CN116043071A - 一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种0.008‑0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔及其生产工艺，由以下重量百分比的原料制备而成：Si：0.05～0.08%、Fe：0.20～0.48%、Cu：0.01～0.10%、Mn：0.01%、Mg：0.0035～0.01%、Cr：0.01%、Zn：0.05～0.10%、Ti：0.013～0.023%、RE、0.10～0.15%、Al、99.00～99.35%和其他不可避免杂质元素0.15%。该0.008‑0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔及其生产工艺，在精炼和扒渣之后加入中重稀土合金的铝铒（Al‑Er）、铝铈（Al‑Ce）或铝镱（Al‑Yb）合金，保证稳定的温度，提高实收率，配合稀土加入的性能提升，减少铝合金熔体吸氢量及阻碍第二相生长这两大针孔形成因素的不利影响，不仅可以获得高强、高延伸的产品，还可在导电性能方面有所提升，并通过连续铸轧的方式，进一步提高成品品质。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池集流体铝箔技术领域，具体为一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔及其生产工艺。
背景技术
铝箔作为集流体主要是为电化学反应提供电子通道，加快电荷转移，减少电化学极化，提高充放电库伦效率，极少参加Li的嵌脱反应，铝箔是锂电池正极中的关键材料，集流体正极铝箔的主流厚度为10-15μm，并逐渐向9-10μm过渡；目前，电池箔的最薄厚度已达8μm，电池箔由于需要高强度、高延伸、高达因及板型要求高等特点，SMM发布的数据显示，2021年全年我国电池箔产量约12.8万吨，同比增长83%，占了中国铝箔产量比重约2.8%，增速远超其他铝箔产品。调研数据显示，2022年电池箔的产能增速将达到最高峰值，2025年中国电池铝箔产能有望触及百万吨高位；业内对于电池铝箔未来的市场需求普遍看好，假设锂电池单位GW对电池铝箔的需求量为400吨，钠离子电池用铝箔单耗为700吨，随着钠离子电池的推广应用，预计电池铝箔需求2022—2023年锂电铝箔需求量分别为32.7万吨/44.4万吨，同比分别增长55%/36%；到2025年，电池铝箔的市场空间有望实现翻番增长，达80万吨，3年复合增长率达35%；
随着资源和环境问题的日益严峻，全球掀起新能源革命，新能源产业也被我国列为五大新兴战略之首，清洁、高效的化学电源必将更快、更大规模的增长；电动汽车和助力车等交通工具正在成为锂离子电池爆发性增长的主要推动力；
目前锂电池集流体铝箔产品一般要求拉伸强度≧180MPa，为满足高导电性要求，Al≧98%，这已经相当于8XXX系合金的性能，而且随着电池技术的进步，200MPa以上抗拉强度已是很普遍，有些用户还要求抗拉强度达到270MPa甚至300MPa以上，这已经达到了铝箔产品加工硬化的极限，因此，行业内部分厂家采取牺牲金属纯度及导电性，提高合金化水平来迎合下游要求；这对电池安全及寿命是有负面作用的，为了进一步提高电池安全和使用收寿命，在保证高强度和高延伸率的基础上，还需要保证良好的导电性以及零针孔。
发明内容
本发明的目的在于提供一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔及其生产工艺，以解决上述背景技术提出现有的锂电池集流体铝箔，在保证高强度和高延伸率的基础上，还需要保证良好的导电性以及零针孔的问题，本发明技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔及其生产工艺，锂电池集流体铝由以下重量百分比的原料制备而成：Si：0.05～0.08%、Fe：0.20～0.48%、Cu：0.01～0.10%、Mn：0.01%、Mg：0.0035～0.01%、Cr：0.01%、Zn：0.05～0.10%、Ti：0.013～0.023%、RE、0.10～0.15%、Al、99.00～99.35%和其他不可避免杂质元素0.15%。
优选的，所述铝稀土中间合金采用中重稀土合金的铝铒（Al-Er）、铝铈（Al-Ce）或铝镱（Al-Yb）合金。
优选的，所述稀土在投料投料时以铝稀土中间合金的形式加入，且铝稀土中间合金的稀土含量为10%，所述铝稀土中间合金加入量按照公式Ｘ＝A·Q/(D-A）计算，其中Ｘ为铝稀土中间合金加入量、A为稀土元素的要求含量目标值、Q为熔炼炉熔体重量、D为铝稀土中间合金成分的标称含量与吸收率的乘积。
优选的，所述包括以下步骤：
S1：熔炼，将Al、Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn和Ti按照比例进行混合的物料加入到熔化炉内进行熔炼，熔炼温度保持720-800℃；
S2：精炼，将熔炼所得熔体送入静置炉中进行倒炉，倒炉完成后进行多次精炼，并加入惰性气体，精炼完成后进行扒渣操作；
S3：加料：精炼和扒渣完成后加入铝稀土中间合金，加入前测量铝液温度，温度保持在720-760℃，然后将铝稀土中间合金均匀的抛入炉膛内，在投入铝稀土中间并静置15分钟后，进行搅拌作业，时间为8分钟，保证炉内成分和温度均匀，搅拌作业结束后，静置30分钟，进行后续作业操作；
S4：连续铸轧，利用连续铸轧设备将液体金属轧制成半成品，铸轧区的长度为58～62mm；铸轧速度为1000～1200mm；铸轧机合金浇注温度为690～695℃；前箱液面高度为16±1mm；轧制力为330～430t；铸轧冷却采用水冷方式，铸轧出的半成品后续经过冷轧、箔扎和分切等加工操作。
优选的，所述步骤S4中的连续铸轧设备包括基座，所述基座上固定有安装架和前箱，且前箱位于安装架的左端，并且前箱上连接有输送通道；
还包括：
内辊，所述内辊贯穿安装于安装架内侧，且内辊上活动套设有外辊，并且外辊的内壁上开设有冷却腔，所述内辊内开设有进液腔和出液腔，且进液腔和出液腔的一端分别连接有进液管路和出液管路，所述出液腔的另一端贴合活动安装有活塞杆，且活塞杆的一端位于安装架的外部，并且活塞杆的一端固定有导板，而且导板与安装架的外部之间连接有第一弹簧，所述安装架的外部通过轴杆转动安装有导盘，且导盘的内壁和导板的外侧均固定有凸块，所述安装架的顶部固定有挡板，且挡板套设在外辊的外侧，所述安装架的顶部边缘处安装有电机，且电机的输出端连接有齿轮，并且齿轮与外辊上的锯齿结构相啮合，而且上下两个外辊相啮合，所述齿轮的一端连接有导杆，且导杆上固定有凸条，并且导杆的一端通过皮带与导盘上的轴杆相连接，而且下方导杆直接安装于挡板上，所述导杆的下方设置有冷却座，且冷却座固定于两个挡板之间，并且冷却座位于外辊的外部，所述冷却座内端空腔内通过第二弹簧连接有推头，且冷却座内端空腔的内壁上固定有单向片，并且冷却座内端空腔的侧壁上开设有进气孔。
优选的，所述冷却腔的截面呈“T”字形结构等角度分布在外辊内。
优选的，所述出液腔关于进液腔的中心轴线对称设置有两个，且出液腔的截面呈扇形结构设计，并且进液腔的截面呈倒置的“T”字形结构设计，所述出液腔的对角处与冷却腔之间设置有流通孔，所述进液腔的顶部和底部侧边位置处与冷却腔之间设置有流通孔。
优选的，所述凸块呈半球形结构等角度分布在导盘上，且导盘上凸块和导板上凸块的端点位置重合分布。
优选的，所述推头呈倒置的“T”字形结构设计，且推头的顶部和凸条的端部均呈弧形结构设计，并且凸条在导杆上等角度分布有两组，所述推头底部的单向片弧形倾斜设计，且单向片采用橡胶材料用于冷却座内端单向出气。
优选的，所述熔炼后保持时间为＜3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.铝合金在熔炼时，能吸收大量的氢气，冷却时则因溶解度的下降而不断析出；铝合金中溶解的较多的氢，其溶解度随合金液温度的升高而增大，随温度的下降而减少；由液态转变成固态时，氢在铝合金中的溶解度下降19倍；因此铝合金液在冷却的凝固过程中，氢的某一时刻，氢的含量超过了其溶解度即以气泡的形式析出；因过饱和的氢析出而形成的氢气泡，来不及上浮排出的，就在凝固过程中形成细小、分散的气孔，即平常我们所说的针孔，由于铝合金熔液的温度越高，其可以吸收的氢也就会越多，另外氢是在表面进行的，它不仅与铝液表面的分压有关，还与合金熔炼温度、熔炼时间等有较大的关系；合金熔化温度越高，熔化时间和熔化后铝液保持时间越长，氢在铝液中扩散就越充分，铝液吸氢量就越大，出现针孔的几率就越大；有人曾做过实验，铝液存放时间越长，铝合金内含气量近似成比例增加，因此我们在大量生产条件下，为了减少铝合金熔炼时吸收氢气，本发明将熔化后保持时间设计为＜3h，铝合金熔化温度也不能过高，控制在760℃以下，从合金熔炼温度和熔炼时间的角度来减少针孔的产生；
2.在铝合金熔铸时，会带入大量气体和氧化夹杂（主要是氢、氧和氮)，使铸件产生针孔、裂纹和夹杂等缺陷，降低铝合金的强度；而本发明在制备锂电池集流体铝箔时以铝稀土中间合金的形式加入稀土，一方面稀土与氮生成难熔化合物，在熔炼过程中大部分以渣的形式排除，从而达到净化铝液的目的，另一方面，稀土与低熔点有害杂质形成RES、REAs、REPb等二元化合物，而这些化合物具有熔点高、密度小、化学性质稳定的特点，可以上浮成渣、捞除，从而进一步净化铝液，而遗留的微细质点成为铝的异质晶核还能进一步细化晶粒，并且稀土与氢有较大的亲和力，能大量吸附和溶解氢，并形成稳定的化合物，不会聚集成气泡，使铝的含氢量和孔隙率明显降低，铝液的双重净化以及强力大量的吸附和溶解氢可以极大的降低针孔和孔隙度，本申请所制备的0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的针孔数为0，能够极大提高锂电池集流体铝箔的抗拉强度；
另外，本申请采用的稀土为铝稀土中间合金，所述铝稀土中间合金采用中重稀土合金的铝铒（Al-Er）、铝铈（Al-Ce）或铝镱（Al-Yb）合金；相比较于普通稀土，中重稀土合金的铝铒（Al-Er）、铝铈（Al-Ce）或铝镱（Al-Yb）合金具有更好的塑性，能够极大方便下游生产锂电池正极的压实环节；另一方面铝铒（Al-Er）、铝铈（Al-Ce）或铝镱（Al-Yb）合金相比较于传统稀土合金具有更好的弥散性以及更好的脱氢效果，进一步细化晶粒并分布均匀，脱除更多的氢，进一步降低针孔率。因此能极大降低针孔率的前提下依然能够获得更好的铝箔的抗拉强度；
3.硅不仅严重危害铝的电性能，同时有导致热裂和加工裂纹倾向，铁可以与硅生成化合物形成α（Al12Fe3Si2）相和β（Al9Fe3Si2）相，本发明中对铝合金箔中的硅杂质和铁含量进行控制，缩小了结晶温度范围，合金裂纹倾向性急剧下降，还可以防止铝合金铸轧过程中出现粗大晶粒组织；
4.稀土变质作用：一方面稀土原子半径大于铝原子半径，性质比较活泼，可在长大的第二相界面上选择性的吸附，阻碍第二相生长，导致第二相变异，并且熔于铝液中极易填补合金相的表面缺陷，使得新旧两相界面上的表面张力降低，提高了晶核的生长速度；同时还能在晶粒与熔融液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，细化晶粒和枝粒，消除原晶内部分布的粗大块状相并形成球状相，使晶界处条状及碎块状化合物明显减少，进而防止硅杂质和铁含量在铝合金铸轧过程中出现粗大晶粒组织；与此同时，也能减少形成针孔的一大因素粗片状T2相的存在；另一方面，稀土变质作用存在一定潜伏期，本申请将熔化后保持时间设计为＜3h，铝合金熔化温度介于720～760℃之间，使得稀土发挥最大变质作用，在加入稀土元素后α(Al)相晶粒开始变小，起到了一定的细化晶粒作用，原本粗大树枝状的α(Al)相变成了较小的玫瑰状或者杆状，铝与稀土形成的化合物在金属结晶时晶核数大量增加也使得合金组织得到细化；
另外，稀土元素对合金组织的改善以及弥散的稀土化合物有强烈的沉淀强化效应，从而减少铝合金熔体吸氢量及阻碍第二相生长这两大针孔形成因素的不利影响，进而降低针孔率和孔隙率，细化晶粒，进一步提高铝合金的强度；
5.传统锂电池集流体铝箔的化学成分是依靠加入Cu、Mn、Mg等元素来提升其力学性能指标，但是由于电势电位差的关系，会影响锂电池正负极之间的电子迁移速度，从而影响锂电池的充放电效率及能量密度。本发明通过在铝合金中加入中重稀土合金的铝铒（Al-Er）、铝铈（Al-Ce）或铝镱（Al-Yb）合金，一方面可减少硅的固溶度，改变杂质的分布状态，使合金铸态组织得到细化，减小了对传导电子的散射，进而使得铝合金的导电性能提升3%～7%，并使合金导电率提高2%～3%；进而在满足强度和延伸率的前提下，还可以提高有效提高导电率；另一方面由于稀土元素的加入，使溶质元素在固溶体中的过饱和度大大提高，使其的抗拉强度和屈服强度较常规产品提高 10%～20%，同时硬度、伸长率、断裂韧性和耐磨性等综合力学性能也得到了进一步的提升；
6.本发明，在加工过程中，铝稀土中间合金在精炼和扒渣之后添加，并限制添加温度为720-760℃，一方面可以避免部分铝稀土中间合金随铝渣被扒出炉外带走，提高实收率，另一方面温度的控制可以提高氢的吸收率，通过稀土元素促使铝基体中有害杂质元素向晶界析出，可有效降低铝基体中有害杂质在铝基体中的固溶度，较好地解决了传统配方存在的高强、高延伸及导电性能相互之间的矛盾问题；进一步的，通过连续铸轧的方式提高了金属组织的致密性，消除了缩孔、疏松，减少了偏析等缺陷；
7.本发明在进行铸轧时，利用内辊内进液腔和出液腔独特结构的设计，配合冷却腔的使用，使得冷却水在纵向分布面上同步进入冷却腔，实现均匀冷却铸轧成型，同时铸轧后的冷却水和对应位置的外辊，通过出液和进液的配合进行内部冷却，再由外部冷却座对外辊进行进一步的冷却，一方面提高外辊的冷却效果，另一方面提高铸轧过程中的冷却效果，而传统技术中，大都通过水的纵向流通实现冷却，由于外辊具有一定的长度且在不断转动，与铝液接触点位温度上升，而下一点位即刻与新的铝液接触，内部冷却水的流通，在长度方向上具有一定的滞后性，被加热的水会对下一点位造成影响，会导致下一点位温度不足，难以在铸轧中起到较好的冷却效果，或许可以通过增加水的流速或者降低水的温度来弥补这个缺陷，但是势必会提高输水动力和水的冷凝动力，在连续加工过程中造成电能的大量损耗，增肌生产成本；
综上所述，本发明，通过0.1-0.15%（wt）铝铒（Al-Er）、铝铈（Al-Ce）或铝镱（Al-Yb）合金的加入，实现了锂电池集流体铝箔抗拉强度≧230MPa，延伸率≧2.5%，降低针孔，同时提高导电率，解决了传统技术中在满足强度和延伸率的前提下，难以保证良好导电率的问题。
附图说明
图1为本发明铸轧设备正剖结构示意图；
图2为本发明铸轧设备中内辊和外辊正剖结构示意图；
图3为本发明铸轧设备中内辊和外辊侧剖结构示意图；
图4为本发明铸轧设备中内辊和外辊俯视剖面结构示意图；
图5为本发明铸轧设备中导盘剖面结构示意图；
图6为本发明铸轧设备中冷却座剖面结构示意图；
图7为本发明铸态和轧制态对比图；
图8为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的坯料成品抗拉、延伸率差异图；
图8a为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的铝箔轧机抗拉强度差异图；
图8b为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的铝箔轧机延伸率差异图；
图8c为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的铝箔分切抗拉差异图；
图8d为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的铝箔分切延伸率差异图；
图9为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的坯料成品抗拉、延伸率差异图；
图9a为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的铝箔轧机抗拉强度差异图；
图9b为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的铝箔轧机延伸率差异图；
图9c为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的铝箔分切抗拉差异图；
图9d为本发明同铸次坯料在不同中退厚度下的铝箔分切延伸率差异图；
图10为本发明铝液温度与含氢量曲线图。
图中：1、基座；2、安装架；3、前箱；4、输送通道；5、内辊；6、外辊；7、冷却腔；8、进液腔；9、出液腔；10、活塞杆；11、第一弹簧；12、导板；13、导盘；14、凸块；15、挡板；16、电机；17、齿轮；18、导杆；19、凸条；20、冷却座；21、第二弹簧；22、推头；23、单向片。
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。
请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔及其生产工艺；
实施例
锂电池集流体铝由以下重量百分比的原料制备而成：Si：0.05～0.08%、Fe：0.20～0.48%、Cu：0.01～0.10%、Mn：0.01%、Mg：0.0035～0.01%、Cr：0.01%、Zn：0.05～0.10%、Ti：0.013～0.023%、RE、0.10～0.15%、Al、99.00～99.35%和其他不可避免杂质元素0.15%；
稀土在投料投料时以铝稀土中间合金的形式加入，且铝稀土中间合金的稀土含量为10%，铝稀土中间合金加入量按照公式Ｘ＝A·Q/(D-A）计算，其中Ｘ为铝稀土中间合金加入量、A为稀土元素的要求含量目标值、Q为熔炼炉熔体重量、D为铝稀土中间合金成分的标称含量与吸收率的乘积：
铝稀土中间合金采用中重稀土合金的铝铒（Al-Er）、铝铈（Al-Ce）或铝镱（Al-Yb）合金；
包括以下步骤：
S1：熔炼，将Al、Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn和Ti按照比例进行混合的物料加入到熔化炉内进行熔炼，熔炼温度保持720-800℃；
S2：精炼，将熔炼所得熔体送入静置炉中进行倒炉，倒炉完成后进行多次精炼，并加入惰性气体，精炼完成后进行扒渣操作；
S3：加料：精炼和扒渣完成后加入铝稀土中间合金，加入前测量铝液温度，温度保持在720-760℃，然后将铝稀土中间合金均匀的抛入炉膛内，在投入铝稀土中间并静置15分钟后，进行搅拌作业，时间为8分钟，保证炉内成分和温度均匀，搅拌作业结束后，静置30分钟，进行后续作业操作；
S4：连续铸轧，利用连续铸轧设备将液体金属轧制成半成品，铸轧区的长度为58～62mm；铸轧速度为1000～1200mm；铸轧机合金浇注温度为690～695℃；前箱液面高度为16±1mm；轧制力为330～430t；铸轧冷却采用水冷方式，铸轧出的半成品后续经过冷轧、箔扎和分切等加工操作，熔炼后保持时间为＜3h；
实施例
步骤S4中的连续铸轧设备包括基座1，基座1上固定有安装架2和前箱3，且前箱3位于安装架2的左端，并且前箱3上连接有输送通道4；
内辊5贯穿安装于安装架2内侧，且内辊5上活动套设有外辊6，并且外辊6的内壁上开设有冷却腔7，内辊5内开设有进液腔8和出液腔9，且进液腔8和出液腔9的一端分别连接有进液管路和出液管路，出液腔9的另一端贴合活动安装有活塞杆10，且活塞杆10的一端位于安装架2的外部，并且活塞杆10的一端固定有导板12，而且导板12与安装架2的外部之间连接有第一弹簧11，安装架2的外部通过轴杆转动安装有导盘13，且导盘13的内壁和导板12的外侧均固定有凸块14，安装架2的顶部固定有挡板15，且挡板15套设在外辊6的外侧，安装架2的顶部边缘处安装有电机16，且电机16的输出端连接有齿轮17，并且齿轮17与外辊6上的锯齿结构相啮合，而且上下两个外辊6相啮合，齿轮17的一端连接有导杆18，且导杆18上固定有凸条19，并且导杆18的一端通过皮带与导盘13上的轴杆相连接，而且下方导杆18直接安装于挡板15上，导杆18的下方设置有冷却座20，且冷却座20固定于两个挡板15之间，并且冷却座20位于外辊6的外部，冷却座20内端空腔内通过第二弹簧21连接有推头22，且冷却座20内端空腔的内壁上固定有单向片23，并且冷却座20内端空腔的侧壁上开设有进气孔，冷却腔7的截面呈“T”字形结构等角度分布在外辊6内，出液腔9关于进液腔8的中心轴线对称设置有两个，且出液腔9的截面呈扇形结构设计，并且进液腔8的截面呈倒置的“T”字形结构设计，出液腔9的对角处与冷却腔7之间设置有流通孔，进液腔8的顶部和底部侧边位置处与冷却腔7之间设置有流通孔，凸块14呈半球形结构等角度分布在导盘13上，且导盘13上凸块14和导板12上凸块14的端点位置重合分布，推头22呈倒置的“T”字形结构设计，且推头22的顶部和凸条19的端部均呈弧形结构设计，并且凸条19在导杆18上等角度分布有两组，推头22底部的单向片23弧形倾斜设计，且单向片23采用橡胶材料用于冷却座20内端单向出气；
铝液通过前箱3和输送通道4到达上下两个外辊6之间，启动电机16，电机16带动齿轮17，齿轮17带动外辊6转动，同时向进液腔8内通入冷却水，随着外辊6的转动，上方外辊6内的冷却腔7转动至进液腔8下方流通孔，使得冷却水进入冷却腔7，而后该冷却腔7跟随外辊6转动至铝液处，对铝液进行冷却和压制成型，随着外辊6的持续转动，对应的冷却腔7持续进液进行冷却成型，使用后的冷却腔7继续转动至上方右侧的出液腔9，内部的水通过流通孔进入该出液腔9，将热水排出，而后该冷却腔7转动至进液腔8顶部位置，使得冷却水再次进入冷却腔7，对冷却腔7及其周边位置进行冷却，而后再次进入左侧的出液腔9，将热水排出，然后再次进入下方进行新的冷却液的导入，对铝液进行降温，同时电机16通过齿轮17带动导杆18转动，可以带动导盘13转动，导盘13上的凸块14与导板12上的凸块14间隙接触，配合第一弹簧11的使用，实现导板12的往复活动，进而带动活塞杆10在出液腔9内往复活动，可以将热水挤出，方便冷却腔7内的水进入出液腔9内，而下方外辊6转动时，冷却水和热水的流通方式略有不同，是在第二次进液过程进行冷却，但是配合两次进液和出液依然能起到很好的冷却效果；
随着齿轮17带动上方导杆18转动，下方导杆18在导盘13上的轴杆传动作用下一起转动，导杆18的转动带动凸条19转动，凸条19与推头22间隙接触，配合第二弹簧21的使用，使得推头22得以上下往复活动，使得冷却座20内端空腔的侧壁上的进气孔配合单向片23，可以实现冷却座20内端空腔的单向出气，对外辊6的外部进行辅助冷却，提高后续外辊6的铸轧效率。
实验验证
进行铸态和轧制态对比
请参阅图7，原铸态试样品界较宽，晶粒粗大，且空隙或夹杂物存在于部分品界处，Al-Ce试样的品粒大小都得到一定程度的细化，随着铜添加量的增加，细化效果变得明显，这是由于合金中添加铜后形成难溶相CuA12，这些难溶相分布在品界及品界附近，阻碍品粒长大，使合金品粒变得细小；
由轧制态图与铸态图比较可以看出，轧制态下，枝品网胞及粗大的第二相被压碎，晶粒得到细化，细小的析出相在组织中分布更加均匀；此外，试样塑性变形较为明显，沿着轧制方向晶粒被拉伸，产生大量纤维状变形织构，该织构内部位错密度较高，且具有高的形变储能；从而使得金属的抗拉强度及延伸率得以同时提升；通过试验，我们发现随着铜含量的增加，铸轧态试样的抗拉强度、延伸率增加，轧制态试样抗拉强度先增加后下降；在铜含量相同的条件下，轧制态试样抗拉强度高于铸态试样，轧制处理使得粗大晶粒及第二相明显细化，位错密度增大，抗拉强度升高；晶粒细化，使得晶界面积增加，综合铝合金纯度等因素考虑，通过铸轧的方式，Al-Ce0.10-0.15％的轧制试样综合性能较佳；
稀土变质作用主要表现在细化晶粒和枝晶，抑制粗片状T2相出现，消除原晶内分布的粗大块状相并形成球状相，使晶界处条状及碎块状化合物明显减少；通常情况下，稀土原子半径大于铝原子半径，性质比较活泼，熔于铝液中极易填补合金相的表面缺陷，使得新旧两相界面上的表面张力降低，提高了晶核的生长速度；同时还能在晶粒与熔融液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，细化合金组织，与此同时，也能减少形成针孔的一大因素粗片状T2相的存在；
生产工艺技术路线设计
生产工艺技术路线1
纯铝与Fe、Si、Cu中间合金配料→装炉→熔炼→扒渣、精炼→成分预分析→成分调整→成分合格→转炉→精炼、扒渣→成分确认→除气→过滤→晶粒细化→连续铸轧铝合金卷带材为6mm～7mm→冷轧4个道次，冷轧加工率40%～60%→均匀化热处理，退火温度为480-520℃，退火时间3-5h→退火后冷轧4个道次→箔轧4道次→分切→检验→包装入库；
生产工艺技术路线2
纯铝与Fe、Si、Cu中间合金、铝稀土中间合金配料→装炉→熔炼→扒渣、精炼→成分预分析→成分调整→成分合格→转炉→精炼、扒渣→成分确认→除气→过滤→晶粒细化→连续铸轧铝合金卷带材为6mm～7mm→冷轧4个道次，冷轧加工率40%～60%→均匀化热处理，退火温度为480-520℃，退火时间3-5h→退火后冷轧4个道次→箔轧4道次→分切→检验→包装入库。
2种生产工艺技术路线的化学成分
实验结果如图8-9所示
在试制过程中，为了获得较高的抗拉强度，以提高坯料冷轧退火厚度为唯一变量，以提高坯料及铝箔成品的性能（抗拉强度和延伸率）；通过对实验结果的统计分析得出；单纯进行退火厚度调整，难以同时满足抗拉强度、延伸率的要求，而添加稀土后，无论抗拉强度，延伸率均有一定程度提高；因为在不添加稀土的情况下，铝箔抗拉强度、延伸率已接近其加工硬化的极限，因此微量稀土元素的加入，改善了铝箔的力学性能，从而较好的满足了电池铝箔高强、高延伸的需求；
导电率实验
铝合金因添加了不同金属元素而表现出不同的性能特点；在各金属元素之中，对铝合金性能影响较大的元素有铜（Cu）、镁（Mg）、硅（Si）、铁（Fe）、锰（Mn）、镍（Ni）、锌（Zn）等；锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%；其合金强度随溶解度增加不断增加，锰（Mn）能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒；再结晶晶粒的细化，主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用；MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁（Fe），形成（Fe、Mn）Al6，使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织，减小铁的有害影响，锰含量为0.8%时，延伸率达最大值；Al-Mn合金长短时效硬化合金，即不可热处理强化；但是锰原子固溶在铝合金中打破了铝点阵里场的周期性，使点阵产生畸变，电子被锰原子偏转而增加电阻；锰元素含量在0-2.8%wt及3.8%wt以上时，电阻率随锰含量的增加而增加，而稀土中间合金的加入，不仅可以提高铝及铝合金的机械强度，而且因为其可以和一些固溶于铝中的有害杂质元素形成金属间化合物，并在晶界析出，降低杂质在基体中的固溶度，能提高铝导体的导电率；针对这一特点，本发明选择添加稀土中间合金作为获取最佳综合性能的途径；
铝液温度与含氢量结果验证
铝合金在熔炼时，会吸收大量的氢气，冷却时则因溶解度的下降而不断析出；铝合金中溶解的较多的氢，其溶解度随合金液温度的升高而增大，随温度的下降而减少，由液态转变成固态时，氢在铝合金中的溶解度下降19倍；因此铝合金液在冷却的凝固过程中，氢的某一时刻，氢的含量超过了其溶解度即以气泡的形式析出；因过饱和的氢析出而形成的氢气泡，来不及上浮排出的，就在凝固过程中形成细小、分散的气孔，即平常我们所说的针孔，氢是在表面进行的，它不仅与铝液表面的分压有关，还与合金熔炼温度、熔炼时间等有较大的关系；合金熔化温度越高，熔化时间和熔化后铝液保持时间越长，氢在铝液中扩散就越充分，铝液吸氢量就越大，出现针孔的几率就越大；为了减少铝合金熔炼时吸收氢气，一般熔化后保持时间不能超过3h，铝合金熔化温度也不能过高，一般控制在760℃以下，最高初始熔炼温度不应超过920℃；
由图10可以看出，铝合金熔液的温度越高，其可以吸收的氢也就会越多；当铝合金溶液在700℃的时候，每100g铝里面氢的溶解度一般为0.5到0.9，而如果温度升高到850℃的时候，氢的溶解度能够增加2到3倍；当具有其他的含碱金属杂质的时候，氢在铝溶液里面的溶解度更是会显著的增加；因此本发明选择加入温度为720-760℃；
在铝合金熔铸时，会带入大量气体和氧化夹杂(主要是氢、氧和氮)，使铸件产生针孔、裂纹和夹杂等缺陷，降低铝合金的强度；稀土的净化作用主要表现为明显减少铝液中的氢含量，降低针孔率和孔隙度，减少夹杂物和有害元素等；主要是因为稀土与氢有较大的亲和力，能大量吸附和溶解氢，并形成稳定的化合物，不会聚集成气泡，使铝的含氢量和孔隙率明显降低；稀土与氮生成难熔化合物，在熔炼过程中大部分以渣的形式排除，从而达到净化铝液的目的；
在铝液中加入0.1%～0.15%的RE，有助于更好地清除有害杂质、细化杂质或改变其形貌，使之晶粒细化并分布均匀；另外，RE与低熔点有害杂质形成RES、REAs、REPb等二元化合物，而这些化合物具有熔点高、密度小、化学性质稳定的特点，可以上浮成渣、捞除，从而净化铝液；遗留的微细质点成为铝的异质晶核从而细化晶粒。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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 (10)
1.一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔，其特征在于：由以下重量百分比的原料制备而成：Si：0.05～0.08%、Fe：0.20～0.48%、Cu：0.01～0.10%、Mn：0.01%、Mg：0.0035～0.01%、Cr：0.01%、Zn：0.05～0.10%、Ti：0.013～0.023%、RE、0.10～0.15%、Al、99.00～99.35%和其他不可避免杂质元素0.15%。
2.根据权利要求1所述的一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的生产工艺，其特征在于：所述铝稀土中间合金采用中重稀土合金的铝铒（Al-Er）、铝铈（Al-Ce）或铝镱（Al-Yb）合金。
3.根据权利要求1所述的一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的生产工艺，其特征在于：在制备所述电池集流体铝箔时，稀土在投料投料时以铝稀土中间合金的形式加入，且铝稀土中间合金的稀土含量为10%，所述铝稀土中间合金加入量按照公式Ｘ＝A·Q/(D-A）计算，其中Ｘ为铝稀土中间合金加入量、A为稀土元素的要求含量目标值、Q为熔炼炉熔体重量、D为铝稀土中间合金成分的标称含量与吸收率的乘积。
4.根据权利要求1所述的一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：熔炼，将Al、Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn和Ti按照比例进行混合的物料加入到熔化炉内进行熔炼，熔炼温度保持720-800℃；
S2：精炼，将熔炼所得熔体送入静置炉中进行倒炉，倒炉完成后进行多次精炼，并加入惰性气体，精炼完成后进行扒渣操作；
S3：加料：精炼和扒渣完成后加入铝稀土中间合金，加入前测量铝液温度，温度保持在720-760℃，然后将铝稀土中间合金均匀的抛入炉膛内，在投入铝稀土中间并静置15分钟后，进行搅拌作业，时间为8分钟，保证炉内成分和温度均匀，搅拌作业结束后，静置30分钟，进行后续作业操作；
S4：连续铸轧，利用连续铸轧设备将液体金属轧制成半成品，铸轧区的长度为58～62mm；铸轧速度为1000～1200mm；铸轧机合金浇注温度为690～695℃；前箱液面高度为16±1mm；轧制力为330～430t；铸轧冷却采用水冷方式，铸轧出的半成品后续经过冷轧、箔扎和分切等加工操作。
5.根据权利要求4所述的一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的生产工艺，其特征在于：所述步骤S4中的连续铸轧设备包括基座（1），所述基座（1）上固定有安装架（2）和前箱（3），且前箱（3）位于安装架（2）的左端，并且前箱（3）上连接有输送通道（4）；
还包括：
内辊（5），所述内辊（5）贯穿安装于安装架（2）内侧，且内辊（5）上活动套设有外辊（6），并且外辊（6）的内壁上开设有冷却腔（7），所述内辊（5）内开设有进液腔（8）和出液腔（9），且进液腔（8）和出液腔（9）的一端分别连接有进液管路和出液管路，所述出液腔（9）的另一端贴合活动安装有活塞杆（10），且活塞杆（10）的一端位于安装架（2）的外部，并且活塞杆（10）的一端固定有导板（12），而且导板（12）与安装架（2）的外部之间连接有第一弹簧（11），所述安装架（2）的外部通过轴杆转动安装有导盘（13），且导盘（13）的内壁和导板（12）的外侧均固定有凸块（14），所述安装架（2）的顶部固定有挡板（15），且挡板（15）套设在外辊（6）的外侧，所述安装架（2）的顶部边缘处安装有电机（16），且电机（16）的输出端连接有齿轮（17），并且齿轮（17）与外辊（6）上的锯齿结构相啮合，而且上下两个外辊（6）相啮合，所述齿轮（17）的一端连接有导杆（18），且导杆（18）上固定有凸条（19），并且导杆（18）的一端通过皮带与导盘（13）上的轴杆相连接，而且下方导杆（18）直接安装于挡板（15）上，所述导杆（18）的下方设置有冷却座（20），且冷却座（20）固定于两个挡板（15）之间，并且冷却座（20）位于外辊（6）的外部，所述冷却座（20）内端空腔内通过第二弹簧（21）连接有推头（22），且冷却座（20）内端空腔的内壁上固定有单向片（23），并且冷却座（20）内端空腔的侧壁上开设有进气孔。
6.根据权利要求5所述的一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的生产工艺，其特征在于：所述冷却腔（7）的截面呈“T”字形结构等角度分布在外辊（6）内。
7.根据权利要求5所述的一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的生产工艺，其特征在于：所述出液腔（9）关于进液腔（8）的中心轴线对称设置有两个，且出液腔（9）的截面呈扇形结构设计，并且进液腔（8）的截面呈倒置的“T”字形结构设计，所述出液腔（9）的对角处与冷却腔（7）之间设置有流通孔，所述进液腔（8）的顶部和底部侧边位置处与冷却腔（7）之间设置有流通孔。
8.根据权利要求5所述的一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的生产工艺，其特征在于：所述凸块（14）呈半球形结构等角度分布在导盘（13）上，且导盘（13）上凸块（14）和导板（12）上凸块（14）的端点位置重合分布。
9.根据权利要求5所述的一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的生产工艺，其特征在于：所述推头（22）呈倒置的“T”字形结构设计，且推头（22）的顶部和凸条（19）的端部均呈弧形结构设计，并且凸条（19）在导杆（18）上等角度分布有两组，所述推头（22）底部的单向片（23）弧形倾斜设计，且单向片（23）采用橡胶材料用于冷却座（20）内端单向出气。
10.根据权利要求4所述的一种0.008-0.016mmH18规格锂电池集流体铝箔的生产工艺，其特征在于：所述熔炼后保持时间为＜3h。
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