CN112941374A - 一种电池铝箔及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电池铝箔，所述电池铝箔由如下组分及质量百分比组成：Si≤0.2％，Fe 0.10～0.60％，Ti 0.015～0.035％，余量为铝及不可避免的杂质；其中，Mn 0.005～0.05％，Mn与Cu总和的质量百分比小于或等于0.1％；本发明还提供一种电池铝箔的加工方法，该方法采用按上述组分及质量百分比的铝箔坯料作为加工材料，将所述铝箔坯料箔轧得到铝带材，将所述铝带材进行中轧得到铝卷，将所述铝卷进行精轧得到成品铝卷，将所述成品铝卷分切得到所述电池铝箔。与相关技术相比，该加工方法得到的电池铝箔的抗拉强度及延伸率随时间而衰减的程度极大程度降低，性能更优。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种铝箔的加工领域，尤其是涉及一种电池铝箔及其加工方法。
【背景技术】
随着纯电动新能源汽车补贴政策与车辆续航里程、电池与整车重量比重、电池能量密度水平等因素挂钩，因此国内动力电池厂商纷纷推出高能量密度动力电池，生产重心也逐渐向此方向转移，而提高压实密度是提高能量密度的有效方法之一。
但提高压实密度易造成辊压过程中频繁断带，严重影响电芯生产效率。所以为了有效减少辊压断带现象，需要提高电池铝箔的抗拉强度和延伸率(断后伸长率)。然而，目前常用固溶强化的方式在1060、1100等合金的基础上加入铜元素，通过固溶强化进一步提高抗拉强度，但也带来了延伸率下降的负面作用，因此必须进行晶粒细化。但此路线下生产的厚度小于15μm电池铝箔发现存在力学性能衰减的问题，即抗拉强度、延伸率随时间下降，尤其是延伸率下降幅度最大可达20％以上，严重影响了电池铝箔的技术性能。甚至造成铝箔生产厂家出货检验时满足技术要求，而电芯厂商在入库检验时不能达到力学性能技术要求的问题。
因此，有必要提供一种新的电池铝箔及其加工方法以解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种可以消除或抑制力学性能衰减的电池铝箔及其方法。
为达到上述目的，本发明提供一种电池铝箔，所述电池铝箔由如下组分及质量百分比组成：Si≤0.2％，Fe 0.10～0.60％，Ti 0.015～0.035％，Mn与Cu总和的质量百分比小于或等于0.1％，且Mn 0.005～0.05％，余量为铝及不可避免的杂质。
优选的，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si≤0.2％，Fe 0.10～0.60％，Ti 0.015～0.035％，Cu 0～0.05％，Mn 0.005～0.05％，余量为铝及不可避免的杂质。
优选的，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si 0.035％，Fe 0.14％，Ti0.026％，Cu 0.023％，Mn 0.0065％，余量为铝及不可避免的杂质。
优选的，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si 0.034％，Fe 0.15％，Ti0.027％，Cu 0.007％，Mn 0.017％，余量为铝及不可避免的杂质。
优选的，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si 0.039％，Fe 0.14％，Ti0.025％，Cu 0.0008％，Mn 0.0054％，余量为铝及不可避免的杂质。
优选的，所述电池铝箔采用铝箔坯料作为加工材料，具体包括以下步骤：
步骤S1、将所述铝箔坯料进行箔轧得到铝带材，再将所述铝带材进行中轧得到铝卷，其中，所述箔轧依次包括第一轧制道次、第二轧制道次和第三轧制道次，所述中轧包括第四轧制道次；
步骤S2、将所述铝卷进行精轧得到成品铝卷，所述精轧包括第五轧制道次；
步骤S3、将所述成品铝卷下线后进行分切得到所述电池铝箔。
优选的，所述电池铝箔的加工方法的所述第一轧制道次为0.24mm～0.125mm，所述第二轧制道次为0.125mm～0.064mm，所述第三轧制道次为0.064mm～0.034mm，所述第四轧制道次为0.034mm～0.020mm，所述第五轧制道次为0.020mm～0.013mm。
优选的，所述第一轧制道次的所述压下率为47.9％，所述第二轧制道次的所述压下率为48.8％，所述第三轧制道次的所述压下率为46.9％，所述第四轧制道次的所述压下率为41.2％，所述第五轧制道次的所述压下率为35.0％。
与现有技术相比，本发明电池铝箔的加工方法利用锰在平衡相图共晶温度为658℃的条件下，锰在铝中的固溶体中的最大溶解度为1.82％，且锰与铜的原子半径比较接近，所以所述铝箔坯料中利用Mn来替代一部分Cu或者全部Cu，其中Mn 0.005～0.05％，Mn与Cu总和的质量百分比小于或等于0.1％，Mn元素的添加达到了固溶强化的作用，同时消除铜元素引起的力学性能衰减的问题，即达到了抑制电池铝箔的抗拉强度和延伸率随时间衰减的问题。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明电池铝箔实施例1的抗拉强度和延伸率随时间衰减曲线图；
图2为本发明电池铝箔实施例2的抗拉强度和延伸率随时间衰减曲线图；
图3为本发明电池铝箔实施例3的抗拉强度和延伸率随时间衰减曲线图；
图4为对比例电池铝箔的抗拉强度和延伸率随时间衰减曲线图。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种电池铝箔，所述电池铝箔由如下组分及质量百分比组成：Si≤0.2％，Fe 0.10～0.60％，Ti 0.015～0.035％，Mn与Cu总和的质量百分比小于或等于0.1％，且Mn 0.005～0.05％，余量为铝及不可避免的杂质。
具体的，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si≤0.2％，Fe 0.10～0.60％，Ti 0.015～0.035％，Cu 0～0.05％，Mn 0.005～0.05％，余量为铝及不可避免的杂质。
以下，本发明提供具体实施例进行详细说明：
实施例1
本实施例1中所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si 0.035％，Fe 0.14％，Ti0.026％，Cu 0.023％，Mn 0.0065％，余量为铝及不可避免的杂质。
本实施例1中，所述电池铝箔按以下加工方法制备，所述电池铝箔采用铝箔坯料作为加工材料，所述铝箔坯料使用牌号为1060合金铝箔坯料添加Mn和Cu，使得所述铝箔坯料中的成分Mn和Cu的含量符合上述要求，多选的，所述铝箔坯料为1系合金，如选用牌号为1235、1070、1100合金铝箔坯料添加Mn和Cu。
所述电池铝箔的加工方法包括以下步骤：
步骤S1、将所述铝箔坯料进行箔轧得到铝带材，再将所述铝带材进行中轧得到铝卷，其中，所述箔轧依次包括第一轧制道次、第二轧制道次和第三轧制道次，所述中轧包括第四轧制道次。
需要说明的是，轧制时还包括以下轧制参数：压下率、轧制速度、轧辊粗糙度、轧制油的油温。
具体的，所述步骤S1中，进行所述箔轧和所述中轧时，所述第一轧制道次的所述轧制参数为：所述压下率为47％～49％、所述轧制速度为600±20m/min、所述轧辊粗糙度Ra为0.20μm、所述油温为38±2℃；所述第二轧制道次的所述轧制参数为：所述压下率为48％～50％、所述轧制速度为600±20m/min、所述轧辊粗糙度Ra为0.20μm、所述油温为38±2℃；所述第三轧制道次的所述轧制参数为：所述压下率为46％～48％、所述轧制速度为600±20m/min，所述轧辊粗糙度Ra为0.20μm、所述油温为38±2℃；所述中轧的所述第四轧制道次的所述轧制参数为：所述压下率为40％～42％、所述轧制速度为650±20m/min、所述轧辊粗糙度Ra为0.15μm、所述油温为42±2℃。
本实施例中，所述第一轧制道次为0.24mm～0.125mm，所述第二轧制道次为0.125mm～0.064mm，所述第三轧制道次为0.064mm～0.034mm，所述第四轧制道次为0.034mm～0.020mm；相对应的，所述第一轧制道次的所述压下率为47.9％，所述第二轧制道次的所述压下率为48.8％，所述第三轧制道次的所述压下率为46.9％，所述第四轧制道次的所述压下率为41.2％。
步骤S2、将所述铝卷进行精轧得到成品铝卷，所述精轧包括第五轧制道次；所述第五轧制道次的所述轧制参数为：所述压下率为34％～36％、所述轧制速度为600±20m/min、所述轧辊粗糙度Ra为0.15μm、所述油温为42±2℃，具体的，该参数可以使得所述成品铝卷表面均一、细腻且不开裂。
本实施例中，所述第五轧制道次为0.020mm～0.013mm，相对应的，所述第五轧制道次的所述压下率为35.0％。
需要说明的是，本发明的实施例的所述箔轧、所述中轧和所述精轧的所述轧制参数均为现有技术的常用工艺步骤及参数，比如与本发明提供的现有技术对比例的参数一致，但现在技术的电池铝箔的组分及质量百分比，使得现有技术中制备的所述电池铝箔的力学性能随时间的衰减程度较大。而本发明中，在现有技术的电池铝箔基础进行改进，利用锰元素替代一部分铜元素或全部铜元素，达到解决铜元素引起的力学性能随时间衰减的问题的目的。
表1、表2分别示出本发明实施例1的工艺参数及对比例的工艺参数。
表1为本发明实施例1的工艺参数
表2为对比例的工艺参数
本实施例中，箔轧为第一轧制道次、第二轧制道次和第三轧制道次；中轧为第四轧制道次；精轧为第五轧制道次，其中精轧也即成品道次。
步骤S3、将所述成品铝卷下线后进行分切得到所述电池铝箔。
本实施例中，所述成品铝卷下线后在室温下放置24小时再进行分切得到所述电池铝箔。
经本发明的实施例1的上述方法制备的电池铝箔，所述成品铝卷下线分切后，经60天室温放置，其抗拉强度从189.3MPa衰减至183.7MPa，衰减幅度为2.96％，随时间变化的衰减程度得到了减缓；延伸率(断后伸长率)从3.12％衰减至2.72％，衰减幅度为12.8％；与现有技术相比，由于抑制了延伸率的衰减，所以间接提高了延伸率(断后伸长率)。
现有技术的电池铝箔本身变形量达到99％以上，很难通过加工硬化来进一步提高力学性能。因此，为满足电芯厂商更高的抗拉强度、延伸率力学性能要求，常用的方法是在1060、1070、1100合金的基础上加入铜元素或增加铜元素加入量，通过固溶强化进一步提高抗拉强度。通过固溶强化的方式虽然提高了抗拉强度，但同时也带来了延伸率下降的负面作用。为了抵消这种负面作用，必须进行晶粒细化。因此，现有技术中高强度高延伸率电池铝箔往往都采用此技术路线或类似的技术路线。然而，现有技术中上述技术路线下生产出来的厚度小于15μm电池铝箔发现存在力学性能衰减的问题，比如本发明提供现有技术的对比例，通过在1系合金添加0.015～0.025％的铜元素得到所述铝箔坯料，再制成电池铝箔，如图4所示，其抗拉强度、延伸率随时间出现下降，尤其是延伸率下降幅度最大可达20％以上。导致铝箔生产厂家出货检验时满足技术要求，但电芯厂商在入库检验时不能达到力学性能技术要求。
需要说明的是，所述现有技术的对比例的电池铝箔的组分及质量百分比如下：Al≥99％，Si 0.033％，Fe 0.13％，Ti 0.025％，Cu 0.035％，Mn 0.0005％。
需要解释的是，任何元素在铝中都有溶解度，所以所述现有技术的对比例的微量元素Mn含量0.0005％在铝合金中是不可避免的，因Mn含量只有0.0005％，因此所述现有技术的对比例的Mn含量可忽略不计。
以下结合现有技术的对比例与本实施方式进行比对说明，如图1、图4所示，其中，图1为本实施例1的抗拉强度和延伸率随时间衰减曲线图，图4为对比例的抗拉强度和延伸率随时间衰减曲线图(图中0天为精轧轧制下线后所测的数据)，由图可以看出，本实施例1所得到的铝箔与对比例得到的铝箔相比，铝箔的抗拉强度随时间的衰减程度减缓，且在精轧轧制下线后的第30天开始，抗拉强度维持稳定状态，不再随时间衰减；本实施例所得到的铝箔在精轧轧制下线后的第24天开始，延伸率处于稳定状态，不再随时间衰减。而对比例所示的现有技术中，其抗拉强度随时间的增加出现大幅度衰减，在24天后，衰减速度减缓，但还处于缓慢衰减状态；延伸率从成品铝卷下线后就出现断崖式下降，直到下线第20天才开始稳定。
实施例2
实施例2与实施例1的实施方式基本相同，不同的是其组份的质量百分比：
具体的，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si 0.034％，Fe 0.15％，Ti0.027％，Cu 0.007％，Mn 0.017％，余量为铝及不可避免的杂质。
经本发明的实施例2的上述方法制备的电池铝箔，其抗拉强度和延伸率随时间衰减曲线图请参照图2所示，所述成品铝卷下线分切后，经60天室温放置，其抗拉强度从194MPa衰减至192.2MPa，衰减幅度为0.93％，随时间变化的衰减程度得到了减缓；延伸率(断后伸长率)从4.78％衰减至4.44％，衰减幅度为7.1％；与现有技术相比，由于抑制了延伸率的衰减，所以间接提高了延伸率(断后伸长率)。
实施例3
实施例3与实施例1的实施方式基本相同，不同的是其组份的质量百分比：
具体的，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si 0.039％，Fe 0.14％，Ti0.025％，Cu 0.0008％，Mn 0.0054％，余量为铝及不可避免的杂质。
需要解释的是，任何元素在铝中都有溶解度，所以所述实施例3的微量元素Cu含量0.0008％在铝合金中是不可避免的，因Cu含量只有0.0008％，因此所述实施例3的Cu含量可忽略不计，即实施例3为用元素锰替代全部铜的情况。
经本发明的实施例3的上述方法制备的电池铝箔，其抗拉强度和延伸率随时间衰减曲线图请参照图3所示，所述成品铝卷下线分切后，经60天室温放置，其抗拉强度和延伸率均无出现明显衰减。
与现有技术相比，本发明电池铝箔的加工方法利用锰在平衡相图共晶温度为658℃的条件下，锰在铝中的固溶体中的最大溶解度为1.82％，且锰与铜的原子半径比较接近，所以所述铝箔坯料中利用Mn来替代一部分Cu或者全部Cu，其中Mn 0.005～0.05％，Mn与Cu总和的质量百分比小于或等于0.1％，Mn元素的添加达到了固溶强化的作用，同时消除铜元素引起的力学性能衰减的问题，即达到了抑制电池铝箔的抗拉强度和延伸率随时间衰减的问题。
本发明提供一种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及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种电池铝箔，其特征在于，所述电池铝箔由如下组分及质量百分比组成：Si≤0.2％，Fe 0.10～0.60％，Ti 0.015～0.035％，Mn与Cu总和的质量百分比小于或等于0.1％，且Mn 0.005～0.05％，余量为铝及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的电池铝箔，其特征在于，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si≤0.2％，Fe 0.10～0.60％，Ti 0.015～0.035％，Cu 0～0.05％，Mn 0.005～0.05％，余量为铝及不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的电池铝箔，其特征在于，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si 0.035％，Fe 0.14％，Ti 0.026％，Cu 0.023％，Mn 0.0065％，余量为铝及不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的电池铝箔，其特征在于，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si 0.034％，Fe 0.15％，Ti 0.027％，Cu 0.007％，Mn 0.017％，余量为铝及不可避免的杂质。
5.根据权利要求2所述的电池铝箔，其特征在于，所述电池铝箔的组分及质量百分比如下：Si 0.039％，Fe 0.14％，Ti 0.025％，Cu 0.0008％，Mn 0.0054％，余量为铝及不可避免的杂质。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的电池铝箔的加工方法，其特征在于，所述电池铝箔采用铝箔坯料作为加工材料，具体包括以下步骤：
步骤S1、将所述铝箔坯料进行箔轧得到铝带材，再将所述铝带材进行中轧得到铝卷，其中，所述箔轧依次包括第一轧制道次、第二轧制道次和第三轧制道次，所述中轧包括第四轧制道次；
步骤S2、将所述铝卷进行精轧得到成品铝卷，所述精轧包括第五轧制道次；
步骤S3、将所述成品铝卷下线后进行分切得到所述电池铝箔。
7.根据权利要求6所述的电池铝箔，其特征在于，所述电池铝箔的加工方法的所述第一轧制道次为0.24mm～0.125mm，所述第二轧制道次为0.125mm～0.064mm，所述第三轧制道次为0.064mm～0.034mm，所述第四轧制道次为0.034mm～0.020mm，所述第五轧制道次为0.020mm～0.013mm。
8.根据权利要求7所述的电池铝箔，其特征在于，所述第一轧制道次的所述压下率为47.9％，所述第二轧制道次的所述压下率为48.8％，所述第三轧制道次的所述压下率为46.9％，所述第四轧制道次的所述压下率为41.2％，所述第五轧制道次的所述压下率为35.0％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210611 |