CN112553507A - 高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔及加工方法，主要涉及铝箔制备领域。高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，其特征在于由下列重量百分比的组分组成：Si：≤0.10%，Fe：≤0.50%，Cu：0.10～0.14%，Mn：0.020～0.045%，Al：≥99.00%，其余为不可避免杂质，将上述组分经铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧获得铝箔。本发明的有益效果在于：本发明将铝箔的抗拉强度提高到260MPa以上、断后伸长率3.0%以上，提高了锂离子电池的能量密度、产品质量、生产效率和成品率。

Description

高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔及加工方法
技术领域
本发明主要涉及铝箔制备领域，具体是高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔及加工方法。
背景技术
随着新能源汽车行业、消费电子产品的迅猛发展，锂离子电池以及其原辅材料技术也实现了跳跃式发展，特别是锂离子电池正极集流体铝箔力学性能的提高尤为显著。锂离子电池正极集流体铝箔的其主要作用是支撑正极材料、保障锂离子电池正极的加工顺利进行、汇集正极电流，抗拉强度和断后伸长率是主要力学性能指标。高抗拉强度可以承受更高的正极材料压实密度，能够提高锂离子的能量密度，高断后伸长率可以获得优异的正极极片质量，同时具备高抗拉强度和高断后伸长率还可以完全适应锂离子电池行业高速、大张力的生产工艺，降低使用过程中的断带几率，提高成品率。
目前一部分主流锂离子电池制造企业期望的锂离子电池正极集流体用铝箔的力学性能是抗拉强度≥260MPa、断后伸长率≥3.0%、厚度0.009～0.013mm。现有技术生产的锂离子正极集流体用铝箔标准为抗拉强度≥200MPa、断后伸长率≥2.0%、厚度0.010～0.015mm；在现有技术条件下，进一步提高抗拉强度的方法是采用铝含量低于99.00%的3003等铝合金箔或者加入钪等稀土元素提高纯铝系铝箔的抗拉强度，但3003合金铝箔的电导率比1XXX纯铝系铝箔低30%左右，制成的锂离子电池内阻高，对锂离子电池的性能有影响，并且3003铝合金箔无法完全满足断后伸长率≥3.0%的要求；而钪等稀土元素的成本极高，不适用于常规民用铝及铝合金产品。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔及加工方法，它将铝箔的抗拉强度提高到大于260MPa、断后伸长率大于3.0%，提高了锂离子电池的能量密度、产品质量、生产效率和成品率。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，由下列重量百分比的组分组成：
Si：≤0.10%，Fe：≤0.50%，Cu：0.10～0.14%，Mn：0.020～0.045%，Al：≥99.00%，其余为不可避免杂质。
将各组分铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧，得铝箔。
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔的加工方法，包括以下步骤：
步骤1，将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
步骤2，步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
步骤3，将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
步骤4，将步骤3中的热轧卷进行冷轧；
步骤5，将步骤4的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
步骤6，将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
步骤7，将步骤6的产物进行箔轧获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
所述步骤3的到的热轧卷厚度为3.0～5.0mm。
所述步骤5的再结晶退火产物厚度为1.0～2.0mm。
对比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明利用化学成分调整和冷轧再结晶厚度设定两个工艺核心来达到较高的抗拉强度，使铝箔抗拉强度提高到大于260MPa、断后伸长率大于3.0%，从而提高了锂离子电池的能量密度、产品质量、生产效率和成品率。
具体实施方式
结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内 容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样 落于本申请所限定的范围。
实施例1：
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，各组分组成百分比为：Si：0.056%，Fe：0.453%，Cu：0.140%，Mn：0.045%，其余为Al及不可避免杂质。将上述组分经铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧获得铝箔。
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔加工方法，包括以下步骤：
1、将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
2、将步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
3、将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
4、将步骤3中的热轧卷进行冷轧至2.0mm厚度；
5、将步骤4冷轧后的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
6、将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
7、将步骤6的产物进行箔轧至0.009mm厚度获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
经本实施例提供的方法制得的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔抗拉强度为285MPa，断后伸长率为3.31%，力学性能合格。
实施例2：
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，各组分组成百分比为：Si：0.054%，Fe：0.472%，Cu：0.100%，Mn：0.020%，其余为Al及不可避免杂质。将上述组分经铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧获得铝箔。
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔加工方法，包括以下步骤：
1、将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
2、将步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
3、将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
4、将步骤3中的热轧卷进行冷轧至1.0mm厚度；
5、将步骤4冷轧后的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
6、将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
7、将步骤6的产物进行箔轧至0.013mm厚度获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
经本实施例提供的方法制得的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔抗拉强度为260MPa，断后伸长率为4.67%，力学性能合格。
实施例3：
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，各组分组成百分比为：Si：0.054%，Fe：0.472%，Cu：0.100%，Mn：0.020%，其余为Al及不可避免杂质。将上述组分经铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧获得铝箔。
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔加工方法，包括以下步骤：
1、将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
2、将步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
3、将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
4、将步骤3中的热轧卷进行冷轧至2.0mm厚度；
5、将步骤4冷轧后的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
6、将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
7、将步骤6的产物进行箔轧至0.009mm厚度获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
经本实施例提供的方法制得的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔抗拉强度为272MPa，断后伸长率为3.39%，力学性能合格。
实施例4：
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，各组分组成百分比为：Si：0.063%，Fe：0.466%，Cu：0.132%，Mn：0.025%，其余为Al及不可避免杂质。将上述组分经铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧获得铝箔。
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔加工方法，包括以下步骤：
1、将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
2、将步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
3、将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
4、将步骤3中的热轧卷进行冷轧至1.5mm厚度；
5、将步骤4冷轧后的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
6、将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
7、将步骤6的产物进行箔轧至0.010mm厚度获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
经本实施例提供的方法制得的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔抗拉强度为278MPa，断后伸长率为3.52%，力学性能合格。
实施例5：
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，各组分组成百分比为：Si：0.063%，Fe：0.466%，Cu：0.132%，Mn：0.025%，其余为Al及不可避免杂质。将上述组分经铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧获得铝箔。
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔加工方法，包括以下步骤：
1、将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
2、将步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
3、将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
4、将步骤3中的热轧卷进行冷轧至2.0mm厚度；
5、将步骤4冷轧后的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
6、将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
7、将步骤6的产物进行箔轧至0.013mm厚度获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
经本实施例提供的方法制得的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔抗拉强度为269MPa，断后伸长率为4.26%，力学性能合格。
实施例6：
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，各组分组成百分比为：Si：0.067%，Fe：0.474%，Cu：0.127%，Mn：0.035%，其余为Al及不可避免杂质。将上述组分经铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧获得铝箔。
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔加工方法，包括以下步骤：
1、将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
2、将步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
3、将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
4、将步骤3中的热轧卷进行冷轧至1.5mm厚度；
5、将步骤4冷轧后的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
6、将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
7、将步骤6的产物进行箔轧至0.010mm厚度获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
经本实施例提供的方法制得的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔抗拉强度为275MPa，断后伸长率为3.43%，力学性能合格。
实施例7：
在探究各组分最合适的占比范围过程中，我们进行了大量的实验，如下所述为一抗拉强度不达标的实施例。
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，各组分组成百分比为：Si：0.060%，Fe：0.457%，Cu：0.095%，Mn：0.018%，其余为Al及不可避免杂质。将上述组分经铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧获得铝箔。
高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔加工方法，包括以下步骤：
1、将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
2、将步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
3、将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
4、将步骤3中的热轧卷进行冷轧至1.0mm厚度；
5、将步骤4冷轧后的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
6、将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
7、将步骤6的产物进行箔轧至0.013mm厚度获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
经本实施例提供的方法制得的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔抗拉强度为257MPa，断后伸长率为4.75%，力学性能合格。
为更直观的展示如上实施例，取3003合金铝箔作为对照例与实施例1-7的组分含量、再结晶退火厚度、铝箔厚度进行表格统计，并统计其抗拉强度与伸长率。下面将各实施例中组分含量、再结晶退火厚度、铝箔厚度进行表格统计，并统计其抗拉强度与伸长率。
实施例1-7对比一览表
实施例 Si % Fe % Cu % Mn % 再结晶退火厚度 mm 铝箔厚度mm 抗拉强度MPa 伸长率% 力学性能判定
1 0.056 0.453 0.140 0.045 2.0 0.009 285 3.31 合格
2 0.054 0.472 0.100 0.020 1.0 0.013 260 4.67 合格
3 0.054 0.472 0.100 0.020 2.0 0.009 272 3.39 合格
4 0.063 0.466 0.132 0.025 1.5 0.010 278 3.52 合格
5 0.063 0.466 0.132 0.025 2.0 0.013 269 3.26 合格
6 0.067 0.474 0.127 0.035 1.5 0.010 275 3.43 合格
7 0.060 0.457 0.095 0.018 1.0 0.013 257 4.75 抗拉强度低
3003 0.057 0.108 0.086 1.248 1.0 0.013 296 2.34 断后伸长率不合格
由上述对比可知，经本配比与工艺加工出的铝箔，在抗拉强度、断后伸长率上均具有更为优秀的性能。

Claims (6)

1.高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，其特征在于，由下列重量百分比的组分组成：
Si：≤0.10%，Fe：≤0.50%，Cu：0.10～0.14%，Mn：0.020～0.045%，Al：≥99.00%，其余为不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，其特征在于，将各组分铸造、锯切、铣面、均匀化、热轧、冷轧、再结晶退火、冷轧、箔轧，得铝箔。
3.根据权利要求1所述的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔，其特征在于，通过以下方法制得：
步骤1，将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
步骤2，步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
步骤3，将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
步骤4，将步骤3中的热轧卷进行冷轧；
步骤5，将步骤4的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
步骤6，将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
步骤7，将步骤6的产物进行箔轧获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
4.如权利要求1-3任一项所述的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将各相应比例的电解铝液、铝锭、铁剂、铜剂、锰剂、中间合金原、辅物料加入到熔炼炉中，经熔化、精炼、除气后形成铝液，铸造成铝合金扁锭；
步骤2，步骤1铸造的铝合金扁锭经锯切、铣面后进行均匀化处理；
步骤3，将步骤2处理后铝合金扁锭经热轧得到热轧卷；
步骤4，将步骤3中的热轧卷进行冷轧；
步骤5，将步骤4的产物送至退火炉中进行再结晶退火；
步骤6，将步骤5的产物再次进行冷轧，获得冷轧带材；
步骤7，将步骤6的产物进行箔轧获得锂离子电池正极集流体用铝箔。
5.根据权利要求4所述的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔加工方法，其特征在于：所述步骤3的到的热轧卷厚度为3.0～5.0mm。
6.根据权利要求4所述的高力学性能锂离子电池正极集流体用铝箔加工方法，其特征在于：所述步骤5的再结晶退火产物厚度为1.0～2.0mm。
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