CN111349824B - 一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔，其组分质量比为0.7‑0.9%铁，0.5‑0.7%硅，0.02‑0.05%铜，0.03‑0.05%钛，余量为铝，其中铁、硅质量比为1‑1.8:1。其制备方法包括：铸轧坯料成分控制、铸轧卷工艺处理、开坯加工及中间热处理、冷轧成品、箔轧及双合轧制、分切及成品退火。本发明提供的锂电池极耳用超薄单面光铝箔及其制备方法，利用铝箔单面光轧制技术，制备厚度为0.02‑0.04mm的单面光铝箔，对极耳材料厚度进行了大幅度减薄，相比常规极耳用铝箔厚度减薄了73‑86%；采用铸轧‑冷轧工艺流程，控制铸轧板坯中心层偏析和中间退火控制第二相分布及晶粒尺寸控制技术，获得具备优异力学性能的电池极耳铝带材料，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔及其制备方法，属于铝箔材料制备技术领域。
背景技术
随着国家对新能源锂电池能力密度要求越来越高，电池厂家对极耳材料的要求也随之提高，在极耳材料的抗拉性能不变的前提下，要求将极耳材料厚度降低。目前国内数码锂电池极耳铝箔常规厚度为0.15mm左右，满足不了未来新能源电池的发展要求，因此，亟需开发一种超薄电池极耳材料来填补目前的市场需求。
发明内容
目的：为了克服现有技术中锂电池极耳厚度太厚的问题，本发明提供一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔及其制备方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔，各组分质量百分比如下：0.7-0.9%铁，0.5-0.7%硅，0.02-0.05%铜，0.03-0.05%钛，余量为铝；所述铁、硅质量比为1-1.8:1。
一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，包括如下步骤，
（1）铸轧卷处理：按所述各组分质量百分比配置铸轧坯料，铸轧坯料混合后加入熔炼炉中得到熔体，熔体转移至除气装置消除熔体中的氢气，然后进入铸轧区铸轧得到无中心层偏析的铸轧卷；
（2）开坯加工及中间热处理：将步骤（1）中的铸轧卷转移至冷轧机开坯，轧制三个道次，然后送入退火炉中进行热处理加工，得到铝卷半成品；
（3）冷轧成品：将步骤（2）中的铝卷半成品通过冷轧机轧制成铝卷，并由纵剪机进行切边精整工序，精整过程中检查板面质量，得到冷轧成品铝卷；
（4）箔轧及双合轧制：将步骤（3）中得到的成品铝卷转至铝箔轧机，粗轧两个道次，再转到成品铝箔轧机进行精轧；用两个开卷机展开两张所述铝箔轧机轧制的铝箔，中间喷洒双合油，合在一起后进行铝箔精轧，得到上下张无暗面亮点的极耳用超薄单面光铝箔成品；
（5）分切及成品退火：将成品分切成所需规格，放置在退火料架上进行退火处理。
进一步地，所述步骤（1）中熔炼炉熔炼温度为730-740℃，熔炼时进行搅拌并向熔炼炉中通入打渣剂和精炼剂处理熔体。
进一步地，所述步骤（1）中铸轧区长度40-45mm，铸轧速度为680-750mm/min，所得铸轧卷厚度为5.0-6.3mm。
进一步地，所述步骤（2）中，三个道次的总加工率为70%-80%，轧制三个道次后铸轧卷厚度为1.2-1.6mm。
进一步地，所述步骤（2）中，热处理过程为：退火炉的炉气温度以30℃/h-60℃/h的加热速率升温到240℃保温4h后，再以80℃/h-100℃/h的加热速度升温到500℃-550℃，保温12-16h，再以50℃/h的降温速率降温，3-5h后冷却出炉，加急风冷。
进一步地，所述步骤（3）中，冷轧机工作辊粗糙度Ra0.3-0.4μm，轧制速度450-500m/min，所得冷轧成品铝卷的厚度为0.2-0.3mm。
进一步地，所述步骤（4）中，箔轧机的工作辊粗糙度Ra0.14-0.17μm，轧制力160-180吨，轧制速度550-650m/min，箔轧过程铝卷厚度变化为0.2-0.3mm→0.095-0.16mm→0.044-0.08mm。
进一步地，所述步骤（4）中获得的极耳用超薄单面光铝箔成品的厚度为0.02-0.04mm。
进一步地，所述步骤（5）中的退火操作过程为：以25℃/h升温速率升温到230-250℃，保温15-20h，然后以20℃/h的降温速率降温至200℃，保温10-15h，冷却出炉。
有益效果：本发明提供的一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔及其制备方法，利用铝箔单面光轧制技术，制备厚度为0.02-0.04mm的单面光铝箔，对极耳材料厚度进行了大幅度减薄，相比常规极耳用铝箔厚度减薄了73-86%；采用铸轧-冷轧工艺流程，控制铸轧板坯中心层偏析和中间退火控制第二相分布及晶粒尺寸控制技术，获得具备优异力学性能的电池极耳铝带材料，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例一中步骤（2）中间热处理后铝板的第二相中心层偏析分布图；
图2为实施例二中步骤（2）中间热处理后铝板的第二相中心层偏析分布图。
图3为实施例三中步骤（2）中间热处理后铝板的第二相中心层偏析分布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例一
一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，包括如下步骤：
（1）铸轧坯料准备及铸轧卷处理；
按如下质量百分比准备铸轧坯料：0.75%铁，0.65%硅，0.025%铜，0.035%钛，余量为铝；其中铁、硅质量比为1.15:1；所述铸轧坯料配置好后加入熔炼炉中，在733℃温度下进行熔炼，同时进行搅拌并通入打渣剂和精炼剂处理得到质量合格的熔体；随后将熔体转移至除气装置消除熔体中存在的氢气，在长度42mm、铸轧速度725mm/min的铸轧区铸轧得到无中心层偏析、板厚在6.0mm的铸轧卷。
（2）开坯加工及中间热处理；
将前述铸轧卷转运至冷轧机开坯，轧制三个道次，总加工率控制在75%，厚度在1.5mm，然后送至退火炉中进行热处理加工，得到铝卷半成品；退火炉的炉气温度以40℃/h的加热速率升温到240℃保温4h后，再以85℃/h的加热速度升温到525℃，保温15h，再以50℃/h的降温速率降温，3.5h后冷却出炉，加急风冷。通过金相方法检查铝板中心层无偏析，第二相粒子尺寸细小，分布均匀，详见图1，平均晶粒尺寸20μm。
（3）冷轧成品；
将步骤（2）中的铝卷半成品轧制成0.24mm厚度，冷轧机工作辊粗糙度Ra0.34μm，轧制速度475m/min；然后由纵剪机进行切边精整工序，精整过程中检查板面质量，得到冷轧成品铝卷。
（4）箔轧及双合轧制；
将步骤（3）中得到的成品铝卷转至箔轧机进行后续加工，厚度变化为0.24mm→0.12mm→0.06mm，再转到成品铝箔轧机，铝箔轧机工作辊粗糙度Ra0.14μm，轧制力162吨，轧制速度550m/min；用两个开卷机展开两张厚度0.06mm的铝箔，两张铝箔中间喷洒双合油，双合在一起后进行铝箔精轧，得到上下张无暗面亮点、厚度为0.03mm的极耳用单面光铝箔成品。
（5）分切及成品退火；
步骤（4）得到的极耳用单面光铝箔成品按照要求分切成所需规格，放置在铝箔专用的退火料架上；退火时，以25℃/h的升温速率升温到230℃，保温20h，以20℃/h的降温速率降温至200℃，保温15h，冷却出炉。
（6）成品性能；
步骤（5）得到的锂电池极耳用超薄单面光铝箔成品抗拉强度98MPa，延伸率5.8%，360度折弯无裂纹次数4次。
实施例二
一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，包括如下步骤：
（1）铸轧坯料准备及铸轧卷处理；
按如下质量百分比准备铸轧坯料：0.85%铁，0.55%硅，0.045%铜，0.042%钛，余量为铝；其中铁、硅质量比为1.54:1；所述铸轧坯料配置好后加入熔炼炉中，在730℃温度下进行熔炼，同时进行搅拌并通入打渣剂和精炼剂处理得到质量合格的熔体；随后将熔体转移至除气装置消除熔体中存在的氢气，在长度44mm、铸轧速度695mm/min的铸轧区铸轧得到无中心层偏析、板厚在5.4mm的铸轧卷。
（2）开坯加工及中间热处理；
将前述铸轧卷转运至冷轧机开坯，轧制三个道次，总加工率控制在76%，厚度在1.28mm，然后送至退火炉中进行热处理加工，得到铝卷半成品；退火炉的炉气温度以50℃/h的加热速率升温到240℃保温4h后，再以95℃/h的加热速度升温到540℃，保温13h，再以50℃/h的降温速率降温，3.8h后冷却出炉，加急风冷。通过金相方法检查铝板中心层无偏析，第二相粒子尺寸细小，分布均匀，详见图2，平均晶粒尺寸25μm。
（3）冷轧成品；
将步骤（2）中的铝卷半成品轧制成0.3mm厚度，冷轧机工作辊粗糙度Ra0.4μm，轧制速度495m/min；然后由纵剪机进行切边精整工序，精整过程中检查板面质量，得到冷轧成品铝卷。
（4）箔轧及双合轧制；
将步骤（3）中得到的成品铝卷转至箔轧机进行后续加工，厚度变化为0.3mm→0.16mm→0.08mm，再转到成品铝箔轧机，铝箔轧机工作辊粗糙度Ra0.15μm，轧制力170吨，轧制速度600m/min；用两个开卷机展开两张厚度0.08mm的铝箔，两张铝箔中间喷洒双合油，双合在一起后进行铝箔精轧，得到上下张无暗面亮点、厚度为0.04mm的极耳用单面光铝箔成品。
（5）分切及成品退火；
步骤（4）得到的极耳用单面光铝箔成品按照要求分切成所需规格，放置在铝箔专用的退火料架上；退火时，以25℃/h的升温速率升温到240℃，保温17h，以20℃/h的降温速率降温至200℃，保温113h，冷却出炉。
（6）成品性能；
步骤（5）得到的锂电池极耳用超薄单面光铝箔成品抗拉强度92MPa，延伸率6.3%，360度折弯无裂纹次数5次。
实施例三
一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，包括如下步骤：
（1）铸轧坯料准备及铸轧卷处理；
按如下质量百分比准备铸轧坯料：0.89%铁，0.50%硅，0.05%铜，0.05%钛，余量为铝；其中铁、硅质量比为1.78:1；所述铸轧坯料配置好后加入熔炼炉中，在733℃温度下进行熔炼，同时进行搅拌并通入打渣剂和精炼剂处理得到质量合格的熔体；随后将熔体转移至除气装置消除熔体中存在的氢气，在长度40mm、铸轧速度680mm/min的铸轧区铸轧得到无中心层偏析、板厚在6.3mm的铸轧卷。
（2）开坯加工及中间热处理；
将前述铸轧卷转运至冷轧机开坯，轧制三个道次，总加工率控制在78.5%，厚度在1.35mm，然后送至退火炉中进行热处理加工，得到铝卷半成品；退火炉的炉气温度以60℃/h的加热速率升温到240℃保温4h后，再以100℃/h的加热速度升温到500℃，保温16h，再以50℃/h的降温速率降温，5h后冷却出炉，加急风冷。通过金相方法检查铝板中心层无偏析，第二相粒子尺寸细小，分布均匀，详见图3，平均晶粒尺寸23μm。
（3）冷轧成品；
将步骤（2）中的铝卷半成品轧制成0.2mm厚度，冷轧机工作辊粗糙度Ra0.3μm，轧制速度450m/min；然后由纵剪机进行切边精整工序，精整过程中检查板面质量，得到冷轧成品铝卷。
（4）箔轧及双合轧制；
将步骤（3）中得到的成品铝卷转至箔轧机进行后续加工，厚度变化为0.2mm→0.095mm→0.044mm，再转到成品铝箔轧机，铝箔轧机工作辊粗糙度Ra0.17μm，轧制力180吨，轧制速度650m/min；用两个开卷机展开两张厚度0.044mm的铝箔，两张铝箔中间喷洒双合油，双合在一起后进行铝箔精轧，得到上下张无暗面亮点、厚度为0.02mm的极耳用单面光铝箔成品。
（5）分切及成品退火；
步骤（4）得到的极耳用单面光铝箔成品按照要求分切成所需规格，放置在铝箔专用的退火料架上；退火时，以25℃/h的升温速率升温到250℃，保温15h，以20℃/h的降温速率降温至200℃，保温10h，冷却出炉。
（6）成品性能；
步骤（5）得到的锂电池极耳用超薄单面光铝箔成品抗拉强度88MPa，延伸率6.8%，360度折弯无裂纹次数6次。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
（1）铸轧卷处理：按各组分质量百分比配置铸轧坯料，铸轧坯料混合后加入熔炼炉中得到熔体，熔体转移至除气装置消除熔体中的氢气，然后进入铸轧区铸轧得到无中心层偏析的铸轧卷；
（2）开坯加工及中间热处理：将步骤（1）中的铸轧卷转移至冷轧机开坯，轧制三个道次，然后送入退火炉中进行热处理加工，得到铝卷半成品；
（3）冷轧成品：将步骤（2）中的铝卷半成品通过冷轧机轧制成铝卷，并由纵剪机进行切边精整工序，精整过程中检查板面质量，得到冷轧成品铝卷；
（4）箔轧及双合轧制：将步骤（3）中得到的成品铝卷转至铝箔轧机，粗轧两个道次，再转到成品铝箔轧机进行精轧；用两个开卷机展开两张所述成品铝箔轧机轧制的铝箔，中间喷洒双合油，合在一起后进行铝箔精轧，得到上下张无暗面亮点的极耳用超薄单面光铝箔成品；
（5）分切及成品退火：将成品分切成所需规格，放置在退火料架上进行退火处理；
步骤（1）中各组分质量百分比如下：0.7-0.9%铁，0.5-0.7%硅，0.02-0.05%铜，0.03-0.05%钛，余量为铝；所述铁、硅质量比为1-1.8:1；
步骤（1）中铸轧速度为680-750mm/min，所得铸轧卷厚度为5.0-6.3mm；
步骤（2）中，热处理过程为：退火炉的炉气温度以30℃/h-60℃/h的加热速率升温到240℃保温4h后，再以80℃/h-100℃/h的加热速度升温到500℃-540℃，保温12-16h，再以50℃/h的降温速率降温，3-5h后冷却出炉，加急风冷。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中熔炼炉熔炼温度为730-740℃，熔炼时进行搅拌并向熔炼炉中通入打渣剂和精炼剂处理熔体。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中铸轧区长度40-45mm。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，三个道次的总加工率为70%-80%，轧制三个道次后铸轧卷厚度为1.2-1.6mm。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，冷轧机工作辊粗糙度Ra0.3-0.4μm，轧制速度450-500m/min，所得冷轧成品铝卷的厚度为0.2-0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，箔轧机的工作辊粗糙度Ra0.14-0.17μm，轧制力160-180吨，轧制速度550-650m/min，箔轧过程铝卷厚度变化为0.2-0.3mm→0.095-0.16mm→0.044-0.08mm。
7.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中获得的极耳用超薄单面光铝箔成品的厚度为0.02-0.04mm，且铝箔无暗面亮点。
8.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳用超薄单面光铝箔的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中的退火操作过程为：以25℃/h升温速率升温到230-250℃，保温15-20h，然后以20℃/h的降温速率降温至200℃，保温10-15h，冷却出炉。
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