CN113042529A - 一种锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法，包括：（1）铸轧工艺：调整投料成分，投料包括纯铝锭和废料，纯铝锭重量占总重量的99.20%，废料中铁的重量占投料总重量的0.35%至0.50%，废料中铜的重量占投料总重量的0.08%至0.15%；（2）冷轧工艺；（3）板带工艺：所述板带工艺中包括中间退火工艺；（4）箔轧工艺：对第一道次至第五道次的工作辊进行凸度调整和粗糙度调整；将中间退火工艺后得到的厚度为0.2‑0.4mm铝箔毛料依次经过第一道次至第五道次进行箔轧，箔轧完成后得到0.008mm锂电池集流体用双面光铝箔。本发明能提高0.008mm锂电池集流体用双面光铝箔的生产效率。

Description

一种锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法
技术领域
本发明属于锂电池制造领域，具体涉及一种锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法。
背景技术
随着市场经济的快速发展，铝箔产品的用途越来越广泛，从医药、软包装到卡纸、烟包装，从酒标、制管到空调、电子，再到容器、家用，铝箔已经逐渐渗透到了各行各业及发明人的日常生产当中。这其中，随着国内电子行业及电动汽车行业的快速发展，各类电池的需求量也在逐年增加，随之而来的，就是与之配套的相关产品的需求量的不断增加，电池用铝箔就是其中之一。
电池用铝箔指应用于生产各种电池的铝箔产品，电池箔产品主要应用于手机电池、汽车电瓶用电池等领域。这种产品不同于普通用途的铝箔产品，要求产品的导电性能高，强度高，表面质量好。目前国内高档次的电池箔产品主要依赖进口。随着国内外电子行业的迅速发展，电池箔的用量将逐年增加，预计在今后几内年，将以每年20％左右的速度增长，照此速度，今后电池箔将会成为铝箔产品的又一重要品种。
发明人通常所说的电池用铝箔，实际上是指用于锂离子电池正极材料的铝箔，而在电池中，其它用途的铝箔也有很多，如电池软包用铝塑膜、极耳、以及改性后的涂炭箔，电蚀箔等。所以，单纯的称之为电池箔是不够科学和全面的。实际上，现在发明人通常所说的电池箔，不是字面上的电池用铝箔，而应该是指锂电池集流体用的非改性铝箔，这种要与用在电池上的其它用途的铝箔区分开来。它一方面是集流体的电极，另一方面又作为锂电正极或负极材料的载体。也就是锂电材料要涂到它上面去。因此，更准确的定义，应是锂电池集流体用铝箔。
对于铝箔产品而言，其理论上的电池可轧厚度，是0.012mm，也就是说，从理论上说，单张轧制铝箔的最小厚度，只能达到0.012mm，如果要生产出厚度小于0.012mm的产品，必须要通过双合轧制的工艺途径来实现。近年来，随意铝箔工艺技术的不断发展，铝箔的厚度越来越薄。单面光铝箔，目前已经可以批量生产0.0045mm，双面光铝箔，目前已经可以批量生产0.01mm。但就双面光来说，厚度要达到0.008mm，并且还要达到高强度，高延伸，其生产难度非常大，一是单张轧制0.008mm，本身就是一项技术难题，国内甚至国外没有成功的先例。再加上要达到高强度，高延伸，其生产难度就更大。
发明内容
因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法，以提高0.008mm锂电池集流体用双面光铝箔的生产效率。
为了实现上述目的，提供一种锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法，包括：
(1)铸轧工艺：
a.调整投料成分，投料包括纯铝锭和废料，其中纯铝锭重量占总重量的 99.20％，废料中铁的重量占投料总重量的0.35％至0.50％，废料中铜的重量占投料总重量的0.08％至0.15％；
b.将废料投入熔体，再投入纯铝锭，形成铝液；对所述铝液进行管式过滤；对所述铝液进行除气，确保除气后铝液氢含量≤0.12ml/100gAl；
c.对铝液进行处理，通过铸轧辊进行铸轧，再由卷取装置卷取成冷轧卷；
(2)冷轧工艺：利用冷轧机对冷轧卷进行压下冷轧，冷轧后的铝箔毛料厚度为3.0-5.0mm；
(3)板带工艺：所述板带工艺中包括中间退火工艺：对冷轧后的铝箔进行中间退火，其中，第一阶段中间退火温度为550℃，时间保持25-33小时；第一阶段后的第二阶段中间退火温度为530℃，时间保持3-5小时；中间退火工艺后，得到铝箔毛料的厚度为0.2-0.4mm；
(4)箔轧工艺：
a.分配轧制压下道次压下厚度：
第一道次：0.26mm
第二道次：0.12mm
第三道次：0.055mm
第四道次：0.023-0.026mm
第五道次：0.011-0.013mm
b.对所述第一道次至第五道次的工作辊进行凸度调整和粗糙度调整；
c.将中间退火工艺后得到的厚度为0.2-0.4mm铝箔毛料依次经过第一道次至第五道次进行箔轧，箔轧完成后得到0.008mm锂电池集流体用双面光铝箔。
进一步地，所述箔轧工艺中，对所述第一道次至第五道次的工作辊进行凸度调整和粗糙度调整，具体为：
道次 凸度‰ 粗糙度,μm
一 40-50 0.23-0.27
二 40-50 0.23-0.27
三 50-70 0.12-0.15
四 60-100 0.10-0.13
五 60-100 0.10-0.13
。
进一步地，
所述铸轧工艺中，板形参数如下：
同板差：0～0.03mm；
中凸度：0～0.035mm；
板形曲线：抛物线形状。
进一步地，
所述铸轧工艺中，铸轧工艺参数如下：
铸轧速度：750-1000mm/min；
铸轧区长度：55-65mm。
与现有技术相比，本发明调整铝箔的合金成份的配比，提高了产品的稳定性；调整了中间退火工艺，对退火厚度、退火时间和退火温度进行进一步优化，提高材料的加工硬化程度，从而提高产品的强度指标。对于轧制压下道次分配进行了调整，以提高粗轧道次加工率，降低精轧道次加工率，从而减少表面带油缺陷。本发明提高了产品结构的合理性、使用的可靠性和简便性，有效提高了操作效率。且便于加工、成本低，有利于实现批量化生产。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
0.008mm双面光铝箔生产困难，从技术的角度分析，主要有以下几个方面：
①与0.009双面光铝箔相比，其出口厚度进一步降低，不仅远远超出铝箔最小可轧厚度的极限，而且，在国内外没有任何经验可以借鉴参考。生产过程中，不仅穿带困难，而且断带产生的可能性更高，更加难于形成稳定的轧制过程。
②由于出口厚度的进一步减薄，对于坯料内部质量的要求就更高，坯料必须具体高质量的熔体控制水平，并且保持组织均匀稳定，才有可能生产出这一高难度产品。
③由于产品加工硬化的影响，随着铝箔厚度的进一步减薄，材料的变形抗力
提高，这给生产过程带来了更大的困难，特别是对轧制工艺的要求更高。找到合适的轧制工艺的难度就更大。
④由于轧制加工困难，轧制力升高，、板形缺陷的几率增加。
以上几个现象，发明人进行了认真的原因分析，认为主要有以下几项原因：
①0.008mm双面光，相当于双合轧制的0.004mm的厚度，目前这个厚度国内外还没有稳定批量的生产出来过。双合轧制本身就已经很困难，单张轧制时，对于轧制工艺及操作人员操作的要求就更为严格。生产过程中，穿带困难，同时，轧制过程中很容易发生断带，这是生产这种产品的难点所在。
②坯料质量的提升，需要在设备的硬件水平及控制标准上进行双重升级。生产0.008mm产品，一是在铸轧工序采用了高精度的管式过滤，二是氢含量的控制标准上，从原来的≤0.12ml/100gAl降低到≤0.11ml/100gAL。以上变化，主要目的是进一步提高熔体质量，保证后续的工艺技术改进提供有利的条件。
③由于采取了相应的工艺措施提高了材料的强度，使得产品轧制生产的难度增加，直接的反映就是轧制道次的增加、轧制速度的加快、轧制力的增加。特别是生产如此厚度的双面光产品，对于工艺控制及操作的要求就更高。
④对于产品的板形质量及表面质量就更加难于控制，生产过程中，板形局部松，表面起棱等问题会更加容易出现。由于轧制过程中的张力要远远大于客户在使用过程中的张力，在轧制过程中，产生的局部板形缺陷往往无法检测到，即使到了后部的分切工序，生产使用的张力值也远远大于用户使用过程的张力值，因而，生产过程中，对板形控制的要求很高。由于在铝箔生产过程中，板形自动控制系统(AFC)检测的均是在带张力状态下的在线板形，与离线板形有差距，所以，生产的控制难度增大。必须在检查过程中，增加离线检测板形的控制过程，然后根据检测情况，及时对轧制工艺参数进行修正。
下面详细介绍一下本发明工艺路线及解决方案的设计思路：
一、生产工艺路线
0.008mm超薄双面光电池箔工艺路线如下：
Figure BDA0002341507080000051
生产过程工序控制要求：
1.1铸轧工序：
投料结构
废料比例为(0-20)％的废料，其余为纯铝锭。
熔体质量控制
炉料要保持清洁，熔体质量良好，满足铝箔生产要求氢含量控制：≤ 0.12ml/100gAl
板形质量控制
同板差：0～0.03mm；
中凸度：0～0.035mm；
板形曲线：抛物线状，无楔形板、肋厚(凹板)等缺陷
铸轧工艺参数
铸轧速度：750-1000mm/min
铸轧区长度：55-65mm
1.2板带工序
板形质量控制
每次更换工作辊后，要坚持预热轧辊10分钟以上，成品道次前，要先生产厚料2～3卷，以提高轧辊热凸度，稳定辊型；
跟据产品的宽度及合金品种，选择合适的板形控制曲线，以确保板形质量；
保板形控制系统正常：每次更换支承辊时，对喷淋系统及辊系的正常状态进行确认，发现异常及时处理；
表面质量控制
上料前采用干净的抹布清理掉铝卷表面灰尘，每道次均采用干净抹布对轧机导辊清擦一遍，应定期清理出入口小车、步进梁小车表面的油泥、异物以保持小车表面干净；
严格按照换辊程序进行换辊；
出成品前应取样以明确轧辊状态，是否符合产品的表面要求，通过首卷成品的检查来避免批量出现带有轧辊印痕、表面条纹等缺陷的产品；
确保轧制油过滤系统正常，以确保轧制表面质量；
套筒表面的的清洁干净。出现打底起棱时，切断来保证打底质量不形成套筒印痕或打底起棱；
上机轧制前检查端面情况，并用砂布或棉布对端面的凸起物进行处理，对表面较脏或糟蹋不好的外圈应进行切除或扒料，确保轧制过程不产生无金属或非金属压入；
中间退火工艺
中间退火厚度：3.0-5.0mm
中间退火制度：550℃×(20-29)小时+530℃×(3-5)小时
1.3铝箔工序
毛料规格状态：0.2-0.4mm(具体宽度视合同宽度定)，1100(1N00)H18，轧制道次压下分配：见表一：
表一：0.008mm双面光电池箔铝箔压下道次分配
成品厚度mm 压下道次分配mm
0.008 0.26-0.12-0.055-(0.023-0.026)-(0.012-0.014)-0.008
成品道次轧辊使用情况：见表二
表二：0.008mm双面光电池箔成品道次轧辊使用情况
成品厚度mm 轧辊号 轧辊凸度‰ 轧辊粗糙度(Ra)μm
0.008 220-320 60-100 0.10-0.13
成品道次添加剂比例：7-10％
平均道次加工率：48.1％
本发明的技术效果如下：
1、调整了产品的合金成份的配比
合金成分，原控制范围虽符合国标要求，但主要成分的控制范围较宽，批量生产时，产品的稳定性不利于保证。由于0.008mm双面光产品的加工难度大，对于产品的稳定性要求较高，因此考虑将主要的几种合金元素的控制范围在原有的条件下进一步缩窄，有利于产品稳定性的提高。
2、调整了中间退火工艺
将板带的中间退火工艺进行了调整，将退火厚度由原来的0.7-2.5mm提高到3.0-5.0mm，同时，调整了退火温度和退火时间。退火厚度的改变，是通过总加工率的提高，提高材料的加工硬化程度，从而提高产品的强度指标；退火温度提高和升温时间的延长，有助于提高材料内部组织的均匀性，更有利于后部工序的加工及产品质量的稳定。
3、对于轧制压下道次分配进行了调整
对于铝箔工序的轧制压下分配进行了调整，主要的思路是：提高粗轧道次加工率，降低精轧道次加工率，其主要原因是：由于中间退火厚度的提高，使得材料的强度得到很大提高，这时适当降低成品道次的道次加工率，有助于稳定轧制速度，减少表面带油缺陷。
4、对于铝箔工序的工作辊进行了调整
工作辊的调整主要有以下几点：
a)缩小粗轧辊的粗糙度范围，使控制更加精确
b)对于最后两个道次的工作辊的凸度进行了调整，主要是为了控制高强度产品的板形质量。
c)对于最后一个道次的工作辊粗糙度进行了调整，主要是根据试验生产的情况，提高产品表面质量，减少局部串泡和表面起棱缺陷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法，其特征在于，
(1)铸轧工艺：
a.调整投料成分，投料包括纯铝锭和废料，其中纯铝锭重量占总重量的99.20％，废料中铁的重量占投料总重量的0.35％至0.50％，废料中铜的重量占投料总重量的0.08％至0.15％；
b.将废料投入熔体，再投入纯铝锭，形成铝液；对所述铝液进行管式过滤；对所述铝液进行除气，确保除气后铝液氢含量≤0.12ml/100gAl；
c.对铝液进行处理，通过铸轧辊进行铸轧，再由卷取装置卷取成冷轧卷；
(2)冷轧工艺：利用冷轧机对冷轧卷进行压下冷轧，冷轧后的铝箔毛料厚度为3.0-5.0mm；
(3)板带工艺：所述板带工艺中包括中间退火工艺：对冷轧后的铝箔进行中间退火，其中，第一阶段中间退火温度为550℃，时间保持25-33小时；第一阶段后的第二阶段中间退火温度为530℃，时间保持3-5小时；中间退火工艺后，得到铝箔毛料的厚度为0.2-0.4mm；
(4)箔轧工艺：
a.分配轧制压下道次压下厚度：
第一道次：0.26mm
第二道次：0.12mm
第三道次：0.055mm
第四道次：0.023-0.026mm
第五道次：0.011-0.013mm
b.对所述第一道次至第五道次的工作辊进行凸度调整和粗糙度调整；
c.将中间退火工艺后得到的厚度为0.2-0.4mm铝箔毛料依次经过第一道次至第五道次进行箔轧，箔轧完成后得到0.008mm锂电池集流体用双面光铝箔。
2.如权利要求1所述的锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法，其特征在于，
所述箔轧工艺中，对所述第一道次至第五道次的工作辊进行凸度调整和粗糙度调整，具体为：
道次 凸度‰ 粗糙度,μm 一 40-50 0.23-0.27 二 40-50 0.23-0.27 三 50-70 0.12-0.15 四 60-100 0.10-0.13 五 60-100 0.10-0.13
。
3.如权利要求1所述的锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法，其特征在于，
所述铸轧工艺中，板形参数如下：
同板差：0～0.03mm；
中凸度：0～0.035mm；
板形曲线：抛物线形状。
4.如权利要求1所述的锂电池集流体用双面光铝箔的生产方法，其特征在于，
所述铸轧工艺中，铸轧工艺参数如下：
铸轧速度：750-1000mm/min；
铸轧区长度：55-65mm。
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