CN114592146A - 一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料及其制备方法，铝箔用坯料包括以下成分：Fe：0.32～0.43%；Si：0.10～0.13%；Cu：0.05～0.1%；Ti：0.01～0.015%；Ce：0.003～0.005%；Ba：0.0007~0.001%；Mn：≤0.01％；Mg：≤0.01％；Zn：≤0.01％；其余为Al。本发明利用微气泡曝气法取代传统石墨转子气浮法进行在线除气，降低了由于搅动带入氢和氧化膜的风险，同时避免石墨叶轮损耗，也减少了石墨对熔体污染风险，提高了熔体洁净程度，防止了孔洞、针孔的产生所带来的超薄铝箔质量缺陷，制备的电池铝箔用坯料板型均匀、针孔率低得大宽幅超薄动力电池铝箔，且具有较高的强韧性。

Description

一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池材料制备技术领域，具体涉及一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料及其制备方法。
背景技术
动力锂离子电池具有能量密度高、寿命长等优点，是最具实用价值的新能源车用电池。集流体作为锂离子电池中不可或缺的组成部件，不仅起到承载活性物质的作用，同时也起到汇集电流与传递电子的作用。目前锂离子电池的正极集流体材料主要采用轧制铝箔，且随着电池的发展，铝箔逐渐向超薄发展。目前动力电池双面光超薄铝箔的厚度可达9μm，主要采用铸轧+冷轧生产。为提高生产效率，降低成本，减少铝箔生产流程是重要措施。中国专利号CN201110407812.4公布了一种采用铸轧坯生产宽幅双零铝箔毛料的方法的文件，中国专利号CN201310708024.8公开了一种高速生产超宽幅铸轧铝箔坯料的方法的文件，专利中公开了宽幅铝箔坯料减少了铸轧生产流程，如果继续冷轧获得大宽幅超薄铝箔，将进一步减少冷轧生产流程。然而随着冷轧进行，铝箔不断减薄，为了保证铝箔品质，实际生产时通常采用较窄的宽幅进行。生产板型均匀的超宽幅超薄铝箔，且其性能保持高强度与高延性，是一项技术难题，其中坯料质量是实现大宽幅箔轧的前提。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料及其制备方法，通过本发明方法可获得板型均匀、针孔率低得大宽幅超薄动力电池铝箔，且具有较高的强韧性。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料，包括以下成分： Fe：0.32～0.43%；Si：0.10～0.13%；Cu：0.05～0.1%；Ti：0.01～0.015%；Ce：0.003～0.005%；Ba：0.0007~0.001%；Mn：≤0.01％；Mg：≤0.01％；Zn：≤0.01％；其余为Al。
本发明还要求保护所述超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料的制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼、精炼：将铝锭加入熔炼炉中，待铝水化平后，按成分比例加入Al-Fe、Al-Si、Al-Cu等中间合金及Ti丝材进行成分调节；之后利用电磁搅拌充分并炉底吹气进行精炼、扒渣；再用惰性气体将无烟颗粒精炼剂吹入炉内，继续精炼；然后将铝液过滤并导入静置炉中精炼，用惰性气体将Al-Ce中间合金与Al-Ba中间合金混合粉吹入炉内并继续精炼，精炼完成后静置并除渣；
（2）在线除气及过滤：将步骤（1）精炼后的铝液通过玻璃纤维网过滤，然后进入除气箱，利用微气泡曝气法进行除气，随后采用“板-板-管”三级过滤系统进行除杂；
（3）铸轧：前箱铸嘴采用三级分流块，将超声波耦合头插在前箱铝液中，插入深度13mm，耦合头正对铸嘴口，前箱温度为685±5℃，超声频率为15~20kHz，铸轧轧辊选择铜质轧辊，铸轧速度为1500~ 2000mm/min，铸轧区控制在55～60mm，辊面温度：70±10℃。
优选的，步骤（1）中铝液导入静置炉中的导炉温度为750±10℃。
优选的，步骤（2）中所述微气泡曝气法是将压缩空气引入到箱底陶瓷微孔曝气器，产生大量细小气泡。
优选的，步骤（2）中所述除气箱的温度为720±10℃。
优选的，步骤（2）中两级过滤板精度30+60PPi，管过滤装置为RB级7管系列。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明调整铝箔的合金成份的配比，分别利用Ce元素和Ba元素改性铁杂质和硅杂质，促进杂质相细化及球状；结合吹粉方式，提高变质效果，同时降低熔体污染，为后续铝箔超宽幅减薄提供保障；
（2）本发明利用微气泡曝气法取代传统石墨转子气浮法进行在线除气，降低了由于搅动带入氢和氧化膜的风险，同时避免石墨叶轮损耗，也减少了石墨对熔体污染风险，提高了熔体洁净程度，防止了孔洞、针孔的产生所带来的超薄铝箔质量缺陷；
（3）本发明引入超声既可以减少晶粒细化剂使用，同时进一步改善了熔体的均匀性和除气效果，满足了超宽幅超薄铝箔对坯料质量要求；
（4）本发明由于铜散热系数快，采用铜质轧辊提高了铝坯结晶时过冷度，并抑制晶粒及析出相长大，保持晶粒细化程度，同时提高铸轧速度。
附图说明
图1为本发明所制备的铝坯显微组织；
图2为本发明铝坯经箔轧制备的超宽幅超薄铝箔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
下述实施例中所述精炼剂为购自郑州西盛铝业有限公司的MK4357B精炼剂。
实施例1
一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料，包括以下成分：Fe：0.32%；Si：0.10%；Cu：0.1%；Ti：0.015%；Ce：0.003%；Ba：0.0007%；Mn：0.008％；Mg：0.01％；Zn：0.005％；其余为Al。
所述超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料的制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼、精炼：将铝锭加入熔炼炉中，待铝水化平后，按成分比例加入Al-Fe、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Mg、Al-Zn合金及Ti丝材进行成分调节；之后利用电磁搅拌充分并炉底吹气进行精炼、扒渣；再用惰性气体将无烟颗粒精炼剂吹入炉内，继续精炼；然后将铝液过滤并导入静置炉中精炼（导炉温度755℃），用惰性气体将Al-Ce中间合金与Al-Ba中间合金混合粉吹入炉内并继续精炼，精炼完成后静置并除渣；
（2）在线除气及过滤：将步骤（1）精炼后的铝液通过玻璃纤维网过滤，然后进入除气箱，利用微气泡曝气法（将压缩空气引入到箱底陶瓷微孔曝气器，产生大量细小气泡）进行除气，除气箱温度为725℃，随后采用“板-板-管”三级过滤系统进行除杂；两级过滤板精度30+60PPi，管过滤装置为RB级7管系列；
（3）铸轧：前箱铸嘴采用三级分流块，将超声波耦合头插在前箱铝液中，插入深度13mm，耦合头正对铸嘴口，前箱温度为685℃，超声频率为15kHz，铸轧轧辊选择铜质轧辊，铸轧速度为 2000mm/min，铸轧区控制在55mm，辊面温度：70℃。
本实施例制备的铝坯平均晶粒尺寸78μm，氢含量0.10ml/100g，为超宽幅（＞2m）超薄（9μm）的双面光铝箔，其抗拉强度221MPa，延伸率3.3%，针孔率16个/m2。
实施例2
一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料，包括以下成分：Fe：0.43%；Si：0.13%；Cu：0.05%；Ti：0.01%；Ce：0.005%；Ba：0.001%；Mn：0.009％；Mg：0.008％；Zn：0.006％；其余为Al。
所述超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料的制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼、精炼：将铝锭加入熔炼炉中，待铝水化平后，按成分比例加入Al-Fe、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Mg、Al-Zn合金及Ti丝材进行成分调节；之后利用电磁搅拌充分并炉底吹气进行精炼、扒渣；再用惰性气体将无烟颗粒精炼剂吹入炉内，继续精炼；然后将铝液过滤并导入静置炉中精炼（导炉温度750℃），用惰性气体将Al-Ce中间合金与Al-Ba中间合金混合粉吹入炉内并继续精炼，精炼完成后静置并除渣；
（2）在线除气及过滤：将步骤（1）精炼后的铝液通过玻璃纤维网过滤，然后进入除气箱，利用微气泡曝气法（将压缩空气引入到箱底陶瓷微孔曝气器，产生大量细小气泡）进行除气，除气箱温度为720℃，随后采用“板-板-管”三级过滤系统进行除杂；两级过滤板精度30+60PPi，管过滤装置为RB级7管系列；
（3）铸轧：前箱铸嘴采用三级分流块，将超声波耦合头插在前箱铝液中，插入深度13mm，耦合头正对铸嘴口，前箱温度为685℃，超声频率为20kHz，铸轧轧辊选择铜质轧辊，铸轧速度为 1500mm/min，铸轧区控制在60mm，辊面温度：70±10℃。
本实施例制备的铝坯平均晶粒尺寸62μm，氢含量0.009ml/100g，为超宽幅（＞2m）超薄（9μm）的双面光铝箔，其抗拉强度232MPa，延伸率2.5%，针孔率20个/m2。
实施例3
一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料，包括以下成分：Fe：0.38%；Si：0.12%；Cu：0.07%；Ti：0.012%；Ce：0.004%；Ba：0.0008%；Mn：0.007％；Mg：0.009％；Zn：0.006％；其余为Al。
所述超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料的制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼、精炼：将铝锭加入熔炼炉中，待铝水化平后，按成分比例加入Al-Fe、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Mg、Al-Zn合金及Ti丝材进行成分调节；之后利用电磁搅拌充分并炉底吹气进行精炼、扒渣；再用惰性气体将无烟颗粒精炼剂吹入炉内，继续精炼；然后将铝液过滤并导入静置炉中精炼（导炉温度750℃），用惰性气体将Al-Ce中间合金与Al-Ba中间合金混合粉吹入炉内并继续精炼，精炼完成后静置并除渣；
（2）在线除气及过滤：将步骤（1）精炼后的铝液通过玻璃纤维网过滤，然后进入除气箱，利用微气泡曝气法（将压缩空气引入到箱底陶瓷微孔曝气器，产生大量细小气泡）进行除气，除气箱温度为720℃，随后采用“板-板-管”三级过滤系统进行除杂；两级过滤板精度30+60PPi，管过滤装置为RB级7管系列；
（3）铸轧：前箱铸嘴采用三级分流块，将超声波耦合头插在前箱铝液中，插入深度13mm，耦合头正对铸嘴口，前箱温度为685℃，超声频率为18kHz，铸轧轧辊选择铜质轧辊，铸轧速度为 1800mm/min，铸轧区控制在58mm，辊面温度：70℃。
本实施例制备的铝坯平均晶粒尺寸69μm，氢含量0.10ml/100g，为超宽幅（＞2m）超薄（9μm）的双面光铝箔，其抗拉强度225MPa，延伸率3.1%，针孔率17个/m2。
对比例1
一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料，包括以下成分：Fe：0.38%；Si：0.12%；Cu：0.07%；Ti：0.012%；Ce：0.004%；Ba：0.0008%；Mn：0.007％；Mg：0.009％；Zn：0.006％；其余为Al。
所述超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料的制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼、精炼：将铝锭加入熔炼炉中，待铝水化平后，按成分比例加入Al-Fe、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Mg、Al-Zn合金及Ti丝材进行成分调节；之后利用电磁搅拌充分并炉底吹气进行精炼、扒渣；再用惰性气体将无烟颗粒精炼剂吹入炉内，继续精炼；然后将铝液过滤并导入静置炉中精炼（导炉温度750℃），用惰性气体将Al-Ce中间合金与Al-Ba中间合金混合粉吹入炉内并继续精炼，精炼完成后静置并除渣；
（2）在线除气及过滤：将步骤（1）精炼后的铝液通过玻璃纤维网过滤，然后进入除气箱，利用传统石墨转子气浮法进行除气，除气箱温度为720℃，随后采用“板-板-管”三级过滤系统进行除杂；两级过滤板精度30+60PPi，管过滤装置为RB级7管系列；
（3）铸轧：前箱铸嘴采用三级分流块，将超声波耦合头插在前箱铝液中，插入深度13mm，耦合头正对铸嘴口，前箱温度为685℃，超声频率为18kHz，铸轧轧辊选择铜质轧辊，铸轧速度为 1800mm/min，铸轧区控制在58mm，辊面温度：70℃。
本实施例制备的铝坯平均晶粒尺寸71μm，氢含量0.12ml/100g，为超宽幅（＞2m）超薄（9μm）的双面光铝箔，其抗拉强度229MPa，延伸率2.3%，针孔率20个/m2。
对比例2
一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料，包括以下成分：Fe：0.38%；Si：0.12%；Cu：0.07%；Ti：0.012%；Ba：0.0008%；Mn：0.007％；Mg：0.009％；Zn：0.006％；其余为Al。
所述超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料的制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼、精炼：将铝锭加入熔炼炉中，待铝水化平后，按成分比例加入Al-Fe、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Mg、Al-Zn合金及Ti丝材进行成分调节；之后利用电磁搅拌充分并炉底吹气进行精炼、扒渣；再用惰性气体将无烟颗粒精炼剂吹入炉内，继续精炼；然后将铝液过滤并导入静置炉中精炼（导炉温度750℃），用惰性气体将Al-Ba中间合金粉吹入炉内并继续精炼，精炼完成后静置并除渣；
（2）在线除气及过滤：将步骤（1）精炼后的铝液通过玻璃纤维网过滤，然后进入除气箱，利用微气泡曝气法（将压缩空气引入到箱底陶瓷微孔曝气器，产生大量细小气泡）进行除气，除气箱温度为720℃，随后采用“板-板-管”三级过滤系统进行除杂；两级过滤板精度30+60PPi，管过滤装置为RB级7管系列；
（3）铸轧：前箱铸嘴采用三级分流块，将超声波耦合头插在前箱铝液中，插入深度13mm，耦合头正对铸嘴口，前箱温度为685±5℃，超声频率为18kHz，铸轧轧辊选择铜质轧辊，铸轧速度为 1800mm/min，铸轧区控制在58mm，辊面温度：70℃。
本实施例制备的铝坯平均晶粒尺寸94μm，氢含量0.12ml/100g，为超宽幅（＞2m）超薄（9μm）的双面光铝箔，其抗拉强度218MPa，延伸率2.1%，针孔率23个/m2。
对比例3
一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料，包括以下成分：Fe：0.38%；Si：0.12%；Cu：0.07%；Ti：0.012%；Ce：0.004%；Mn：0.007％；Mg：0.009％；Zn：0.006％；其余为Al。
所述超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料的制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼、精炼：将铝锭加入熔炼炉中，待铝水化平后，按成分比例加入Al-Fe、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Mg、Al-Zn合金及Ti丝材进行成分调节；之后利用电磁搅拌充分并炉底吹气进行精炼、扒渣；再用惰性气体将无烟颗粒精炼剂吹入炉内，继续精炼；然后将铝液过滤并导入静置炉中精炼（导炉温度750±10℃），用惰性气体将Al-Ce中间合金粉吹入炉内并继续精炼，精炼完成后静置并除渣；
（2）在线除气及过滤：将步骤（1）精炼后的铝液通过玻璃纤维网过滤，然后进入除气箱，利用微气泡曝气法（将压缩空气引入到箱底陶瓷微孔曝气器，产生大量细小气泡）进行除气，除气箱温度为720℃，随后采用“板-板-管”三级过滤系统进行除杂；两级过滤板精度30+60PPi，管过滤装置为RB级7管系列；
（3）铸轧：前箱铸嘴采用三级分流块，将超声波耦合头插在前箱铝液中，插入深度13mm，耦合头正对铸嘴口，前箱温度为685℃，超声频率为18kHz，铸轧轧辊选择铜质轧辊，铸轧速度为 1800mm/min，铸轧区控制在58mm，辊面温度：70℃。
本实施例制备的铝坯平均晶粒尺寸85μm，氢含量0.11ml/100g，为超宽幅（＞2m）超薄（9μm）的双面光铝箔，其抗拉强度221MPa，延伸率2.2%，针孔率22个/m2。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料，其特征在于，包括以下成分： Fe：0.32～0.43%；Si：0.10～0.13%；Cu：0.05～0.1%；Ti：0.01～0.015%；Ce：0.003～0.005%；Ba：0.0007~0.001%；Mn：≤0.01％；Mg：≤0.01％；Zn：≤0.01％；其余为Al。
2.一种权利要求1所述超宽幅超薄动力电池铝箔用坯料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）熔炼、精炼：将铝锭加入熔炼炉中，待铝水化平后，按成分比例加入Al-Fe、Al-Si、Al-Cu等中间合金及Ti丝材进行成分调节；之后利用电磁搅拌充分并炉底吹气进行精炼、扒渣；再用惰性气体将无烟颗粒精炼剂吹入炉内，继续精炼；然后将铝液过滤并导入静置炉中精炼，用惰性气体将Al-Ce中间合金与Al-Ba中间合金混合粉吹入炉内并继续精炼，精炼完成后静置并除渣；
（2）在线除气及过滤：将步骤（1）精炼后的铝液通过玻璃纤维网过滤，然后进入除气箱，利用微气泡曝气法进行除气，随后采用“板-板-管”三级过滤系统进行除杂；
（3）铸轧：前箱铸嘴采用三级分流块，将超声波耦合头插在前箱铝液中，插入深度13mm，耦合头正对铸嘴口，前箱温度为685±5℃，超声频率为15~20kHz，铸轧轧辊选择铜质轧辊，铸轧速度为1500~ 2000mm/min，铸轧区控制在55～60mm，辊面温度：70±10℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中铝液导入静置炉中的导炉温度为750±10℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述微气泡曝气法是将压缩空气引入到箱底陶瓷微孔曝气器，产生大量细小气泡。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述除气箱的温度为720±10℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中两级过滤板精度30+60PPi，管过滤装置为RB级7管系列。
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