CN116140358A - 一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，属于铝材轧制技术领域，包括以下步骤：S1.将纯铝箔材表面处理，去除氧化物，放入深冷箱中进行冷却；S2.将冷却的纯铝箔材取出，进行深冷异步轧制；S3.将轧制后的带材高温均质化退火，进行多次异步轧制，无中间退火；S4.将轧制的带材再次冷却，进行深冷异步轧制，分卷、成品退火和剪切，得到新能源用铝箔。本发明采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔通过特殊的深冷、异步轧制和退火工艺，大大提高了铝箔的力学性能、电性能，大大提高了铝箔的使用性能和锂离子电池的成品率，且制备方法简单，成本更低，电池铝箔后续涂布性能更优，制得的新能源电池性格更好。

Description

一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法
技术领域
本发明涉及铝材轧制技术领域，具体涉及一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法。
背景技术
异步轧制作为一种先进的强塑性变形工艺，可通过对同步轧机的改造来实现，其主要轧制方式有同径异速异步轧制(上、下辊辊径相同，转速不同)和异径同速异步轧制(上、下辊辊径不同，转速相同)。异步轧制过程中，由于上、下轧辊对轧件变形的不对称性导致轧件内部产生剧烈的附加剪切变形，从而改善轧材沿厚度方向变形的均匀性，有助于板材综合性能的提高。基于异步轧制技术在改善金属及合金材料组织均匀性、提高性能等方面的优势，该技术被广泛用于铝/镁等金属和合金的轧制研究和生产，并取得良好效果。
发明专利(CN101524707A、CN105603341A)公布了利用异步轧制获得晶粒细小、成形性及强度显著提高的金属轧制工艺；发明专利(如CN201210590806.1、CN200410021496.7、CN200510046810.1)采用异步轧制技术对取向硅钢性能进行了改进；发明专利(CN201010524366.0)利用异步轧制技术实现了材料表面纳米化。然而，由于轧制过程中与上、下辊接触金属或合金变形的不对称性导致异步轧制板材出现上翘或下弯现象，致使板材难以连续咬入，降低轧制效率，严重的翘曲甚至会造成板材黏辊、轧机设备损毁及生产成本增加等。目前，异步轧制技术的应用研究仍集中于薄板带材，原因在于卷取机施加的卷取张力显著抑制了薄板带材的翘曲，因而与其相关的翘曲问题并未受到太多关注。然而中厚板材在异步轧制加工时，轧辊两侧不再有卷取机提供张力，因此如何改善或优化异步轧制中厚板材的板形、降低/消除异步轧制引起的翘曲问题就显得尤为突出和重要。针对该问题，一般通过改造轧机设备来实现，如在轧机上加装水平液压弯辊系统或在轧制生产线上加装强制矫直设备，投资巨大且短期内很难实现更新换代。针对异步轧制中厚板翘曲问题，发明专利CN104624664A提出通过调整轧制线高度及上/下工作辊咬入速度的方法对400mm铸坯粗轧头部翘曲现象进行控制，发明专利(CN03114584.1、CN200520079602.7)公布了一种通过调节轧机的导板高度，利用设计的导入角可变装置来解决异步轧制过程中的翘曲问题。然而，实际生产线中的轧机辊道系统长且都固定，上述发明专利提供的方法在实现板材异步轧制的连续轧制方面存在难度。
目前，超高强度的金属箔材得到越来越多的关注。对于很多金属材料，随着箔材厚度的降低价格成指数上涨。主要原因是箔材厚度降低，其加工难度大幅增加。与此同时，对于一些难变形金属箔材轧制过程中，轧件的变形抗力与硬度远远超过轧辊的硬度时候，轧制过程中轧辊可能会被轧裂，从而造成加工事故，给企业造成很大的损失。
发明内容
本发明的目的在于提出一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔通过特殊的深冷、异步轧制和退火工艺，大大提高了铝箔的力学性能、电性能，其抗拉强度≥280MPa，延伸率≥3.5％，远远高于其它厚度电池铝箔的性能，大大提高了铝箔的使用性能和锂离子电池的成品率，且制备方法简单，成本更低，所生产铝箔的面密度≥35g/m2，厚度公差≤±1.0％，电池铝箔后续涂布性能更优，制得的新能源电池性格更好。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，包括以下步骤：
S1.将纯铝箔材表面处理，去除氧化物，放入深冷箱中进行冷却；
S2.将冷却的纯铝箔材取出，进行深冷异步轧制；
S3.将轧制后的带材高温均质化退火，进行多次异步轧制，无中间退火；
S4.将轧制的带材再次冷却，进行深冷异步轧制，分卷、成品退火和剪切，得到新能源用铝箔。
作为本发明的进一步改进，轧制过程中使用新型轧制油，所述轧制油的制备方法为在石蜡油中添加5-10wt％的脂肪酸和3-5wt％的醇，混合均匀制得。
作为本发明的进一步改进，所述脂肪酸选自丁酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、壬酸、棕榈酸中的至少一种；所述醇选自甘油、乙二醇、乙醇、白藜芦醇、丁二醇、山梨醇中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述脂肪酸为辛酸和月桂酸的混合物，质量比为4-6:3；所述醇为甘油和山梨醇的混合物，质量比为5-7:2。
作为本发明的进一步改进，所述新型轧制油的喷射量为20-40mL/m2；所述新型轧制油的粘度为40℃6-7mm2/s。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述深冷箱温度为-85至-80℃，深冷处理时间为10-20min。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述深冷异步轧制的异速比为1.2-1.4，轧制2-4次，每道次相对变形量为40-55％，每道次轧制前将试样在液氮中浸泡10-15min。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述高温均质化退火的温度为550-650℃，时间为0.5-1h，所述多次异步轧制的次数为5-7次，异速比为1.0-1.6，每道次相对变形量为20-30％。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述冷却为在-85至-80℃冷却10-20min，所述深冷异步轧制的异速比为1.2-1.3，次数为1-2次，所述成品退火的温度为430-470℃，保温时间为25-50h。
本发明进一步保护一种上述的方法制得的新能源用铝箔。
本发明具有如下有益效果：本发明制备了一种新型轧制油当它们与金属表面接触时由于本身没有永久偶极，只在分子内部由于电子和原子核的不对称运动而出现瞬时偶极，靠瞬时偶极产生的色散力，使矿物油的分子吸附在金属的表面构成非极性分子边界润滑膜。采用脂肪酸和醇作为基础油的添加剂，它们的主要作用是协助基础油的吸附。脂肪酸和醇一端为非极性的烃基(R-)；脂肪酸的另一端为极性基团(-COOH)，而醇为(-OH)。当极性分子与非极性分子靠近时除有色散力作用外，由于非极性分子受极性分子电场的影响而产生诱导偶极，这种诱导偶极和极性分子之间产生的吸引力称诱导力。同时，诱导偶极又作用于极性分子，使其偶极矩加大，从而进一步加强了它们之间的吸引。另外，本发明通过添加合适量的脂肪酸和醇，可以很好地调节轧制油的粘性，避免铝箔退火除油不净，退火后在铝箔的表面会有残余黄油斑存在。同时，添加剂月桂酸和山梨醇能够起到很好的抗氧化作用，避免轧制油老化后，形成的油膜强度不够，轧制时被压破，形成铝箔亮点。
本发明采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔通过特殊的深冷、异步轧制和退火工艺，大大提高了铝箔的力学性能、电性能，其抗拉强度≥280MPa，延伸率≥3.5％，远远高于其它厚度电池铝箔的性能，大大提高了铝箔的使用性能和锂离子电池的成品率，且制备方法简单，成本更低，所生产铝箔的面密度≥35g/m2，厚度公差≤±1.0％，电池铝箔后续涂布性能更优，制得的新能源电池性格更好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中制得的新能源用铝箔的拉伸端口的SEM图。
具体实施方式
下面将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。
制备例1新型轧制油
所述轧制油的制备方法为在石蜡油中添加5wt％的脂肪酸和3wt％的醇，混合均匀制得，粘度为40℃6.12mm2/s。所述脂肪酸为辛酸和月桂酸的混合物，质量比为4:2；所述醇为甘油和山梨醇的混合物，质量比为5:2。
制备例2新型轧制油
所述轧制油的制备方法为在石蜡油中添加10wt％的脂肪酸和5wt％的醇，混合均匀制得，粘度为40℃6.32mm2/s。所述脂肪酸为辛酸和月桂酸的混合物，质量比为6:2；所述醇为甘油和山梨醇的混合物，质量比为7:2。
制备例3新型轧制油
所述轧制油的制备方法为在石蜡油中添加7wt％的脂肪酸和4wt％的醇，混合均匀制得，粘度为40℃6.26mm2/s。所述脂肪酸为辛酸和月桂酸的混合物，质量比为5:2；所述醇为甘油和山梨醇的混合物，质量比为6:2。
对比制备例1
与制备例3相比，不同之处在于，所述脂肪酸为单一的辛酸。
对比制备例2
与制备例3相比，不同之处在于，所述脂肪酸为单一的月桂酸。
对比制备例3
与制备例3相比，不同之处在于，所述醇为单一的甘油。
对比制备例4
与制备例3相比，不同之处在于，所述醇为单一的山梨醇。
实施例1
本实施例提供一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，包括以下步骤：
S1.将纯铝箔材表面处理，去除氧化物，放入-85℃的深冷箱中进行冷却10min；
S2.将冷却的纯铝箔材取出，进行深冷异步轧制，异速比为1.2，轧制2次，每道次相对变形量为40％，每道次轧制前将试样在液氮中浸泡10min；
S3.将轧制后的带材在550℃均质化退火0.5h，进行多次异步轧制，次数为5次，异速比为1.0，每道次相对变形量为20％，无中间退火；
S4.将轧制的带材在-85℃冷却10min，进行深冷异步轧制，异速比为1.2，次数为1次，分卷、成品430℃退火25h，剪切，得到新能源用铝箔，进行拉断后拉伸端口的SEM图如图1所示，断口韧窝密集且较深，尺寸较大，试样断裂之前有显著的颈缩现象，说明该新能源用铝箔的塑性较好；
轧制过程中使用制备例1制得的新型轧制油，所述新型轧制油的喷射量为20mL/m2。
实施例2
本实施例提供一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，包括以下步骤：
S1.将纯铝箔材表面处理，去除氧化物，放入-80℃的深冷箱中进行冷却20min；
S2.将冷却的纯铝箔材取出，进行深冷异步轧制，异速比为1.4，轧制4次，每道次相对变形量为55％，每道次轧制前将试样在液氮中浸泡15min；
S3.将轧制后的带材在650℃均质化退火1h，进行多次异步轧制，次数为7次，异速比为1.6，每道次相对变形量为30％，无中间退火；
S4.将轧制的带材在-80℃冷却20min，进行深冷异步轧制，异速比为1.3，次数为2次，分卷、成品470℃退火50h，剪切，得到新能源用铝箔；
轧制过程中使用制备例2制得的新型轧制油，所述新型轧制油的喷射量为40mL/m2。
实施例3
本实施例提供一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，包括以下步骤：
S1.将纯铝箔材表面处理，去除氧化物，放入-82℃的深冷箱中进行冷却15min；
S2.将冷却的纯铝箔材取出，进行深冷异步轧制，异速比为1.3，轧制3次，每道次相对变形量为47％，每道次轧制前将试样在液氮中浸泡12min；
S3.将轧制后的带材在600℃均质化退火1h，进行多次异步轧制，次数为6次，异速比为1.3，每道次相对变形量为25％，无中间退火；
S4.将轧制的带材在-82℃冷却15min，进行深冷异步轧制，异速比为1.25，次数为2次，分卷、成品450℃退火37h，剪切，得到新能源用铝箔；
轧制过程中使用制备例3制得的新型轧制油，所述新型轧制油的喷射量为30mL/m2。
对比例1
与实施例3相比，不同之处在于，新型轧制油由对比制备例1制得。
对比例2
与实施例3相比，不同之处在于，新型轧制油由对比制备例2制得。
对比例3
与实施例3相比，不同之处在于，新型轧制油由对比制备例3制得。
对比例4
与实施例3相比，不同之处在于，新型轧制油由对比制备例4制得。
对比例5
与实施例3相比，不同之处在于，未进行步骤S2。
对比例6
与实施例3相比，不同之处在于，未进行步骤S3。
测试例1
将本发明实施例1-3和对比例1-6制得的新能源用铝箔进行性能测试，结果见表1。
采用402-MVD维氏显微硬度计测量复合板界面区域的硬度值，测试条件为载荷0.25N，持续时间25s。
在SANSCMT5000材料实验机上测试复合板的抗拉强度及伸长率，拉伸速度为1mm/min，拉伸试样的尺寸参照标准GB/T228-2002制定，标距尺寸为20mm×10mm。
表1
Figure BDA0003971317110000091
由上表可知，本发明制得的不等厚度双合轧制超薄铝箔具有较高的硬度、较好的力学性能，厚度公差小，生产铝箔的面密度大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将纯铝箔材表面处理，去除氧化物，放入深冷箱中进行冷却；
S2.将冷却的纯铝箔材取出，进行深冷异步轧制；
S3.将轧制后的带材高温均质化退火，进行多次异步轧制，无中间退火；
S4.将轧制的带材再次冷却，进行深冷异步轧制，分卷、成品退火和剪切，得到新能源用铝箔。
2.根据权利要求1所述采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，其特征在于，轧制过程中使用新型轧制油，所述轧制油的制备方法为在石蜡油中添加5-10wt％的脂肪酸和3-5wt％的醇，混合均匀制得。
3.根据权利要求2所述采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，所述脂肪酸选自丁酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、壬酸、棕榈酸中的至少一种；所述醇选自甘油、乙二醇、乙醇、白藜芦醇、丁二醇、山梨醇中的至少一种。
4.根据权利要求3所述采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，所述脂肪酸为辛酸和月桂酸的混合物，质量比为4-6:3；所述醇为甘油和山梨醇的混合物，质量比为5-7:2。
5.根据权利要求2所述采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，所述新型轧制油的喷射量为20-40mL/m2；所述新型轧制油的粘度为40℃6-7mm2/s。
6.根据权利要求1所述采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，步骤S1中所述深冷箱温度为-85至-80℃，深冷处理时间为10-20min。
7.根据权利要求1所述采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，步骤S2中所述深冷异步轧制的异速比为1.2-1.4，轧制2-4次，每道次相对变形量为40-55％，每道次轧制前将试样在液氮中浸泡10-15min。
8.根据权利要求1所述采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，步骤S3中所述高温均质化退火的温度为550-650℃，时间为0.5-1h，所述多次异步轧制的次数为5-7次，异速比为1.0-1.6，每道次相对变形量为20-30％。
9.根据权利要求1所述采用异步轧制工艺生产新能源用铝箔的方法，步骤S4中所述冷却为在-85至-80℃冷却10-20min，所述深冷异步轧制的异速比为1.2-1.3，次数为1-2次，所述成品退火的温度为430-470℃，保温时间为25-50h。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的方法制得的新能源用铝箔。
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