CN115233045B

CN115233045B - 一种高锰超高强度电池用铝箔的生产工艺

Info

Publication number: CN115233045B
Application number: CN202210936194.0A
Authority: CN
Inventors: 肖永福; 周迎春; 杨盛广
Original assignee: XIAMEN XIASHUN ALUMINIUM FOIL CO LTD
Current assignee: XIAMEN XIASHUN ALUMINIUM FOIL CO LTD
Priority date: 2022-08-05
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2042-08-05
Also published as: CN115233045A

Abstract

本发明公开一种高锰超高强度电池用铝箔的生产工艺，由以下重量百分比的组分组成：0.2～0.3％的Si；0.3～0.6％的Fe；＜0.03％的Zn；0.10～0.15％的Cu；1.0～1.2％的Mn；余量为Al；其他不可避免元素的单种重量含量小于0.05％，其他不可避免元素的总含量不大于0.15％，包括以下步骤：先将原料熔铸，然后进行热轧、冷轧得到铝箔毛料，铝箔毛料经粗轧、中轧、精轧等连续箔轧轧制后得到铝箔成品。本发明生产制备出的3003合金动力电池用铝箔产品同时具备高强度、高达因值和焊接性能优异的优点，可满足电池对铝箔高压实密度的要求，对提高电池生产效率、电池容量具有重要意义。

Description

一种高锰超高强度电池用铝箔的生产工艺

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，涉及铝箔的生产工艺，特别涉及一种3003-H18合金电池用铝箔的生产工艺。

背景技术

电池用铝箔是指应用于生产各种电池的铝箔产品，主要使用在电池的正极也称正极集流体用铝箔，电池用铝箔产品广泛应用于3C、储能、动力汽车电池等领域。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。随着国内外新能源汽车行业的迅速发展，电池产能从GWh到TWh电池用铝箔的用量翻倍增加，每GWh铝箔用量300-500吨，预计在今后几年内电池用铝箔的需求量将达到每年50万吨以上，电池用铝箔已成为铝箔从的又一重要品种。

下表为现有3003合金的国标成分配方表：

电池箔的应用领域主要是电池行业，如动力、数码、储能电池等。随着新能源市场的火热，国内外电池箔迎来爆发式需求。动力类电池因为压密高，目前成熟的产品主要为0.012mm以上的厚度，0.01mm有部分厂家尝试当未实现量产；而数码类应用的铝箔，其厚度相对更薄一些0.008mm以上，甚至可以做到0.007mm以上。由于动力类电池须兼顾容量、安全等重要因素，因此电池箔需要具备高强度、低针孔、焊接性能优异的特点，从而实现高压实密度。而高锰高强度电池用铝箔其生产的难度主要体现在以下几个方面：1、市面上常规使用的电池箔强度基本在160～280Mpa以内；2、电池箔的延展性较其他合金相比偏低，产品的板形质量、表面质量的控制难度大，铝箔表面容易出现印痕、凹凸点等现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高锰超高强度电池用铝箔的生产工艺，生产出性能稳定的电池用铝箔，在保证表面质量和延伸率的前提下，将抗拉强度提高至290Mpa以上，以满足电池对铝箔高压实密度的要求，对提升电池生产效率、电池容量具有重要意义。

为达成上述目的，本发明的解决方案为

一种高锰超高强度电池用铝箔的生产工艺，包括以下步骤：

S1，熔铸：由以下重量百分比的组分组成一种高锰超高强度电池用铝箔：0.2～0.3％的Si；0.3～0.6％的Fe；＜0.03％的Zn；0.10～0.15％的Cu；1.0～1.2％的Mn；余量为Al；其他不可避免元素的单种重量含量小于0.05％，其他不可避免元素的总含量不大于0.15％；

将所述的组分的质量百分比为0～20％的废料，其余为纯铝锭，在熔炼炉中通过熔化、精炼、除渣、除气以及添加1.2～1.5kg/T钛丝进行晶粒细化形成合金铝液，然后铸锭形成板锭；

S2，热轧：将S1中铸造生产的所述板锭进行铣面后，在340～380℃下热轧成厚度3.0～5.0mm的板坯，热精轧凸面率控制在≤1.0％；

S3，冷轧：将S2中厚度3.0～5.0mm的所述板坯进行四道次冷轧后，制成厚度为0.18～0.28mm的铝箔毛料；

S4，箔轧：将S3中制得的铝箔毛料经过五个道次轧制后，制成厚度为0.015mm的铝箔，前三个道次采用轧辊的轧辊凸度均为20～50‰，轧辊粗糙度均为0.15～0.3μm，第四道次采用轧辊的轧辊凸度为20～50‰，轧辊粗糙度为0.13～0.20μm，第五道次用轧辊的轧辊凸度为50～80‰，轧辊粗糙度为0.04～0.12μm，成品道次热辊压力为3000～4000KN，热辊时间为5min，成品道次添加剂比例为7～12％；

S5，分切、包装：将S4中制得的所述铝箔采用刀刃角度为37°的圆盘刀进行精切，ABS管芯进行收卷，卷曲单位张力控制在20～50N，经检验合格后，将所述铝箔包装入库。

优选地，在S1中所述废料为一级废料，一级废料是指铣面头尾料。

优选地，在S1中所述纯铝锭的铝含量99.7％以上。

优选地，在S1中废料和纯铝锭熔化后进行扒渣处理，取出表面浮渣，熔体用电磁搅拌≥35min，取样检测成分；在精炼时，保持炉内精炼温度700～740℃，采用7层DBF、CFF过滤除去杂质；在除气时，采用SNIF法除气，控制铝液中氢含量≤0.12ml/100gAl；在晶粒细化时，采用铝钛硼丝作为晶粒细化剂，获得一级晶粒，晶粒尺寸≤300μm。

优选地，在S2中所述铣面是对板锭单面铣削15～25mm。

优选地，在S3中所述冷轧第一道次由3.0～5.0mm压至1.5～2.5mm，第二道次由1.5～2.5mm压至0.7～1.2mm，第三道次由0.7～1.2mm压至0.3～0.6mm，第四道次由0.3～0.6mm压至0.18～0.28mm。

优选地，在S4中所述箔轧第一道次由0.18～0.28mm压至0.14～0.16mm，第二道次由0.14～0.16mm压至0.06～0.08mm，第三道次由0.06～0.08mm压至0.03～0.04mm，第四道次由0.03～0.04mm压至0.018～0.02mm，第五道次由0.018～0.02mm压至0.015mm，平均道次加工率为16％～50％。

优选地，S4中所述箔轧在轧制过程中需添加轧制油，轧制油油路采用高精度1～5μm磁性滤芯，过滤轧制油中的异物。

优选地，S5中在进行精切前，使用10000Gs磁棒对所述铝箔进行磁性异物吸附。

采用上述方案后，相较于现有国标及行业技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过优化熔铸化学成分、熔铸精炼工艺、箔轧工作辊和精切工艺，生产制备出抗拉强度290Mpa以上、毛刺50μm以内、针孔500μm以内、板形下塌量6以内的具备高强度、高质量的电池用铝箔，以满足电池对铝箔高压实密度的要求，对提高电池生产效率、电池容量具有重要意义。

附图说明

图1是本发明制得的铝箔的板形曲线；

图2是本发明与原动力电池用铝箔的生产工艺制得的铝箔在显微镜下的对比图。

具体实施方式

本发明提供一种高锰超高强度电池用铝箔：0.2～0.3％的Si；0.3～0.6％的Fe；＜0.03％的Zn；0.10～0.15％的Cu；1.0～1.2％的Mn；余量为Al；其他不可避免元素的单种重量含量小于0.05％，其他不可避免元素的总含量不大于0.15％。

实施例1

按表一指定的重量百分比的组分组成得到适合于电池正极集流体铝箔用熔液：Si：0.26％；Fe：0.45％；Zn：0.016％；Cu：0.135％；Mn：1.16％；余量为Al；其他不可避免元素的总含量不大于0.149％，并加工出0.015mm厚的铝箔成品。测试所得铝箔的抗拉强度及延伸率，具体测试结果见表一。

实施例2

按表一指定的重量百分比的组分组成得到适合于电池正极集流体铝箔用熔液：Si：0.24％；Fe：0.43％；Zn：0.018％；Cu：0.134％；Mn：1.14％；余量为Al；其他不可避免元素的总含量不大于0.135％，并加工出0.015mm厚的铝箔成品。测试所得铝箔的抗拉强度及延伸率，具体测试结果见表一。

实施例3

按表一指定的重量百分比的组分组成得到适合于电池正极集流体铝箔用熔液：Si：0.28％；Fe：0.48％；Zn：0.014％；Cu：0.132％；Mn：1.18％；余量为Al；其他不可避免元素的总含量不大于0.145％，并加工出0.015mm厚的铝箔成品。测试所得铝箔的抗拉强度及延伸率，具体测试结果见表一。

表一

本发明一种高锰超高强度电池用铝箔具有明显的高强度优势：传统的3003合金成分范围较宽，在批量性生产15μm双面光铝箔时，产品的稳定性不易保证，性能波动范围较大、延伸率小于3.0％，抗拉强度处于160～280Mpa之间；与传统的3003合金对比，从表中可以看出，本发明15μm厚的3003合金铝箔的抗拉强度达到290Mpa以上，原因在于硅含量过高容易在熔炼时析出，同时由于铝箔较薄会影响电池厂极耳焊接性能，容易造成脱落、不牢等焊接不良现象发生。为此本案着重降低了Si的含量，并将其控制在0.2～0.3％，使得本发明3003合金铝箔抗拉强度超出传统的3003合金铝箔抗拉强度280Mpa，具有明显的高强度优势。

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。

本发明一种高锰超高强度电池用铝箔的生产工艺，包括以下步骤：

S1，熔铸：将上述组分的高锰超高强度电池用铝箔的质量百分比为0～20％的废料，所述废料为一级废料，一级废料是指铣面头尾料；其余为铝含量99.7％以上的纯铝锭，在熔炼炉中通过熔化、精炼、除渣、除气以及添加1.2～1.5kg/T钛丝进行晶粒细化形成合金铝液，然后铸锭形成板锭；

本发明为了对熔体进行质量控制，熔铸步骤要求：a)每炉次生产前必须将前一炉残余铝清理干净，炉料要保持清洁；b)待废料和纯铝锭熔化后进行扒渣处理，将表面浮渣取出，熔体用电磁搅拌≥35min，取样检测成分；c)精炼时，保持炉内精炼温度700～740℃，并采用7层DBF(压力介质过滤器)、CFF(自封式磁性吸油过滤器)在线过滤除去杂质；d)采用SNIF(旋转喷嘴惰性气体浮游法)除气，控制铝液中氢含量≤0.12ml/100gAl；e)采用铝钛硼丝作为晶粒细化剂，获得一级晶粒，且晶粒尺寸≤300μm；本发明对熔铸精炼工艺的晶粒细化参数有明显的调整，对比表二的原精炼工艺的晶粒细化参数：

工艺条件	钛丝类型	钛丝添加量
			原工艺	0.2～0.6mm	1.0～1.5kg/T
本发明	0.8～1.5mm	1.2～1.5kg/T

AlTi5B作为常用的晶粒细化剂可以改变铝箔基本结构产生更多的二元相提升延伸率，和原工艺相比，本发明将铝钛硼丝的添加量提升了0.2kg/T，能最大化的提升晶粒细化效果。

S2，热轧：将S1中铸造生产的所述板锭进行单面铣削15～25mm，在340～380℃下热轧成厚度3.0～5.0mm的板坯，热精轧凸面率控制在≤1.0％；为保证壳体杂质去除干净，铣后板锭表面需洁净、无黑油、碰上、压伤、螺丝印、无毛刺或较重的铣刀痕。

S3，冷轧：将S2中厚度3.0～5.0mm的所述板坯在冷轧机按3.0～5.0mm压至1.5～2.5mm，1.5～2.5mm压至0.7～1.2mm，0.7～1.2mm压至0.3～0.6mm，0.3～0.6mm压至0.18～0.28mm进行四道次冷轧后，制成厚度为0.18～0.28mm的铝箔毛料；

S4，箔轧：将S3中制得的铝箔毛料在铝箔箔轧机按0.18～0.28mm压至0.14～0.16mm，0.14～0.16mm压至0.06～0.08mm，0.06～0.08mm压至0.03～0.04mm，0.03～0.04mm压至0.018～0.02mm，0.018～0.02mm压至0.015mm进行五道次轧制后，制成厚度为0.015mm的铝箔；在箔轧过程中添加轧制油，由于电池箔对磁性异物敏感，轧制油油路采用高精度1～5为μm磁性滤芯过滤轧制油中的异物。

本发明对各轧制道次的工作辊参数在原有的基础上进行了调整，其中，前三个道次采用轧辊的轧辊凸度均为20～50‰，轧辊粗糙度均为0.15～0.3μm，第四道次采用轧辊的轧辊凸度为20～50‰，轧辊粗糙度为0.13～0.20μm，第五道次用轧辊的轧辊凸度为50～80‰，轧辊粗糙度为0.04～0.12μm，成品道次热辊压力为3000～4000KN，热辊时间为5min，成品道次添加剂比例为7～12％；本发明对箔轧过程中热辊工艺参数有明显的调整，对比表三的原箔轧工艺的热辊参数：

工艺条件	热辊轧制力	热辊时间
			原工艺	2000KN	2min
本发明	3000～4000KN	5min

电池箔作为电池正极材料涂布的载体，板形中松容易导致涂布过程中起皱无法使用，板形塌边涂布线本身较长容易参数跑偏无法涂布，因此需对铝箔板形进行严格管控。而铝箔工序成品工作辊热辊工艺参数对板形管控有直接的影响，强度越高板形越难控制，高强度铝箔对应的变形力加大其需要更大的轧制力。本发明根据产品强度高所需轧制力大的特点将热辊的轧制力提升至3000～4000KN，另外增加了热辊时间使工作辊提前建立初步辊形，有利于板形控制，在轧制时板形可快速形成，在AFC(轧机板形自动控制系统)的控制下达到理想板形曲线，经检测板形下榻量4.64mm，测试曲线如图1所示。

S5，分切、包装：将S4中制得的所述铝箔使用10000Gs磁棒进行磁性异物吸附后，采用带伺服电机的钨钢圆盘刀进行精切，圆盘刀刀刃角度为37°，使用ABS管芯打底卷曲单位张力控制在20～50N，用于防止运输过程中滑卷；经检验合格后，将所述铝箔包装入库；本发明对分切过程中精切工艺有明显的调整，对比表四的原精切工艺参数：

圆盘刀刀片	原工艺	本发明
			刀片刀刃角度	45°	37°

电池的安全性为电池厂最为关注的指标之一，铝箔作为电池正极载体其切边质量尤为重要，切边毛刺过长可能刺穿电池薄膜导致电池电路短路引起起火，因此铝箔切边毛刺的控制显得十分重要。本发明将圆盘刀刀片刀刃由45°调整为37°，使得刀刃更加锋利减少与铝箔的接触面积，在润滑油的作用在下将铝箔直接切断，分切10万米后在显微镜下放大检测，毛刺完全控制在50μm以内，如图2所示，a是原动力电池用铝箔的生产工艺制得的铝箔在显微镜下的观察图，b是本发明的生产工艺下制得的铝箔在显微镜下的观察图，从图中可以看出，经本发明的生产工艺分切得到的3003合金动力电池用铝箔，其边部毛刺改善明显，毛刺完全控制在50μm以内，而原工艺所制得的3003合金动力电池用铝箔毛刺较多的部分则＞50μm，甚至超过150μm。

另外，由于电池箔对表面质量的要求高，因此在每次生产前均需对轧机导辊、机架进行彻底清洁，直至无尘布不沾黑色异物。

综上所述，通过优化熔铸合金成分、精炼工艺、箔轧工作辊和精切工艺，热封强度达到预期效果，本发明的所制得的3003合金电池用铝箔与传统3003合金电池用铝箔的相比，电池用铝箔的力学性能均有所改善，具体数据见表五：

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims

1.一种高锰超高强度电池用铝箔的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：

将所述组分的质量百分比为0～20％的废料，其余为纯铝锭，在熔炼炉中通过熔化、精炼、除渣、除气以及添加1.2～1.5kg/T钛丝进行晶粒细化形成合金铝液，然后铸锭形成板锭；

S3，冷轧：将S2中厚度3.0～5.0mm的所述板坯在冷轧机按3.0～5.0mm→1.5～2.5mm→0.7～1.2mm→0.3～0.6mm→0.18～0.28mm进行四道次冷轧后，制成厚度为0.18～0.28mm的铝箔毛料；

S4，箔轧：将S3中制得的铝箔毛料在铝箔轧机按0.18～0.28mm→0.14～0.16mm→0.06～0.08mm→0.03～0.04mm→0.018～0.02mm→0.015mm进行五个道次轧制后，制成厚度为0.015mm的铝箔，前三个道次采用轧辊的轧辊凸度均为20～50‰，轧辊粗糙度均为0.15～0.3μm，第四道次采用轧辊的轧辊凸度为20～50‰，轧辊粗糙度为0.13～0.20μm，第五道次用轧辊的轧辊凸度为50～80‰，轧辊粗糙度为0.04～0.12μm，成品道次热辊压力为3000～4000KN，热辊时间为5min，成品道次添加剂比例为7～12％，平均道次加工率为16％～50％；

2.如权利要求1所述的一种高锰高强度电池用铝箔的生产工艺，其特征在于，在S1中所述废料为一级废料，一级废料是指铣面头尾料。

3.如权利要求1所述的一种高锰高强度电池用铝箔的生产工艺，其特征在于，在S1中所述纯铝锭的铝含量99.7％以上。

4.如权利要求1所述的一种高锰高强度电池用铝箔的生产工艺，其特征在于，在S1中废料和纯铝锭熔化后进行扒渣处理，取出表面浮渣，熔体用电磁搅拌≥35min，取样检测成分；在精炼时，保持炉内精炼温度700～740℃，采用7层DBF、CFF过滤除去杂质；在除气时，采用SNIF法除气，控制铝液中氢含量≤0.12ml/100gAl；在晶粒细化时，采用铝钛硼丝作为晶粒细化剂，获得一级晶粒，晶粒尺寸≤300μm。

5.如权利要求1所述的一种高锰高强度电池用铝箔的生产工艺，其特征在于，在S2中所述铣面是对板锭单面铣削15～25mm。

6.如权利要求1所述的一种高锰高强度电池用铝箔的生产工艺，其特征在于，S4中所述箔轧在轧制过程中需添加轧制油，轧制油油路采用高精度1～5μm磁性滤芯，过滤轧制油中的异物。