CN114150188A - 超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔及其生产工艺 - Google Patents

超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔及其生产工艺，通过对坯料熔铸化学成分的控制、热轧、冷轧生产工艺的改进，铝箔轧制工艺、分切工艺和电晕工艺的摸索试验，确定了10μm双面光锂电池用铝箔的最佳工艺路线，利用本发明工艺制作的铝箔厚度10μm，抗拉强度≥260Mpa，延伸率2％以上，板型下榻量≤8mm，表面润湿性≥33Dyne，产品表面质量、板型质量、切边质量和表面润湿性均表现优异，满足国内外高端电池箔客户的要求，工艺可靠，生产稳定，达到国内先进水平。

Description

超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔及其生产工艺
技术领域
本发明涉及软包电池封装的技术领域，特别是指一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔及其生产工艺。
背景技术
电池用铝箔指的是用于锂离子电池正极材料的铝箔产品，在电池中，铝箔用途有很多，如涂炭箔、光箔、电池铝外壳、电蚀箔、极耳等，最为常见的是应用于3C数码、储能、电动汽车等领域。电池用铝箔不同于普通用途的铝箔产品，它要求产品的机械性能好，表面质量好，导电性能高。2020年国内电池箔出货量6万吨，同比增长16％，预计2021年出货量12万吨。随着国内外电子行业、电动汽车的高速发展，锂离子正极材料集流体的电池箔用量也迅速增加，根据行业预测，预计未来几年，将以每年20％左右的速度增长。
国内电池箔客户主要分布在三大区：长三角区、珠三角区和东北地区，国外电池箔客户以日韩、欧美企业为主。动力电池因追求较大的能量密度，除了在正极材料上提高压实密度、提高充电电压外，尽可能的将铝箔减薄，目前使用最广泛工艺成熟的动力电池箔产品厚度在0.012mm及以上，数码类铝箔，其厚度相对更薄一些，最薄厚度达到了0.009mm，甚至0.008mm。
对于双面光铝箔产品，其理论上的可轧厚度，是0.012mm，近年来，随着铝箔加工工艺技术的不断发展，要求轧制的双面光铝箔厚度越来越薄。目前工艺成熟、可大批量稳定生产的是0.012mm，但厚度要达到0.010mm，并且要达到高强度，满足客户使用要求，对生产技术、设备精度的要求都非常高，技术难度大，国内外具备稳定生产0.01mm双面光铝箔的厂家屈指可数。
10μm超薄双面光铝箔产品在电池用铝箔产品中属于技术前端，现有10μm超薄双面光锂电池用铝箔生产过程包括如下步骤：
A.投料
将1100合金板与金属添加材料投放至熔炼炉中进行熔炼，具体的化学成分表如下：
Figure BDA0003401573070000021
B.熔铸
将熔炼后的熔体通过铸造机铸造；
C.热轧
先进行粗轧，上辊刷扭矩20～50，下辊刷扭矩30～45；
再进行精轧，上辊刷扭矩30～60，下辊刷扭矩30～45，
热终轧温度≥320℃；
热终轧厚度为2～3.5mm；
热精轧凸面率按0.4±0.1控制；
D.冷轧
对热轧卷进行往复多道冷轧至厚度为0.18～0.32mm，压下道次分配为3～4道次；
E.箔轧
将冷轧后的轧卷经多道精轧制成厚度为0.01mm的双面光铝箔成品，压下道次分配为:
(0.18mm～0.32mm)-(0.09mm～0.15mm)-(0.046mm～0.072mm)-(0.024mm～0.034mm)-(0.0125mm～0.016)-0.01mm，具体参数如下：
Figure BDA0003401573070000022
Figure BDA0003401573070000031
F.分切
采用被动式的鲁茨刀片进行精切，刀片润滑方式采用润滑液手动控制点滴的速度。
现有10μm超薄双面光锂电池生产工艺主要存在以下不足：
1、超薄双面光铝箔超出轧机极限范围，生产过程咬入困难，容易断带，对机台和操作手都提出很高要求，稍有控制不良，难以稳定生产。
2、1100合金成分基本按国标进行控制，范围较大，生产0.01mm双面光产品时生产较难控制，稳定性无法得到保证。
3、现有工艺制作的铝箔表面质量及板型质量差，抗拉强度250～260Mpa，板型下榻量≤10mm，表面润湿性≥28Dyne；
4、10μm铝箔应用在动力电池上，对安全性、一致性要求高，铝箔分切过程产生的铝屑会造成电池短路，铝箔表面印痕、凹凸点等表面质量会影响产品一致性，现有分切工艺时，鲁茨刀片为被动式，会有切边裂口、缺口及毛刺的产生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可提高产品稳定性的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔，其包括以下化学成分百分比的原材料合金：
Figure BDA0003401573070000041
本发明一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔在现有1100合金成分的基础上，将合金元素含量及含量范围进一步缩窄，有利于产品稳定性的提高。
本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种产品稳定性好、表面质量及板型质量好的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺，其包括以下步骤：
步骤A：投料
将以下化学成分百分比的原料合金投放至熔炼炉中进行熔炼，具体的化学成分表如下：
Figure BDA0003401573070000042
步骤B.熔铸
将熔炼后的熔体通过铸造机铸造；
步骤C.热轧
先进行粗轧，上辊刷扭矩25～50，下辊刷扭矩30～45；
再进行精轧，上辊刷扭矩30～60，下辊刷扭矩30～45；
热终轧温度≥330℃；
热终轧厚度为2～3.2mm；
热精轧凸面率按0.35～0.5控制；
步骤D.冷轧
对热轧卷进行往复多道冷轧；
步骤E.箔轧
毛料规格状态厚度0.2～0.3mm；
工作辊的轧制1～3道次的凸度均为30‰～50‰，粗糙度Ra均为0.1μm～0.15μm，轧制4道次的凸度为30‰～80‰，粗糙度Ra为0.1μm～0.15μm；轧制成品道次的凸度为60‰～90‰，粗糙度Ra为0.05μm～0.085μm；成品厚度为0.01mm；
成品道次添加剂比例：7－12％；
平均道次加工率：40～50％；
步骤F.分切。
进一步，所述步骤D中，压下道次分配为(2mm～3.2mm)-(1.0mm～1.3mm)-(0.4mm～0.6mm)-(0.2mm～0.3mm)。
进一步，所述步骤E中，成品厚度为0.01mm，压下道次分配为(0.2mm～0.3mm)～(0.1mm～0.14mm)～(0.05mm～0.07mm)～(0.024mm～0.033mm)～(0.0125mm～0.0155mm)～0.01mm。
进一步，步骤F中，采用圆盘刀进行精切，刀片润滑方式采用增加蠕动泵均匀滴速。
进一步，本发明一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺还包括：
步骤G.电晕
电晕功率为32～64KW，电晕速度为60～150m/min，电晕次数为1～3次。
采用上述方案后，本发明一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺相较于现有技术，其具有以下优点：
1、调整了产品的合金成份的配比
1100合金成分基本按国标进行控制，范围较宽，生产0.01mm双面光产品时生产较难控制，稳定性无法得到保证，因此，本发明将合金元素含量的控制范围进一步缩窄，有利于产品稳定性的提高。
2、调整了热轧、冷轧工艺
将板带热轧冷轧工艺进行了调整，将热终轧厚度由原来的2～3.5mm降低到2～3.2mm，热终轧温度由320℃提高到330℃，冷轧由3～4道次调整为3个道次。热终轧温度的提高，有助于在结晶度较高时完成热加工变形，提高材料内部组织的均匀性，有利于后部工序的加工及产品质量的稳定。热终轧厚度和冷轧道次的降低主要是在总的加工率不变的情况下，减少冷加工变形率，从而保证材料的强度和较好的加工特性，维持较好的延伸率。
3、调整了轧制压下道次分配
对于箔轧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：由于坯料生产工艺的调整，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、调整了铝箔工序的工作辊参数
工作辊的调整主要有以下两点：
①缩小工作辊的凸度范围，主要是为了控制高强度产品的板形质量；
②缩小工作辊的粗糙度范围，使控制更加精确，有助于稳定轧制速度，控制板形，减少表面带油缺陷。
5、调整了精切工艺
采用主动式圆盘刀，刀片匀速转动，切边质量保持一致性，不易产生缺口、裂口缺陷；增加蠕动泵均匀控制滴速，润滑液均匀的流速带走刀片摩擦生产的热量，保护刀片刀刃持久切割性能，从而使得成品端面光滑均匀，减少铝丝、铝屑的产生。
6、增加电晕工艺
通过工艺摸索试验，摸索出了适合本产品的最佳电晕工艺，满足客户要求的同时使生产效率最大化。
本发明通过对坯料熔铸化学成分的控制、热轧、冷轧生产工艺的改进，铝箔轧制工艺、分切工艺和电晕工艺的摸索试验，确定了10μm双面光锂电池用铝箔的最佳工艺路线，利用本发明工艺制作的铝箔厚度10μm，抗拉强度≥260Mpa，延伸率2％以上，板型下榻量≤8mm，表面润湿性≥33Dyne，产品表面质量、板型质量、切边质量和表面润湿性均表现优异，满足国内外高端电池箔客户的要求，工艺可靠，生产稳定，达到国内先进水平。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施案例来对本发明进行详细阐述。
本发明揭示了一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺，其包括以下步骤：
步骤A：投料
将以下化学成分百分比的原料合金投放至熔炼炉中进行熔炼，具体的化学成分表如下：
Figure BDA0003401573070000071
与现有组份相比，本发明对配料合金成分的元素含量及含量的范围进行了调整，调整之后，范围更窄，通过生产试验摸索出上表最优合金成分，如此可提高产品的稳定性。
步骤B.熔铸
将熔炼后的熔体通过铸造机铸造；
步骤C.热轧
先进行粗轧，上辊刷扭矩25～50，下辊刷扭矩30～45；
再进行精轧，上辊刷扭矩30～60，下辊刷扭矩30～45；
热终轧温度≥330℃；
热终轧厚度为2～3.2mm；
热精轧凸面率按0.35～0.5控制；
相较于现有的热轧工序，本发明将热终轧厚度由原来的2～3.5mm降低到2～3.2mm，热终轧温度由320℃提高到330℃，热终轧温度的提高，有助于在结晶度较高时完成热加工变形，提高材料内部组织的均匀性，有利于后部工序的加工及产品质量的稳定。
步骤D.冷轧
对热轧卷进行往复多道冷轧，压下道次分配如下：
成品厚度mm 压下道次分配mm
0.2～0.3 (2～3.2)～(1.0～1.3)～(0.4～0.6)～(0.2～0.3)
相较于现有冷轧工序，本发明冷轧由3～4道次调整为3个道次，冷轧道次的降低与上述步骤C中，热终轧厚度的降低都是在总的加工率不变的情况下，减少冷加工变形率，从而保证材料的强度和较好的加工特性，维持较好的延伸率。
步骤E.箔轧
毛料规格状态厚度0.2～0.3mm；
压下道次分配如下表：
Figure BDA0003401573070000081
工作辊参数如下：
轧制道次 凸度‰ 粗糙度Ra,μm
1 30～50 0.1～0.15
2 30～50 0.1～0.15
3 30～50 0.1～0.15
4 30～80 0.1～0.15
5 60～90 0.05～0.085
成品道次添加剂比例：7－12％；
平均道次加工率：40～50％；
相较于现有的铝箔工序，本发明对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：由于坯料生产工艺的调整，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。对工作辊的调整主要有以下两点：
1、缩小工作辊的凸度范围，主要是为了控制高强度产品的板形质量；
2、缩小工作辊的粗糙度范围，使控制更加精确，有助于稳定轧制速度，控制板形，减少表面带油缺陷。
步骤F.分切
采用圆盘刀进行精切，刀片润滑方式采用增加蠕动泵均匀滴速。
相较于鲁茨刀片(被动式)，本发明采用主动式的圆盘刀进行精切可降低切边裂口、缺口的产生，大大减少毛刺的产生，匀速切割保持切边的一致性，增加蠕动泵控制润滑液均匀滴到刀片上，刀片所带的铝粉被均匀的清洁和刀片均匀的冷却，刀片的一致性更加稳固，切边端面均匀光滑无铝屑、铝丝。
一些用户对正极材料与铝箔附着力要求高，为防止客户端漏涂，本发明还对铝箔进行表面除油，结合铝箔产品性能和达因值的要求进行电晕处理，通过实验摸索出最佳电晕工艺，即本发明还包括：
步骤G.电晕
电晕参数如下：
电晕功率 电晕速度 电晕次数
32～64KW 60～150m/min 1～3次
具体的电晕试验，如下表：
Figure BDA0003401573070000101
通过电晕试验，可摸索出适合本产品的最佳电晕参数，满足客户要求的同时使生产效率最大化。
上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (6)

1.超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔，其特征在于，包括以下化学成分百分比的原材料合金：Si≤0.2％，Fe 0.4％～0.7％，Zn≤0.05％，Cu 0.1％～0.15％，Mn≤0.05％，Ti0.01％～0.03％，其它单个＜0.05％，Al≥99％。
2.超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：投料
将以下化学成分百分比Si≤0.2％，Fe 0.4％～0.7％，Zn≤0.05％，Cu0.1％～0.15％，Mn≤0.05％，Ti 0.01％～0.03％，其它单个＜0.05％，Al≥99％的原料合金投放至熔炼炉中进行熔炼；
步骤B.熔铸
将熔炼后的熔体通过铸造机进行铸造；
步骤C.热轧
先进行粗轧，上辊刷扭矩25～50，下辊刷扭矩30～45；
再进行精轧，上辊刷扭矩30～60，下辊刷扭矩30～45；
热终轧温度≥330℃；
热终轧厚度为2～3.2mm；
热精轧凸面率按0.35～0.5控制；
步骤D.冷轧
对热轧卷进行往复多道冷轧；
步骤E.箔轧
毛料规格状态厚度0.2～0.3mm；
工作辊的轧制1～3道次的凸度均为30‰～50‰，粗糙度Ra均为0.1μm～0.15μm，轧制4道次的凸度为30‰～80‰，粗糙度Ra为0.1μm～0.15μm；轧制成品道次的凸度为60‰～90‰，粗糙度Ra为0.05μm～0.085μm；成品厚度为0.01mm；
成品道次添加剂比例：7－12％；
平均道次加工率：40～50％；
步骤F.分切。
3.如权利要求2所述的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于：步骤D中，压下道次分配为(2mm～3.2mm)-(1.0mm～1.3mm)-(0.4mm～0.6mm)-(0.2mm～0.3mm)。
4.如权利要求2所述的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于：所述步骤E中，成品厚度为0.01mm，压下道次分配为(0.2mm～0.3mm)-(0.1mm～0.14mm)-(0.05mm～0.07mm)-(0.024mm～0.033mm)-(0.0125mm～0.0155mm)-0.01mm。
5.如权利要求2所述的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于：步骤F中，采用圆盘刀进行精切，刀片润滑方式采用增加蠕动泵均匀滴速。
6.如权利要求2～5任意一项所述的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺，其特征在于，还包括：
步骤G.电晕
电晕功率为32～64KW，电晕速度为60～150m/min，电晕次数为1～3次。
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