CN110743912B - 一种动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法 - Google Patents

一种动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法，动力锂电池用铜铝复合材料包括铜层和铝层，铜层和铝层之间通过锡层过渡。本发明的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法是由镀锡层的铜板带毛坯的镀锡层面向1系铝板带，与1系铝板带热轧复合，热处理，多次加工破碎使得铜层和铝层的中间层形成锡的共晶层，最终得到铜铝复合材料，剥离强度≥12N/mm，动力锂电池用铜铝复合材料中铜复层厚度比≥20%，抗拉强度达到100~110MPa，延伸率≥15%，适用于制备动力锂电池的电极板过渡连接和PACK连接。

Description

一种动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法
技术领域
本申请涉及新材料技术领域，具体涉及一种动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法。
背景技术
铜铝复合板带是一种以铝板带为基体，在铝基体上复合铜层而形成的复合金属板，不仅具有铝的高导电性能和低成本的优点，而且具有铜的高导热、接触电阻较低和外表美观等特点。铜铝复合板带代替铜板带、镀铜铝板带广泛应用于电子、电力、通讯、新能源等领域，同时可以用于动力锂离子电池电极材料的连接，产生显著的经济效益，对国民经济可持续发展具有重要的社会效益，这也是当前金属新材料的发展方向和研究热点。
目前，采用液-固复合法制备得到铜铝复合材料，存在铜层厚度受到限制，只能生产铜复层厚度比为8％～20％的铜复合板带的问题；同时在热加工过程中铜板带容易氧化变色，甚至在热处理过程中铜铝界面易生成脆性金属间化合物，造成较低的界面结合强度。固-固复合法制备得到的铜铝复合材料存在工艺复杂，生产成本高的问题，同时铜铝复合材料存在铜层与铝层之间的剥离强度低，且力学性能差。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种动力锂电池用铜铝复合材料，以解决铜材热轧复合易氧化的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种动力锂电池用铜铝复合材料，以解决现有铜铝复合板带的铜层和铝层之间的剥离强度低，铜铝复合板带抗拉强度低、延伸率低的问题。
本发明的第三个目的在于提供一种动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法，以解决现有铜铝复合材料的制备方法工艺复杂，生产成本高的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种动力锂电池用铜铝复合材料，包括铜层和铝层，所述铜层和铝层之间通过锡层过渡。
本发明的动力锂电池用铜铝复合材料，铜材采用任意牌号的铜，铝板带为1系铝材。铜层和铝层之间的锡层，在热轧复合时起到预防铜表面氧化变色的作用，后续多次加工破碎使得铜层和铝层的中间层形成锡的共晶层，有效地阻碍铜铝界面生成脆性且导电性差的金属间化合物，使得铜层和铝层之间的剥离强度增加，剥离强度≥12N/mm，动力锂电池用铜铝复合材料抗拉强度达到100～110MPa，延伸率≥15％。该动力锂电池用铜铝复合材料适用于制备动力锂电池包、手机散热器，具有比重小、更好柔韧性、导电性、焊接性，性价比高的优点，动力锂电池用铜铝复合材料产品可进行折弯、钻孔、深冲等各种加工。
优选的，所述锡层的厚度为1～20μm。
优选的，动力锂电池用铜铝复合材料中铜复层厚度比≥20％。
一种动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铜板带的一侧或两侧表面镀锡，得到具有镀锡层的铜板带毛坯；
(2)将具有镀锡层的铜板带毛坯的镀锡层面向1系铝板带，与1系铝板带热轧复合，热处理，得到动力锂电池用铜铝复合材料。
本发明的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法，首先在铜板带的一侧或两侧表面镀锡，得到具有镀锡层的铜板带毛坯；然后将具有镀锡层的铜板带毛坯的镀锡层面向1系铝板带，与1系铝板带热轧复合，热处理，即得到动力锂电池用铜铝复合材料。由此可见，本发明的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法简化了生产工艺，节能环保，降低了生产成本，适用于各种牌号的铜板带和1系铝板带的复合，且制备得到的动力锂电池用铜铝复合材料的铜层和铝层之间具有良好的冶金复合，复合率达到100％，动力锂电池用铜铝复合材料中铜复层厚度比≥20％，动力锂电池用铜铝复合材料的铜层和铝层之间的剥离强度、抗拉强度、延伸率均得到了提高。热轧复合时，镀锡层起到预防铜表面氧化变色的作用，多次加工破碎使得铜层和铝层的中间层形成锡的共晶层，同时在热处理过程中有效地阻碍铜铝界面生成脆性且导电性差的金属间化合物，提高了铜铝复合材料的界面结合和导电性能。
为进一步提高铜层防氧化、去氧化效果，优选的，步骤(1)中所述镀锡为电镀锡，且锡层的厚度为1～20μm。
为进一步提高轧制复合效率，优选的，步骤(2)中热轧复合的温度为250℃～450℃，热轧复合的第一道次加工率≥50％。
为进一步提高铜铝界面结合强度，优选的，步骤(2)中热处理为退火处理，退火处理的温度为200℃～400℃，退火处理的时间为4h～8h。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
以下实施例中，铜板带、铝板带、热轧复合、退火等设备和原料均可通过市售常规渠道获得。铜板带为任意牌号的铜板带，例如T2铜板带。铝板带为1系1060铝板带。
热轧复合为1～2个道次加工，热轧复合的总变形量≥50％。优选控制热轧复合的第一道次加工率。
在电镀锡之前，还可以对铜板进行预处理以使得铜板脱脂、去氧化。对铜板进行预处理包括对铜板带进行碱洗、酸洗、电解活化、氢气加热还原处理等。碱洗可采用的溶液为质量分数10％～20％的NaOH溶液。酸洗可采用的溶液为质量分数15％～30％的H2SO4溶液。电解活化为在酸洗的同时，以铜板带为阳极，槽体为阴极，加载0.3V～6V电压，对铜板带进行电解活化。
本发明的动力锂电池用铜铝复合材料的实施例1
本实施例的动力锂电池用铜铝复合材料，依次由铜层、锡层和铝层三层复合，锡层的厚度为8μm。
本发明的动力锂电池用铜铝复合材料的实施例2
本实施例的动力锂电池用铜铝复合材料，依次由铜层、锡层、铝层、锡层和铜层五层复合，各锡层的厚度均为5μm。
本发明的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法实施例3
本实施例的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将2.0mm厚的T2铜板带的一侧表面电镀锡，得到具有镀锡层的铜板带毛坯，镀锡层的厚度为1μm；电镀锡的镀锡液含有质量分数为5％的氨基磺酸锡、1％硫酸、2％AlCl3和5％磷酸三钠，溶剂为水；电镀锡的温度为280℃，电压为380V，电流为500A，电流密度为2.5A/dm2；
(2)将具有镀锡层的铜板带毛坯的镀锡层面向铝板带，与0.2mm厚的1060铝板带热轧复合，退火热处理，得到总厚度为1.3mm厚的动力锂电池用铜铝复合材料；热轧复合的温度为250℃，热轧复合的轧制速度为10m/min，热轧复合的第一道次加工率为50％；退火处理的温度为400℃，退火处理的时间为4h。
本发明的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法实施例4
本实施例的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将2.0mm厚的T2铜板带的一侧表面电镀锡，得到具有镀锡层的铜板带毛坯，镀锡层的厚度为10μm；电镀锡的镀锡液含有质量分数为10％的氨基磺酸锡、3％硫酸、1.5％AlCl3和6％磷酸三钠，溶剂为水；电镀锡的温度为300℃，电压为380V，电流为600A，电流密度为3.0A/dm2；
(2)将具有镀锡层的铜板带毛坯的镀锡层面向铝板带，与0.6mm厚的1060铝板带热轧复合，退火热处理，得到总厚度为1.56mm厚的动力锂电池用铜铝复合材料；热轧复合的温度为400℃，热轧复合的轧制速度为10m/min，热轧复合的第一道次加工率为60％；退火处理的温度为350℃，退火处理的时间为4.5h。
本发明的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法实施例5
本实施例的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将2.5mm厚的T2铜板带的一侧表面电镀锡，得到具有镀锡层的铜板带毛坯，镀锡层的厚度为20μm；电镀锡的镀锡液含有质量分数为15％的氨基磺酸锡、3％硫酸、0.5％AlCl3和7％磷酸三钠，溶剂为水；电镀锡的温度为320℃，电压为380V，电流为1000A，电流密度为4.5A/dm2；
(2)将具有镀锡层的铜板带毛坯的镀锡层面向铝板带，与3.0mm厚的1060铝板带热轧复合，退火热处理，得到总厚度为2.5mm厚的动力锂电池用铜铝复合材料；热轧复合的温度为320℃，热轧复合的轧制速度为10m/min，热轧复合的第一道次加工率为55％；退火处理的温度为200℃，退火处理的时间为8h。
本发明的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法实施例6
本实施例的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将3.0mm厚的T2铜板带的一侧表面电镀锡，得到具有镀锡层的铜板带毛坯，镀锡层的厚度为5μm；电镀锡的镀锡液含有质量分数为12％的氨基磺酸锡、2％硫酸、1.8％AlCl3和6.5％磷酸三钠，溶剂为水；电镀锡的温度为290℃，电压为380V，电流为800A，电流密度为4.0A/dm2；
(2)将具有镀锡层的铜板带毛坯的镀锡层面向铝板带，与2.8mm厚的1060铝板带热轧复合，退火热处理，得到总厚度为2.6mm厚的动力锂电池用铜铝复合材料；热轧复合的温度为400℃，热轧复合的轧制速度为10m/min，热轧复合的第一道次加工率为55％；退火处理的温度为300℃，退火处理的时间为6h。
试验例：
本发明动力锂电池延伸率和抗拉强度按照国家标准GB/T228.1-2010进行测试，剥离强度按照GJB446的规定进行测试。复合率指铜铝复合装饰材料中铝板基层和铜板复层之间呈冶金结合状态的面积占总面积的百分率，按GB/T8165-2008中附录A超声波探伤方法进行。本发明动力锂电池用铜铝复合材料实施例1-2中的动力锂电池用铜铝复合材料及本发明动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法实施例3-6中制备得到的动力锂电池用铜铝复合材料中铜复层厚度比、复合率、延伸率、抗拉强度、剥离强度如表1所示。
表1：实施例1-6中铜铝复合板带中铜复层厚度比、复合率、延伸率、剥离强度、抗拉强度
Figure BDA0002241533460000051
结果显示：本发明的动力锂电池用铜铝复合材料，铜层和铝层之间的剥离强度增加，铜铝复合材料中铜复层厚度比≥20％，复合率达到100％，剥离强度≥12N/mm以上，铜铝复合材料抗拉强度达到100～110MPa，延伸率≥15％。该铜铝复合板带适用于制备新能源锂电池的电极板过渡连接和PACK连接。

Claims (2)

1.一种动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铜板带的一侧或两侧表面镀锡，得到具有镀锡层的铜板带毛坯；
（2）将具有镀锡层的铜板带毛坯的镀锡层面向1系铝板带，与1系铝板带热轧复合，热处理，得到动力锂电池用铜铝复合材料；
其中，步骤（1）中所述镀锡为电镀锡；
所述电镀锡的镀锡液由以下组分组成：质量分数为5%的氨基磺酸锡、1%的硫酸、2%的AlCl3、5%的磷酸三钠，溶剂为水；电镀锡的温度为280℃，电压为380V，电流为500A，电流密度为2.5A/dm2；
或者，所述电镀锡的镀锡液由以下组分组成：质量分数为10%的氨基磺酸锡、3%的硫酸、1.5%的AlCl3、6%的磷酸三钠，溶剂为水；电镀锡的温度为300℃，电压为380V，电流为600A，电流密度为3.0A/dm2；
或者，所述电镀锡的镀锡液由以下组分组成：质量分数为15%的氨基磺酸锡、3%的硫酸、0.5%的AlCl3、7%的磷酸三钠，溶剂为水；电镀锡的温度为320℃，电压为380V，电流为1000A，电流密度为4.5A/dm2；
或者，所述电镀锡的镀锡液由以下组分组成：质量分数为12%的氨基磺酸锡、2%的硫酸、1.8%的AlCl3、6.5%的磷酸三钠，溶剂为水；电镀锡的温度为290℃，电压为380V，电流为800A，电流密度为4.0A/dm2；
步骤（2）中，热轧复合的温度为250℃~450℃，热轧复合的第一道次加工率≥50%；热处理为退火处理，退火处理的温度为200℃~400℃，退火处理的时间为4h~8h；
所述动力锂电池用铜铝复合材料包括铜层和铝层，所述铜层和铝层之间通过锡层过渡；动力锂电池用铜铝复合材料中铜复层厚度比≥20%，复合率为100%，剥离强度≥12N/mm，抗拉强度为100～110MPa，延伸率≥15%；所述动力锂电池用铜铝复合材料用于新能源锂电池的电极板过渡连接或PACK连接。
2.一种动力锂电池用铜铝复合材料，其特征在于，采用如权利要求1所述的动力锂电池用铜铝复合材料的制备方法制备得到。
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