CN111438187B

CN111438187B - 高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺

Info

Publication number: CN111438187B
Application number: CN202010258049.2A
Authority: CN
Inventors: 刘文中; 颜建军; 毛国回; 吴忠
Original assignee: Jiangsu Daya Aluminum Co ltd
Current assignee: Jiangsu Daya Electronic New Material Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: CN111438187A

Abstract

本发明属于有色金属加工技术领域，涉及一种高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，包括：铝箔坯料使用粗糙度Ra:0.25um的粗轧辊按50%的压下率以0.26mm‑0.13mm‑0.065mm的道次轧制第1、2道次粗轧后，再用粗糙度Ra:0.10um的中轧辊轧制第3、4道次中轧；将铝箔在精轧机上进行第5道次精轧，道次为0.017mm‑0.012mm，切边，获得厚度约0.012mm铝箔；所用精轧辊粗糙度为Ra:0.07um，所述中轧辊、精轧辊表面硬度比普通轧辊高20～25HSD；分切、电晕等。本发明利用高硬度轧辊生产锂电池箔，提升轧辊的变形抗力，增强电池箔生产过程中大轧制力下的辊型稳定性，达到生产铝箔的板形稳定性。提升速度较普通精轧辊快20%，断带较少，电池箔成材率较普通轧辊生产时提高15%以上，表面达因值比普通轧辊生产的电池箔高1～2dyn。

Description

高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，涉及铝箔的生产，尤其涉及一种高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺。

背景技术

锂电池是新能源汽车的动力输出关键部件，作为正极材料的铝箔，对锂电池的寿命、一致性和倍率放电性等都有重要的影响。目前，高端锂电池用铝箔要求板形尺寸精度高、表面洁净均匀，无擦划伤等缺陷。随着新能源汽车产业的不断发展，高端锂电池用铝箔厚度在不断减薄，其对抗拉强度和延伸率的要求却随之提高。现有锂电池用铝箔毛料为保证其放电性延伸率，多采用铝含量在99％以上的合金系，为提升锂电池铝箔成品的抗拉强度，提前二道次进行冷轧坯料再结晶退火工序，确保箔轧毛料抗拉强度≥185N/mm²，以便达到最终成品抗拉强度≥250N/mm²的技术要求。

目前公开的普通锂电池用铝箔生产工艺都是采用如下步骤制得：锂电池用铝箔按一定的合金成分配比加热熔炼成铝合金熔体，将经过扒渣、晶粒细化、除气除渣过滤等工序后的铝合金熔体通过铸轧机连续铸轧形成坯料；坯料进行冷轧、再结晶退火后再冷轧、精整的方式获得锂电池铝箔用坯料；坯料经过辊式轧机粗轧、精轧、分切，从而获得锂电池用铝箔成品。

锂电池铝箔坯料通常采用四辊轧机生产，少数也用六辊轧机，以轧制油进行冷却、润滑和清洗。现有的轧机生产的锂电池用铝箔普遍存在的问题：

1、抗拉强度和延伸率无法满足现有高端锂电池用铝箔的需求，大部分薄型锂电池抗拉强度都不能达到≥250N/mm²的要求，延伸率更难以确保在2.5％以上；

2、薄型锂双面光锂电池铝箔(＜15u)的板型平直度普遍局部板型不良，给下游电池箔用户带来了极大的质量隐患，导致反馈投诉上游生产企业的退货量较大。

这些问题使得锂电池用铝箔的成材率较低，生产成本较高，企业开发风险增大，也是很多铝加工企业不愿涉足锂电池铝箔生产的原因之一，从而导致现有市场高端锂电池用铝箔供不应求，有价无货。

发明内容

针对上述现有技术中锂电池铝箔生产中存在的不足，本发明的目的是提供一种高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺。

一种高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，包括如下步骤：

步骤一、铝箔坯料使用粗糙度Ra:0.25um的粗轧辊按50％的压下率以0.26mm-0.13mm-0.065mm的道次轧制第1、2道次粗轧后，再用粗糙度Ra:0.10um的中轧辊轧制第3、4道次中轧，道次分配为0.065mm-0.032mm-0.017mm，得到厚度约0.017mm的铝箔，其中所述中轧辊表面硬度比普通轧辊的表面硬度高20～25HSD，达到115～125HSD；

步骤二、将铝箔在精轧机上进行第5道次精轧，道次为0.017mm-0.012mm，切边，获得厚度约0.012mm铝箔；所用的精轧辊粗糙度为Ra:0.07um，轧制润滑油为80#基础油加3～5％的添加剂，其中所述精轧辊表面硬度比普通轧辊的表面硬度高20～25HSD，达到115～125HSD；

步骤三、分切、电晕、成品、包装。

本发明较优公开例中，步骤一中所述铝箔坯料符合1100合金的国家标准，厚度0.25～0.30mm,硬度H18，抗拉强度＞185N/mm²，延伸率≥3.0％。

本发明较优公开例中，步骤一中所述铝箔坯料的合金成分为：Al-≥99％，Fe-0.59％，Si-0.17％，Cu-0.138％，Zn-0.014％；进一步的，为满足抗拉强度、延伸率要求，所述铝箔坯料是经再结晶退火后冷轧3道次后而成。

本发明较优公开例中，步骤一中所述粗轧、中轧可在一台轧机进行，也可分开进行，轧制过程使用轧制油进行润滑、冷却、清洗；进一步的，所述轧制油添加包含醇和酯类极性添加剂，粘度2.0～2.3㎜²/S，醇含量5～7％，其中以C12月桂醇为主；酯含量4～6％，其中以C12-14的硬脂酸丁酯为主。

本发明较优公开例中，步骤二中所述添加剂主要成分为85％的正葵酸乙酯，10％的葵酸甲酯。

发明较优公开例中，步骤三中所述电晕，采用功率为8-18kw，输出电压25kv的电晕设备进行表面电晕处理。

根据本发明所述工艺制得的电池铝箔，其抗拉强度为≥250N/mm²，延伸率≥2.5％，表面达因值≥30dyn。

本发明精轧用油采用80#基础油兑以石家庄特种油有限公司产W665-3添加剂，添加比例为3～5％；轧制时使用专用机台，确保轧制油纯度洁净。80#基础油主要是矿物油提炼而成，主要成分为约70％饱和C12烷烃，和占比约30％的C13、C14饱和烷烃的混合物；所述添加剂W665-3为植物油提炼而成，主要成分为85％的正葵酸乙酯，10％的葵酸甲酯。

一般的精轧辊生产铝箔的抗拉强度通常不超过230N/mm²，高强度铝箔的抗拉强度达到250N/mm²以上，对于普通精轧辊表面硬度已经不能满足高强度铝箔生产的需要，就像机加工用的刀具，针对的材料不同，所用刀具也有不同，硬度材质也大不一样。

步骤一轧第4道次0.017mm铝箔，加工硬化后的抗拉强度达到＞260N/mm²，采用硬度为HSD120左右的高硬度特种轧辊轧制时，板型稳定，在线板形显示要明显优于普通中轧辊轧制时的板形，实际板形与目标板形吻合度达到95％以上。

步骤二精轧采用硬度为HSD120的高硬度特种轧辊，生产过程板形稳定，无普通轧辊生产时的板形跳动，肋松、中松等板型不良现象，整体在线板形与目标板形吻合度达到95％以上。

采用本发明所公开的高硬度轧辊，对优化板形，实现生产过程板形的稳定具有重要的作用。由于高硬度轧辊对抗高强度铝箔时辊型的热稳定性和耐高压性都比普通轧辊的稳定性要强许多，使得生产高强度铝箔时的板形稳定。在用普通轧辊生产电池箔过程中，轧制过程中对抗高强度铝箔因辊面硬度不足，导致辊型不稳定，铝箔板形也不稳定的情况，每次生产时板形都存在明显波动，时好时坏，生产效率和产品质量都受到极大影响。采用常规的工艺手段，如调整轧制油添加剂比例，改善润滑；调整轧辊粗糙度，凸度等参数，板形始终变化不定，没有明显改观。通过人机料法环测等因素的分析，工艺条件方面除轧辊硬度为原有的因素无法改变，其他可变的工艺条件全部都反复试验过。唯一最大的变化是毛料的抗拉强度比普通铝箔强度高30～50N/mm²，最终分析认为，原材料强度发生如此大的变化，相应的轧辊作为工器具的硬度应该比现有普通轧辊硬度要高，大轧制力对抗高强度电池箔变形时才能满足高强度电池箔稳定轧制的需要。

轧制生产中使用的轧制油，对稳定轧制具有关键重要作用：一方面润滑，有良好的卸载作用，生产过程中可以有效地降低轧制力，减少变形抗力。在用普通轧辊生产时，油品中添加剂含量通常都在5～10％之间，主要是为了确保在良好的润滑条件下卸荷作用，缓解大轧制力生产时局部变形不均匀导致的板形不稳定情况。但高添加剂含量同时带来了铝箔表面油膜厚度增加，对后续铝箔表面达因值影响较大，达因值相对较低，即使后续采用一次甚至多次电晕处理，不仅增加生产成本，下游用户在电池箔涂碳处理过程中漏涂风险仍然较大，这是电池箔因此批量质量退货的主要原因，因此高添加剂提升轧制稳定性亦具有局限。

使用高硬度特种轧辊时，可以有效对抗大轧制力对辊型的影响，避免大轧制力轧制时造成的辊型不稳定，添加剂含量比普通辊生产电池箔时的轧制油添加剂含量低2～5％，有效提升电池箔表面达因值。

本发明经对比测试，可以不经铝箔表面电晕处理直接用于客户生产，客户反馈与电晕处理后的铝箔涂碳过程未有明显区别。

有益效果

本发明利用高硬度轧辊生产锂电池箔，提升轧辊的变形抗力，增强电池箔生产过程中大轧制力下的辊型稳定性，达到生产铝箔的板形稳定性。提升速度较普通精轧辊快20％，断带较少，电池箔成材率较普通轧辊生产时提高15％以上，表面达因值比普通轧辊生产的电池箔表面达因值高1～2dyn。再加上时间效率成本，经济效益明显提升。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

一种高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，包括：

步骤1、采用0.26×1300mm规格，合金为8011H18的热轧料作为电池箔毛料，其中毛料抗拉强度实测为190N/mm²，延伸3.5％；成品技术要求：成品抗拉强度实测不低于＞250N/mm²,延伸率＞2.5％，表面达因值≥30dyn；

使用粗糙度120#砂轮磨Ra：0.23um的粗轧辊由0.26mm-0.130mm-0.065mm，再采用220#砂轮磨削的Ra：0.10um的普通轧辊中轧2道次:0.065mm—0.032mm—0.017mm；得到精轧前的单张铝箔，并转运到合卷机切边，得到宽度1280mm的单张铝箔；

步骤2、精轧机双合轧制前，将原来配制的含有非指定添加剂的轧制油清空，重新加入80#基础油兑以3.5％的添加剂W665-3；

轧辊采用本发明所述的HSD120的高硬度特种轧辊，粗糙度：Ra:0.07um；320#日本砂轮磨削。进行0.017—0.012mm双面光电池铝箔轧制；

生产过程中铝箔实际板形与设计的15I目标板形吻合度高达95％。生产过程稳定，无板形不良造成的断带现象，表面达因值为30dyn。抗拉强度达到268N/mm²，延伸率达在3.09％；

步骤3、将上述精轧电池箔吊运到分切开卷侧，按用户要求进行分切后，下料检查铝箔表面润湿张力达到30dyn，抗拉强度达到260～270N/mm²，延伸率达在2.5～3.0％。

产品质量满足高强度双面光电池箔质量要求。

实施例2

一种高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，包括：

步骤1、采用0.26×1300mm规格，合金为8011H18的热轧料作为电池箔毛料，其中毛料抗拉强度实测为190N/mm²，延伸3.5％；成品技术要求：成品抗拉强度实测不低于＞250N/mm²,延伸率＞2.5％，表面达因值≥29dyn；

使用粗糙度120#砂轮磨Ra：0.23um的粗轧辊由0.26mm-0.130mm-0.065mm，再采用220#砂轮磨削的Ra：0.10um的普通轧辊中轧2道次:0.065mm—0.032mm—0.017mm；得到精轧前的单张铝箔。转运到合卷机切边后，得到宽度1280mm的单张铝箔；

步骤2、精轧机双合轧制前，按实施例1配制的轧制油进行轧制，添加剂W665-3含量为3.5％；

轧辊采用HSD98的普通精轧辊，粗糙度：Ra:0.07um；320#日本砂轮磨削，进行0.017—0.012mm双面光电池铝箔轧制；

生产过程中铝箔实际板形稳定，实际板型与设计的15I目标板形吻合度仅45％；

生产过程中频繁断带，无法正常生产；

断带检测表面达因值29dyn；抗拉强度272N/mm²，延伸率2.8％，因离线板形检查肋松、中松现象，不能作为电池箔分切；

步骤3、调整W665-3添加剂比例到6％，继续用此辊生产，板型情况无改善；

步骤4、换用高硬度特种轧辊生产，过程板形稳定，实际板型与目标设计板型吻合良好，生产过程无异常断带；下料检查铝箔表面润湿张力达到29+dyn，抗拉强度268N/mm²，延伸率3,16％；

步骤5、将上述精轧电池箔吊运到分切开卷侧，按用户要求进行分切后，经分切过程检查，板型稳定达1级，满足高端电池箔要求的板型。

实施例3

一种高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，包括：

使用粗糙度120#砂轮磨Ra：0.23um的粗轧辊由0.26mm-0.130mm-0.065mm；

中轧采用220#砂轮磨削的Ra：0.10um的HSD120高硬度中轧辊生产2道次:0.065mm—0.032mm—0.017mm；得到精轧前的单张铝箔；转运到合卷机切边后，得到宽度1280mm的单张铝箔。单张在线板形实际与目标板形吻合，过程板型显示稳定，无肋松、中松或边松等现象；

轧辊采用HSD120的高硬度精轧辊，粗糙度：Ra:0.07um；320#日本砂轮磨削，进行0.017—0.012mm双面光电池铝箔轧制；

生产过程中铝箔实际板形与15I目标板形吻合度仅高达95％，板形显示稳定，无肋松、中松、边松情况发生，下线检测表面达因值30dyn，抗拉强度270N/mm²，延伸率3.1％；

步骤3、改用普通精轧辊生产，出现严重的板形不稳定现象，时而边松，时而中松或肋松，无法正常生产，下线检测表面达因值29dyn，抗拉强度271N/mm²，延伸率2.89％；

调整W665-3添加剂比例到6％，继续用此辊生产，板型仍无改善；

继续调整W665-3添加剂比例到8％，换用新普通辊生产，初始板形与目标板形吻合度达80％，生产约1h后，板形开始出现肋松或边松的情况，3h后，显示板形紊乱，因不能满足电池箔板型的要求，停止生产；

经检测铝箔表面达因值28dyn，抗拉强度270N/mm²，延伸率3.0％；

步骤4、沿用上述步骤3的轧制油，换用高硬度特种轧辊试生产，过程板形稳定，实际板型与目标设计板型吻合良好，生产过程无异常断带；

下料检查铝箔表面润湿张力达到29+dyn，抗拉强度268N/mm²，延伸率3,2％；

步骤5、将上述精轧电池箔吊运到分切开卷侧，按用户要求进行分切，过程中显示来料板型稳定达1级，满足高端电池箔用户的板型要求。

实施例4

一种高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，包括：

步骤1、采用0.26×1300mm规格，合金为8011H18的热轧料作为电池箔毛料，其中毛料抗拉强度实测为190N/mm²，延伸3.5％；

成品技术要求：成品抗拉强度实测不低于＞250N/mm²,延伸率＞2.5％，表面达因值≥30dyn；

使用粗糙度120#砂轮磨Ra：0.23um的粗轧辊由0.26mm-0.130mm-0.065mm；

中轧采用220#砂轮磨削的Ra：0.10um的HSD120高硬度中轧辊生产2道次:0.065mm—0.032mm—0.017mm；得到精轧前的单张铝箔。转运到合卷机切边后，得到宽度1280mm的单张铝箔，单张在线板形实际与目标板形吻合，过程板型显示稳定，无肋松、中松或边松等现象；

步骤2、精轧机双合轧制前，按实施例1配制的轧制油进行轧制，添加普通铝箔用添加剂W12含量为3.0％；W6含量为3.5％；

轧辊采用HSD120的高硬度精轧辊试轧，粗糙度：Ra:0.07um；320#日本砂轮磨削，进行0.017—0.012mm双面光电池铝箔轧制；

生产过程中铝箔实际板形与15I目标板形吻合度仅高达95％，板形显示稳定，无肋松、中松、边松情况发生，下线检测表面达因值29+dyn，抗拉强度269N/mm²，延伸率3.1％；

步骤3、改用普通精轧辊生产，出现严重的板形不稳定现象，时而边松，时而中松或肋松，无法正常生产，下线检测表面达因值28dyn，抗拉强度272N/mm²，延伸率2.86％；

步骤4、将上述采用高硬度特种轧辊生产的电池箔吊运到分切开卷侧，按用户要求进行分切，过程中显示来料板型稳定达1级，满足高端电池箔用户的板型要求；

步骤5、因表面达因值不能满足用户要求，分切后的铝箔用带油电晕装置的小分切机进行重新倒卷电晕处理，下料后检查结果如下：下线检测表面达因值30dyn，抗拉强度271N/mm²，延伸率2.88％。说明电晕对提升铝箔表面达因值有效。

四个实施例数据对比如下表：

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

一、铝箔坯料使用粗糙度Ra:0.25um的粗轧辊按50%的压下率以0.26mm-0.13mm-0.065mm的道次轧制第1、2道次粗轧后，再用粗糙度Ra:0.10um的中轧辊轧制第3、4道次中轧，道次分配为0.065mm-0.032mm-0.017mm，得到厚度为0.017mm的铝箔，所述中轧辊表面硬度比普通轧辊的表面硬度高20～25HSD，达到115～125HSD；所述铝箔坯料符合1100合金的国家标准，是经再结晶退火后冷轧3道次后而成；

二、将铝箔在精轧机上进行第5道次精轧，道次为0.017mm-0.012mm，切边，获得厚度为0.012mm铝箔；所用的精轧辊粗糙度为Ra:0.07um，轧制润滑油为80#基础油加3～5%的添加剂，所述精轧辊表面硬度比普通轧辊的表面硬度高20～25HSD，达到115～125HSD；所述轧制润滑油添加包含醇和酯类极性添加剂，粘度2.0～2.3mm²/S，醇含量5～7%，以C12月桂醇为主；酯含量4～6%，以C12-14的硬脂酸丁酯为主；

三、分切、电晕、成品、包装。

2.根据权利要求1所述高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于：步骤一中所述铝箔坯料厚度0.25～0.30mm, 硬度H18，抗拉强度＞185N/mm²，延伸率≥3.0%。

3.根据权利要求1所述高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于：步骤一中所述铝箔坯料的合金成分为：Al-≥99%，Fe-0.59%，Si-0.17%，Cu-0.138%，Zn-0.014%。

4.根据权利要求1所述高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于：步骤一中所述粗轧、中轧可在一台轧机进行，也可分开进行，轧制过程使用轧制油进行润滑、冷却、清洗。

5.根据权利要求1所述高硬度轧辊制备锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于：步骤三中所述电晕，采用功率为8～18kw，输出电压25kv的电晕设备进行表面电晕处理。