将铝液浇铸成铝锭。
所述步骤4)所述的铝箔的厚度为0.06～0.10mm。
本发明还提供了一种稀土铝合金箔的应用，该稀土铝合金箔应用于生产电池的电极。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、重稀土元素在铝中仅有极低的固溶度，且与Si、Fe、O等杂质元素具有极强的成相能力，本发明通过重稀土元素的微合金化，可有效降低Fe、Si、O等杂质元素在铝中的固溶度，析出成相，不仅降低其对导电率的损害，还可起到析出强化作用,在保证强化效果的前提下，减小对硬铝导线导电率的影响；
2、本发明严格控制Fe、Si含量及其比例，并经过硼化、精炼、稀土微合金化等工艺处理，可制得抗拉强度>250Mpa、导电率>34％IACS的锂电池集电箔用合金铝箔；
3、利用本发明提供的铝箔生产的电极，可继续使用传统的电池工艺组装；在电池运行过程中，降低电阻损耗，节省提高电池效率，减少电池工作过程的发热问题，提高电池安全性。
具体实施方式
为进一步说明本发明的内容，现结合实施方式对本发明作详细描述。
施例1：
一种稀土铝合金箔，按重量百分比包含以下组分：
Figure BDA0002041035420000031
其余为铝。
其制备方法如下：
1)选配2千克工业纯铝锭、22.61克铝铁合金(含铁20.0wt％)、1.50克速溶硅(纯度为95wt％)、71.34克铝镍合金(含镍10wt％)，在井式炉中进行熔化(烧损率以10％计算)，熔炼温度720℃，在碳化硅石墨坩埚中静置、清理表面熔渣得到合金液Ⅰ；
2)向合金液Ⅰ加入12.53克铝硼合金(硼含量为1.8wt％，烧损率以5％计算)、6.45克的精炼剂(包括以下组分：20％的氯化钠、37％的氯化钾、8％的六氯甲烷、5％的氟硼酸钾、13％的氟铝酸钠和17％的木炭粉)，然后吹入氮气搅拌3min、静置8min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅱ，过程中保持铝液温度725℃；
3)向合金液Ⅱ加入48.70克铝-重稀土中间合金(重稀土含量为2.2wt％)，吹入氮气搅拌2min、静置3min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅲ；取样采用直读光谱分析合金液Ⅲ中的硅元素含量为0.06％、铁元素含量0.19％、镍元素含量0.3％、硼元素含量0.01％、重稀土元素含量0.05％；
4)静置4min后，将合金液Ⅲ采用铁模浇铸成铝锭，冷却至室温后，铣面、采用冷轧机道次压缩率为25％，轧制成0.08mm厚铝箔。
检测该铝箔导电性能和机械性能，其电阻率为2.875×10-8Ω·m，导电率为34.79％IACS，延伸率为2.08％，抗拉强度256MPa。
实施例2：
一种稀土铝合金箔，按重量百分比包含以下组分：
Figure BDA0002041035420000041
其余为铝。
其制备方法如下：
1)选配2千克工业纯铝锭、18.51克铝铁合金(含铁20.0wt％)、0.5克速溶硅(纯度为95wt％)、148.14克铝镍合金(含镍10wt％)，在井式炉中进行熔化(烧损率以10％计算)，熔炼温度730℃，在刚玉坩埚中静置、清理表面熔渣得到合金液Ⅰ；
2)向合金液Ⅰ加入64.97克铝硼合金(硼含量为2.2wt％，烧损率以5％计算)、6.45克的精炼剂(包括以下组分：20％的氯化钠、37％的氯化钾、8％的六氯甲烷、5％的氟硼酸钾、13％的氟铝酸钠和17％的木炭粉)，然后吹入氮气搅拌3min、静置10min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅱ，过程中保持铝液温度745℃；
3)向合金液Ⅱ加入10.10克铝-重稀土中间合金(重稀土含量为1.8wt％)，吹入氮气搅拌2min、静置10min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅲ；取样采用直读光谱分析合金液Ⅲ中的硅元素含量0.02％，铁元素含量0.15％，镍含量0.6％，硼元素含量0.05％，重稀土元素含量0.01％；
4)静置5min后，将合金液Ⅲ采用铁模浇铸成铝锭，冷却至室温后，铣面、采用冷轧机道次压缩率为20％，轧制成0.1mm厚铝箔。
检测该铝箔导电性能和机械性能，其电阻率为2.842×10-8Ω·m，导电率为35.19％IACS，延伸率为3.01％，抗拉强度251MPa。
实施例3：
一种稀土铝合金箔，按重量百分比包含以下组分：
Figure BDA0002041035420000051
其余为铝。
其制备方法如下：
1)选配2千克工业纯铝锭、38.09克铝铁合金(含铁20.0wt％)、1.2克速溶硅(纯度为95wt％)、127.02克铝镍合金(含镍10wt％)，在井式炉中进行熔化(烧损率以10％计算)，熔炼温度760℃，在刚玉坩埚中静置、清理表面熔渣得到合金液Ⅰ；
2)向合金液Ⅰ加入133.70克铝硼合金(硼含量为2.0wt％，烧损率以5％计算)、6.50克的精炼剂(包括以下组分：20％的氯化钠、37％的氯化钾、8％的六氯甲烷、5％的氟硼酸钾、13％的氟铝酸钠和17％的木炭粉)，然后吹入氮气搅拌2min、静置5min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅱ，过程中保持铝液温度760℃；
3)向合金液Ⅱ加入10.40克铝-重稀土中间合金(重稀土含量为1.9wt％)，吹入氮气搅拌3min、静置5min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅲ；取样采用直读光谱分析合金液Ⅲ中的硅元素含量0.045％，铁元素含量0.30％，镍元素含量0.50％，硼元素含量0.10％，重稀土元素含量0.01％；
4)静置5min后，将合金液Ⅲ采用铁模浇铸成铝锭，冷却至室温后，铣面，采用冷轧机道次压缩率为20％，轧制成0.1mm厚铝箔。
检测该铝箔导电性能和机械性能，其电阻率为2.887×10-8Ω·m，导电率为34.63％IACS，延伸率为2.50％，抗拉强度260MPa。
实施例4：
一种稀土铝合金箔，按重量百分比包含以下组分：
Figure BDA0002041035420000061
其余为铝。
其制备方法如下：
1)选配2千克工业纯铝锭、52.33克铝铁合金(含铁20.0wt％)、0.40克速溶硅(纯度为95wt％)、157.08克铝镍合金(含镍10wt％)，在井式炉中进行熔化(烧损率以10％计算)，熔炼温度760℃，在刚玉坩埚中静置、清理表面熔渣得到合金液Ⅰ；
2)向合金液Ⅰ加入165.40克铝硼合金(硼含量为2.0wt％，烧损率以5％计算)、7.20克的精炼剂(包括以下组分：20％的氯化钠、37％的氯化钾、8％的六氯甲烷、5％的氟硼酸钾、13％的氟铝酸钠和17％的木炭粉)，然后吹入氮气搅拌2.5min、静置3min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅱ，过程中保持铝液温度760℃；
3)向合金液Ⅱ加入10.70克铝-重稀土中间合金(重稀土含量为1.9wt％)，吹入氮气搅拌2.5min、静置5min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅲ；取样采用直读光谱分析合金液Ⅲ中的硅元素含量0.01％，铁元素含量0.4％，镍元素含量0.60％，硼元素含量0.12％，重稀土元素含量0.01％；
4)静置5min后，将合金液Ⅲ采用铁模浇铸成铝锭，冷却至室温后，铣面，采用冷轧机道次压缩率为20％，轧制成0.1mm厚铝箔。
检测该铝箔导电性能和机械性能，其电阻率为2.867×10-8Ω·m，导电率为34.83％IACS，延伸率为2.56％，抗拉强度262MPa。
实施例5：
一种稀土铝合金箔，按重量百分比包含以下组分：
Figure BDA0002041035420000071
其余为铝。
其制备方法如下：
1)选配2千克工业纯铝锭、44.50克铝铁合金(含铁20.0wt％)、1.20克速溶硅(纯度为95wt％)、101.73克铝镍合金(含镍10wt％)，在井式炉中进行熔化(烧损率以10％计算)，熔炼温度760℃，在刚玉坩埚中静置、清理表面熔渣得到合金液Ⅰ；
2)向合金液Ⅰ加入133.87克铝硼合金(硼含量为2.0wt％，烧损率以5％计算)、7克的精炼剂(包括以下组分：20％的氯化钠、37％的氯化钾、8％的六氯甲烷、5％的氟硼酸钾、13％的氟铝酸钠和17％的木炭粉)，然后吹入氮气搅拌3min、静置8min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅱ，过程中保持铝液温度750℃；
3)向合金液Ⅱ加入31.22克铝-重稀土中间合金(重稀土含量为1.9％)，吹入氮气搅拌2min、静置5min后，清理表面铝渣得到合金液Ⅲ；取样采用直读光谱分析合金液Ⅲ中的硅元素含量0.045％，铁元素含量0.35％，镍元素含量0.40％，硼元素含量0.10％，重稀土元素含量0.03％；
4)静置5min后，将合金液Ⅲ采用铁模浇铸成铝锭，冷却至室温后，铣面，采用冷轧机道次压缩率为20％，轧制成0.1mm厚铝箔。
检测该铝箔导电性能和机械性能，其电阻率为2.856×10-8Ω·m，导电率为34.72％IACS，延伸率为2.25％，抗拉强度270MPa。

Claims (5)

1.一种稀土铝合金箔，其特征在于：该稀土铝合金箔按重量百分比包含以下组分：
铁 0.15～0.40%，
硅 0.01～0.06%，
镍 0.3～0.6%，
硼 0.01～0.12％，
重稀土 0.01～0.05％，
其余为铝；
所述的稀土铝合金箔的厚度为0.06～0.10mm，具有高强度高导电率，其抗拉强度>250MPa，导电率>34％IACS。
2.一种如权利要求1所述的稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1）按照比例称取工业纯铝锭、铝铁合金、铝镍合金、速熔硅进行熔炼，各原料熔化后搅拌、净化精炼、静置铝熔体，并清理表面熔渣得到合金液Ⅰ；
2）按比例在合金液中Ⅰ加入铝硼合金和精炼剂，搅拌、静置、净化铝熔体，清理表面铝渣得到合金液Ⅱ；
3）按比例往合金液Ⅱ中添加铝-重稀土中间合金，搅拌、静置、净化铝熔体，清理表面铝渣得到合金液Ⅲ；
4）将合金液Ⅲ浇铸成锭，冷却至室温，将其轧制成铝箔；
其中，
步骤1)中所述的熔炼过程的温度为720℃～760℃；步骤2) 制备得到合金液Ⅱ和步骤3）制备得到合金液Ⅲ的过程中，合金熔液的温度恒定在720～760℃；
步骤2）所述的精炼剂加入量为合金液Ⅰ质量的0.1%～0.3%，其按照质量百分数包括以下组分：15～25%的氯化钠、30～40%的氯化钾、5～12% 的六氯甲烷、3～7% 的氟硼酸钾、12～16%的氟铝酸钠和10～20%的木炭粉；
步骤2）和步骤3）所述的搅拌、静置、净化铝熔体中，搅拌的过程均采用吹入氮气或惰性气体的方式进行搅拌，搅拌时长为2～3min，静置3～10min；
所述步骤4）所述的将合金液Ⅲ浇铸成锭中，采用铁模将铝液浇铸成铝锭；所述的铝箔的厚度为0.06～0.10mm。
3.如权利要求2所述的一种稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于：所述铝铁合金中含铁19～21wt%、铝镍合金中含镍9.5～10.5 wt%、速熔硅的纯度为94.5～95.5wt%、铝硼合金中硼含量为1.8～2.2wt％。
4.如权利要求2所述的一种稀土铝合金箔的制备方法，其特征在于：步骤3）所述的铝-重稀土中间合金中重稀土含量为1.8～2.2wt%。
5.一种如权利要求1所述的稀土铝合金箔的应用，其特征在于：该稀土铝合金箔应用于生产电池的电极。
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