CN111139378A - 一种高强度高电导率集流体用铝箔及其制备方法 - Google Patents

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张文龙
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Abstract

本申请的发明提供一种高强度高电导率集流体用铝箔及其制备方法，本发明的锂离子电池正极集流体用铝合金箔含有Fe：0.15～0.25wt％、Cu：0.06～0.15wt％、La：0.10～0.15wt％，剩余部分为铝。本发明的锂离子电池正极集流体用铝合金箔较好地兼顾了高抗拉强度和高电导率两方面的性能。上述铝合金最终冷轧后的抗拉强度在190MPa以上，电导率在58％IACS以上。冷轧后的铝合金箔经120℃ 10小时热处理后，其抗拉强度在188MPa以上，电导率在60％IACS以上。

Description

一种高强度高电导率集流体用铝箔及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度高电导率集流体用铝箔及其制备方法，属于锂离子电池领域。
背景技术
锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪发展的理想能源。也正是因为锂电池具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等的众多优点，已经广泛应用于军事和民用小型电器中，例如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等，能够部分替代传统电池。
用于锂离子二次电池的正极集流体用铝合金箔，在卷绕时其弯曲幅度大的部分容易产生破裂等问题，制备高强度铝合金箔显得尤为重要。特别的，在实施高温的干燥工序之后，低强度的铝合金箔在后续的压力加工过程中容易产生变形，不利于活性物质与铝合金箔表面贴合紧密，在充放电过程中可能会引发活性物质脱离，将降低电池的可靠性。因而热处理后的高强度也是十分重要的。近些年，民用的移动电话或笔记本电脑等的锂离子二次电池需要更大的输出特性，需要更低的电池内阻以得到更大的电池输出电压，因而对用于电极材料的铝合金箔的导电性的要求也越来越高。
专利CN 102245788 A提供了一种具备高强度的锂离子电池正极集流体用铝合金箔及其制造方法，其冷轧态抗拉强度为200MPa～260MPa，但是该铝合金箔的电导率很低，为47.9％IACS～55.6％IACS。同时该文献未报道干燥工序的热处理对铝合金箔强度和导电率的影响。专利CN 102747251 A提供了一种具有高电导率的锂离子电池正极集流体用铝合金箔及其制造方法，其冷轧态导电率为60.9％IACS～62.0％IACS，其合金箔的导电率很高，但是抗拉强度不高，仅为175.3MPa～184.9MPa。在该文献中未报道热处理对铝合金箔强度和电导率的影响。
发明内容
本发明为了解决上述铝合金箔导电性能和机械性能不能良好综合的问题，提供了一种成分简单、可用于锂离子电池正极集流体的Al-Fe-Cu-La铝合金箔，该冷轧态铝合金箔的抗拉强度在190MPa以上，电导率在58％IACS以上。冷轧铝合金箔经120℃ 10小时热处理后，抗拉强度在188MPa以上，电导率在60％IACS以上。上述铝合金能够很好地兼顾高强度和高电导率这两方面的性能。
通过对锂离子二次电池正极集流体用铝合金箔的研究，结果发现通过控制成分在适当的范围内，可以维持高强度的同时，高的导电率也能得以维持。
本发明提供一种高强度高电导率集流体用铝箔，所述铝箔为铝合金箔，包括：Fe：0.15～0.25wt％、Cu：0.06～0.15wt％、La：0.10～0.15wt％，余下部分为铝。
所述铝合金箔为冷轧铝合金箔，抗拉强度为190MPa以上，电导率为58％IACS以上。
本发明提供一种高强度高电导率集流体用铝箔的制备方法，其制备工序为：以Al-75wt％Fe、Al-50wt％Cu、Al-20wt％La、Al锭作为原材料，在真空感应炉中熔炼后，浇注得到铝合金铸锭，之后进行均质化处理，空冷至室温后，再进行热轧、中间退火、最终经多次冷轧得到厚度为0.05～0.08mm的铝合金箔。
为了达成上述目标，本发明的技术方案如下：
锂离子电池正极集流体用铝合金箔，其特征在于：含有Fe：0.15～0.25wt％、Cu：0.06～0.15wt％、La：0.10～0.15wt％，其余为铝以及其他一些难以避免的杂质。以Al-75wt％Fe、Al-50wt％Cu、Al-20wt％La、Al锭作为原材料，在真空感应炉中熔炼后，浇注得到铝合金铸锭，之后进行均质化处理，空冷至室温后，再进行热轧、中间退火、最终经多次冷轧得到厚度为0.05～0.08mm的铝合金箔。
本发明的高强高电导率铝合金与对比例铝合金的成分对比见表1。
表1本发明铝合金与对比例铝合金成分(wt％)
Figure BDA0002373524490000021
本发明具有以下优点：
1)本发明铝合金中加入了0.1～0.15wt％稀土元素La，稀土元素La有利于铝合金综合力学性能提升，能够有效改善铝合金的加工性能，同时能够提高合金的耐蚀性，促进第二相均匀分布。
2)0.06～0.15wt％Cu元素添加，能够起到对较少Fe元素导致强度不足的补充作用，有利于铝合金强度提升。
3)120℃ 10小时的热处理不仅考虑了干燥工序的热处理过程对铝合金箔性能的影响，还进一步优化了铝合金箔的导电性能。
本发明将专利CN 102245788A和专利CN 102747251A作为对比例。专利CN102245788 A作为对比例1，该文献中提供了一种具备高强度的锂离子电池正极集流体用铝合金箔及其制造方法，但是该铝合金箔的电导率很低。专利CN 102747251A作为对比例2，该文献中提供了一种具有高电导率的锂离子电池正极集流体用铝合金箔及其制造方法，其合金箔的电导率很高，但是抗拉强度不高。在上述的文献中均未见报道干燥工序的热处理对铝合金箔强度和电导率的影响。
依据表1，本发明相比于对比例1，其铝合金成分更加简单，易于实现。其中Fe元素易与Al元素生成AlFe第二相，有利于合金强度的提高。少量的Cu元素能够进一步提高铝合金强度，同时过低添加量对强度没有贡献，过高添加量会加强铝合金的加工硬化，在轧制时容易导致铝箔的破裂。因而优选Cu含量在0.06～0.15wt％。稀土元素La有利于铝合金综合力学性能的提升，能够有效改善铝合金的加工性能，同时能够提高合金的耐蚀性，促进第二相均匀分布。
根据本发明制备的铝合金箔是一种具有高电导率同时在热处理前后的强度均高的锂离子电池正极集流体用铝合金箔。
具体实施方式
实施例一到五是对本发明的详细说明，下文中实施例仅作为示例，本发明并不限定于下文中的实施例。
实施例一
本实施方式的锂离子电池正极集流体用铝合金箔含有Fe：0.2wt％，Cu：0.06wt％，剩余部分由铝以及其他一些难以避免的杂质组成。经过真空感应炉熔炼，浇注成铝合金铸锭，均质化处理并空冷至室温，再进行热轧、中间退火、最终经多次冷轧得到厚度为0.071mm的铝合金箔。该铝合金箔冷轧态的抗拉强度为193.1MPa，电导率为60.11％IACS。冷轧态铝合金箔经120℃ 10小时热处理后的抗拉强度为189.9MPa，导电率为62.16％IACS。
实施例二
本实施方式的锂离子电池正极集流体用铝合金箔含有Fe：0.2wt％，Cu：0.06wt％，La：0.1wt％，剩余部分由铝以及其他一些难以避免的杂质组成。经过真空感应炉熔炼，浇注成铝合金铸锭，均质化处理并空冷至室温，再进行热轧、中间退火、最终经多次冷轧得到厚度为0.076mm的铝合金箔。该铝合金箔冷轧态的抗拉强度为230.1MPa，导电率为58.02％IACS。冷轧态铝合金箔经120℃ 10小时热处理后的抗拉强度为207.2MPa，电导率为60.01％IACS。
实施例三
本实施方式的锂离子电池正极集流体用铝合金箔含有Fe：0.2wt％，Cu：0.06wt％，La：0.15wt％，剩余部分由铝以及其他一些难以避免的杂质组成。经过真空感应炉熔炼，浇注成铝合金铸锭，均质化处理并空冷至室温，再进行热轧、中间退火、最终经多次冷轧得到厚度为0.07mm的铝合金箔。该铝合金箔冷轧态的抗拉强度为212.1MPa，电导率为58.79％IACS。冷轧态铝合金箔经120℃ 10小时热处理后的抗拉强度为198.7MPa，电导率为60.79％IACS。
实施例四
本实施方式的锂离子电池正极集流体用铝合金箔含有Fe：0.2wt％，Cu：0.15wt％，剩余部分由铝以及其他一些难以避免的杂质组成。经过真空感应炉熔炼，浇注成铝合金铸锭，均质化处理并空冷至室温，再进行热轧、中间退火、最终经多次冷轧得到厚度为0.065mm的铝合金箔。该铝合金箔冷轧态的抗拉强度为196.2MPa，导电率为60.22％IACS。冷轧态铝合金箔经120℃ 10小时热处理后的抗拉强度为189.3MPa，电导率为62.67％IACS。
实施例五
本实施方式的锂离子电池正极集流体用铝合金箔含有Fe：0.2wt％，Cu：0.15wt％，La：0.15wt％，剩余部分由铝以及其他一些难以避免的杂质组成。经过真空感应炉熔炼，浇注成铝合金铸锭，均质化处理并空冷至室温，再进行热轧、中间退火、最终经多次冷轧得到厚度为0.077mm的铝合金箔。该铝合金箔冷轧态的抗拉强度为217.4MPa，电导率为59.62％IACS。冷轧态铝合金箔经120℃ 10小时热处理后的抗拉强度为202.7MPa，电导率为62.22％IACS。
上述五个实施例铝合金箔与两个对比例铝合金箔的强度和电导率如表2。
表2实施例与对比例铝合金箔的强度和电导率
Figure BDA0002373524490000051
本发明通过采用合理的成分设计使得上述实施例中的铝合金箔在强度和导电性能两方面都有很好的表现。适量Fe和Cu元素的添加能够促进AlFe第二相和AlCu第二相的形成，有利于铝合金强度的提高。适量添加稀土元素La有利于铝合金综合力学性能提升，能够有效改善铝合金的加工性能，同时能够提高合金的耐蚀性，促进第二相均匀分布。
基于上述五个实施例对本发明进行了说明，上述实施例仅作为示例，本发明并不限定于上文中的实施例。在不脱离本发明宗旨范围内可以进行各种变更，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高强度高电导率集流体用铝箔，所述铝箔为铝合金箔，其特征在于，包括：Fe：0.15～0.25wt％、Cu：0.06～0.15wt％、La：0.10～0.15wt％，余下部分为铝。
2.根据权利要求1所述高强度高电导率集流体用铝箔，其特征在于：所述铝合金箔为冷轧铝合金箔，抗拉强度为190MPa以上，电导率为58％IACS以上。
3.根据权利要求1或2中所述的高强度高电导率集流体用铝箔的制备方法，其制备工序为：以Al-75wt％Fe、Al-50wt％Cu、Al-20wt％La、Al锭作为原材料，在真空感应炉中熔炼后，浇注得到铝合金铸锭，之后进行均质化处理，空冷至室温后，再进行热轧、中间退火、最终经多次冷轧得到厚度为0.05～0.08mm的铝合金箔。
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