CN113481414A - 一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法 - Google Patents

一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法，所述铝合金箔成分的质量百分含量如下：Si0.08~0.16 wt%，Fe0.40~0.50wt%，Cu≤0.01 wt%，Mn≤0.01 wt%，Mg≤0.01wt%，Cr≤0.01 wt%,Zn≤0.02 wt%，Ti0.01~0.03 wt%，其他元素单个≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%，通过调整合金元素Fe和Si、微量元素含量及进行加工工艺控制，对材料的微观晶粒及组织进行精细控制，最终使得材料具有导电性好、塑性好及表面洁净等效果。

Description

一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属技术领域，特别涉及一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法。
背景技术
随着电池行业轻量化、高能量密度的新起，软包锂电池行业得到快速发展，广泛用于数码、储能及动力领域。锂电池极耳是指从电芯中将正负极引出来的金属导电体，极耳分为三种材料：电池的正极使用Al材料，负极使用Ni或Ni-Cu材料，它们都是由胶片和金属带两部分复合而成，本发明是讲述一种软包锂电池极耳正极Al合金箔材的制备方法。作为软包极耳正极铝合金材料，对材料组织性能及表面质量要求严格：一要导电性好，二要塑性好，180度折弯9次以上不断裂，这样才能有效预防铝材在制作成软包电池极耳时储存、运输不会折断，而影响到电池的使用，同时，要求铝材表面洁净，以便和胶片复合牢固，保证胶片与软包铝塑膜热封牢固，防止电解液泄漏，对电池的安全性产生致命影响。因此，铝材的稳定性至关重要，要求软包锂电池极耳正极用铝材具有优良的导电、高塑性和洁净的表面。
1系合金具有优良的导电性和高的塑性，被广泛用于强度不高的导电体材料中，为获得稳定的高塑性，材料必须具有细小、均一的微观组织，如细小的晶粒、细小且弥散分布的金属间化合物。细小、均一的晶粒和组织是通过一种特殊的加工工艺来保证，因此有必要开发出一种1系铝合金箔材，兼顾优良的导电、高塑性和洁净的表面，用于软包电池极耳正极用的铝合金箔及其加工工艺。
因此，发明一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法，所述铝合金箔成分的质量百分含量如下：Si0.08~0.16 wt%，Fe0.40~0.50wt%，Cu≤0.01 wt%，Mn≤0.01 wt%，Mg≤0.01wt%，Cr≤0.01 wt%,Zn≤0.02 wt%，Ti0.01~0.03 wt%，其他元素单个≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%。
优选的，包括如下步骤：
步骤一、使用铝锭AL99.70熔化，按设计成分铸成铸锭，严格控制Fe、Si和Ti的含量，其他元素含量单个≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%；
步骤二、铸锭进行均匀化退火，温度范围为580~610 ℃，保温5-10h，后降温到490℃，保温2h；
步骤三、出炉热轧成2.5~4.5mm厚卷材；
步骤四、将2.5~4.5mm厚热轧卷材冷却后轧到0.5~0.65mm厚度，进行退火，退火温度320~360℃，保温时间4~10h；
步骤五、再将0.5~0.65mm卷材轧到成品厚度，负压退火成O态，检验性能、表面刷水合格后交付。
优选的，所述Fe质量百分含量优选为0.40~0.50wt%; 所述Si质量百分含量优选为0.08~0.16wt%;所述Ti质量百分含量优选为0.01~0.03wt%; 所述其他元素质量百分含量优选为单个≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%。
优选的，所述步骤三中热轧终轧温度控制在280~320℃。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过调整合金元素Fe和Si、微量元素含量及进行加工工艺控制，对材料的微观晶粒及组织进行精细控制，最终使得材料具有导电性好、塑性好及表面洁净等效果。
附图说明
图1为本发明的实施例表面晶粒度大小及分布示意图。
图2为本发明的实施例表面化合物大小及分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图所示的一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法，其特征在于：所述铝合金箔成分的质量百分含量如下：Si0.08~0.16 wt%，Fe0.40~0.50wt%，Cu≤0.01 wt%，Mn≤0.01 wt%，Mg≤0.01wt%，Cr≤0.01 wt%,Zn≤0.02 wt%，Ti0.01~0.03 wt%，其他元素单个≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%。
进一步的，在上述技术方案中，包括如下步骤：
步骤一、使用铝锭AL99.70熔化，按设计成分铸成铸锭，严格控制Fe、Si和Ti的含量，其他元素含量单个≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%；
步骤二、铸锭进行均匀化退火，温度范围为580~610 ℃，保温5-10h，后降温到490℃，保温2h；
步骤三、出炉热轧成2.5~4.5mm厚卷材；
步骤四、将2.5~4.5mm厚热轧卷材冷却后轧到0.5~0.65mm厚度，进行退火，退火温度320~360℃，保温时间4~10h；
步骤五、再将0.5~0.65mm卷材轧到成品厚度，负压退火成O态，检验性能、表面刷水合格后交付。
进一步的，在上述技术方案中，所述Fe质量百分含量优选为0.40~0.50wt%; 所述Si质量百分含量优选为0.08~0.16wt%;所述Ti质量百分含量优选为0.01~0.03wt%; 所述其他元素质量百分含量优选为单个≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%；
进一步的，在上述技术方案中，所述步骤三中热轧终轧温度控制在280~320℃。
需要说明的是：
1系铝合金中的Fe是主要合金化元素，会与基体Al及Si形成：FeAl3、α（AlFeSi）、β（AlFeSi）相，起固溶强化作用，会提高合金强度。Fe元素含量高时，形成的上述化合物相多且聚积在晶界处，这些化合物与Al基体结合不紧密，后续加工变形时，易在晶界处会形成断裂，影响到其冲压加工性能，同时，也影响到材料组织的一致性。若Fe含量偏低时，材料的强度和塑性会降低。
Si含量高时会形成游离Si，游离Si为硬脆项，降低材料的塑性。在Si含量一定的情况下，Fe/Si含量比小于3时，铸锭中容易形成粗大的针状β（AlFeSi）相，经后续的热处理很难溶解到基体中，残留的粗大针状β（AlFeSi）相对材料的塑性极其有害。而当Fe/Si含量比大于5时，Fe过剩会形成粗大针片状FeAl3硬脆相，大大降低材料塑性。当Fe/Si含量比值在3~5之间时，会形成球状α（AlFeSi）相，其各向异性小，既会提高材料的强度又会增加材料的塑性。故综合考虑Fe和Si元素间的相互影响，选择Fe含量在0.40~0.50wt%，Si含量在0.08~0.16 wt%，同时满足Fe/Si含量比在3~5间为佳。
Ti元素主要起晶粒细化作用，一般含量控制在0.01~0.03%为宜，太低细化晶粒效果差，太高时当添加含量达到0.03%以上，晶粒细化效果达到饱和状态，多余的Ti质点也不会起到细化晶粒作用，同时会增加成本。其他杂质元素会和Al基体形成硬脆相化合物，降低铝合金材料的塑性，故单个元素含量要求≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%。
获得上述成分的1系铝合金铸锭后，经锯切铣面，再进行后续的加工：
(1)铸锭进行均匀化退火，温度范围为580~610 ℃，保温5-10h，后降温到490℃，保温2h，出炉热轧成2.5~4.5mm厚卷材，热轧终轧温度控制在280~320℃。
将2.5~4.5mm厚热轧卷材冷却后，轧到0.5~0.65mm厚度，进行退火，退火温度320~360℃，保温时间4~10h。
再将0.5~0.65mm卷材轧到成品厚度，负压退火成O态，检验性能、表面刷水合格后交付客户。
通过以上的成分及工艺控制，可使得1系铝合金箔材料微观晶粒和组织细小且均匀分布，见图1表面晶粒度大小及分布和图2表面化合物大小及分布，加工变形时材料各向异性小，稳定性好，制成软包锂电池极耳正极材料，宏观性能上，材料的抗拉强度：70~80MPa，屈服强度：≥30MPa，伸长率：≥25%，完全满足软包锂电池极耳正极材料180度折弯9次以上不裂、导电性好和表面洁净等技术要求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法，其特征在于：所述铝合金箔成分的质量百分含量如下：Si0.08~0.16 wt%，Fe0.40~0.50wt%，Cu≤0.01 wt%，Mn≤0.01wt%，Mg≤0.01wt%，Cr≤0.01 wt%,Zn≤0.02 wt%，Ti0.01~0.03 wt%，其他元素单个≤0.01wt%，Al≥99.30 wt%。
2.根据权利要求1所述的一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、使用铝锭AL99.70熔化，按设计成分铸成铸锭，严格控制Fe、Si和Ti的含量，其他元素含量 单个≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%；
步骤二、铸锭进行均匀化退火，温度范围为580~610 ℃，保温5-10h，后降温到490℃，保温2h；
步骤三、出炉热轧成2.5~4.5mm厚卷材；
步骤四、将2.5~4.5mm厚热轧卷材冷却后轧到0.5~0.65mm厚度，进行退火，退火温度320~360℃，保温时间4~10h；
步骤五、再将0.5~0.65mm卷材轧到成品厚度，负压退火成O态，检验性能、表面刷水合格后交付。
3.根据权利要求2所述的一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法，其特征在于：所述Fe质量百分含量优选为0.40~0.50wt%; 所述Si质量百分含量优选为0.08~0.16wt%;所述Ti质量百分含量优选为0.01~0.03wt%; 所述其他元素质量百分含量优选为单个≤0.01 wt%，Al≥99.30 wt%。
4.根据权利要求2所述的一种软包锂电池极耳正极用1系铝合金箔材的制备方法，其特征在于：所述步骤三中热轧终轧温度控制在280~320℃。
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