一种动力电池专用型铝箔及其加工工艺
阅读说明：本技术 一种动力电池专用型铝箔及其加工工艺 (Special aluminum foil for power battery and processing technology thereof ) 是由 吴保剑 曾元 王毓玮 于 2021-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种动力电池专用型铝箔及其加工工艺,所述铝箔合金材料配比为：0.2-0.4％Si,1.2-1.3％Fe,0.2-0.3％Cu,0.05-0.1％Zr,0.05-0.1％Ti,0.02-0.05％B,其余为Al和小于0.155％的不可避免杂质；所述的百分比为质量百分比,本发明(1)采用铸轧法生产,省去了常规生产工艺中复杂工艺过程,步骤简单,无污染物产生,绿色环保,同时提高了成材率,节能降耗,提高了铝箔生产质量的水平,(2)采用本发明中的双面等离子清洗方法,可更加准确的控制了成品的厚度,可达到超薄的厚度要求,提高了本方法的实用性,运用范围更广。(The invention discloses a special aluminum foil for a power battery and a processing technology thereof, wherein the aluminum foil comprises the following alloy materials in parts by weight: 0.2-0.4% of Si, 1.2-1.3% of Fe, 0.2-0.3% of Cu, 0.05-0.1% of Zr, 0.05-0.1% of Ti, 0.02-0.05% of B, the balance of Al and inevitable impurities less than 0.155%; the percentage is mass percent, the invention (1) adopts the cast-rolling method to produce, omits the complex process in the conventional production process, has simple steps, no pollutant generation, green and environmental protection, simultaneously improves the yield, saves energy, reduces consumption and improves the production quality level of the aluminum foil, and (2) adopts the double-sided plasma cleaning method in the invention, can more accurately control the thickness of the finished product, can meet the requirement of ultrathin thickness, improves the practicability of the method and has wider application range.)
技术领域
本发明涉及一种动力电池专用型铝箔及其加工工艺。
背景技术
新能源汽车已经成为世界发展的热点，其中新能源汽车主要发展方向是采用动力锂离子电池的混合电动车与纯电动车。近年来，动力锂离子电池产业受到世界各国政府的高度重视和大力支持。与传统电池比较，动力锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、重量轻、体积小、自放电小、无记忆效应、循环寿命长、充电快速等优势，同时由于不含铅、镉等重金属，被称为绿色新能源产品。随着新能源交通工具的发展及节能环保要求的提高，动力锂离子电池的市场空间将进一步扩大。
2016年全球应用于电动汽车动力电池规模为48.5GWh，是消费电子、动力、储能三大板块中增量最大的板块。GGII预计到2022年全球电动汽车锂电池需求量将超过340GWh，规模是2016年的7倍。
2016年中国汽车动力锂电池产量为30.8GWh，同比增长82.2％。随着未来锂电池生产技术提升、成本下降、新能源汽车及配套设施的普及度提高等，未来3年新能源汽车的动力电池需求将保持持续增长，GGII预计到2022年中国汽车动力锂电池产量将达到215GWh，同比2016年增长近6倍。
目前，在动力电池用铝箔，国内招商局铝业、东北轻合金等厂商和国外铝薄板供应商均是采用熔炼——热轧——冷轧工艺流程，生产起来具有高能耗，流程多，成材率低等缺点。而铸轧法生产动力锂电池铝薄板在国内外鲜有人涉及，该方案加工技术难度大、生产工艺严格。
动力功能材料用铝箔用作锂离子电池的集电器，其抗拉强度必须能够得到较好的控制，如果抗拉强度过高，延伸率低时，将涂有石墨等活性物质的电极进行轧辊压延等压平工序过程中，动力功能材料用铝箔无足够变形以适应活性物质表面特性，动力功能材料用铝箔与活性物质间的接触性能变差；相反，如果抗拉强度较低时涂敷有活性物质的电极在进行轧辊压延等压平工序过程中，易使电极尺寸稳定性和平整性变差，且易产生断裂等问题。同时还必须要有足够的延伸率，如果延伸率低，涂有活性物质的电极在进行轧辊压延等压平工序时，动力功能材料用铝箔自身将产生内应力，而出现分裂，直接影响电池容量、循环寿命等性能。通常情况下，锂离子电池行业使用电池铝箔为负极集电极的正极，铝箔厚度在10至50微米不等。常用的锂电池纯铝箔有1060、1050、8011等合金牌号H18状态，根据目前电池箔市场情况以1235合金为主要合金材料。而锂电池生产企业用作高端动力功能材料用铝箔主要是从国外进口的热轧坯生产动力功能材料用铝箔进行生产，我国在高端动力功能材料用铝箔与国外相比主要在于强度偏软、延伸率低、致密性不足、表面粗糙度不均匀、表面质量清洁度不够等质量问题，目前。现有动力电池铝箔抗拉强度一般在190Mpa，延伸率4％，且抗拉强度与延伸相对应，强度高的，则延伸就低。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提供一种动力电池专用型铝箔，包括所述的铝箔合金材料配比为：0.2-0.4％Si，1.2-1.3％Fe，0.2-0.3％Cu，0.05-0.1％Zr，0.05-0.1％Ti，0.02-0.05％B，其余为Al和小于0.155％的不可避免杂质；所述的百分比为质量百分比。
一种动力电池专用型铝箔的加工工艺，包括以下步骤：
(1)组装：将铸轧机与静置炉相连，完成组装。
(2)熔炼，按照合金材料配比，将铝锭原料加入，原料熔融后加入铝硅中间合金、铝铁中间合金、铜铝中间合金进行成份调节；原料经过熔炼后导入静置炉，在静置炉中进行变质处理；过程中熔炼温度达到680-700℃导炉，导炉后在静置炉中进行变质处理，变质处理是向静置炉中添加铝-锆合金，控制变质中铝-锆合金的总量，使铸轧前铝液中的锆重量含量在0.05-0.1％；
(3)铸轧：将处理好的铝液进行铸轧，在除气箱内进行二次变质，二次变质是在除气箱内加铝钛硼丝，控制变质中铝钛硼合金的总量，使铸轧前铝液中的钛重量含量在0.05-0.1％，硼重量含量在0.02-0.05％；
(4)均匀化退火：将生产出来的铸轧卷先进行均匀化处理，退火工艺为：炉气温度450-500℃升温，金属温度达到420-460℃时，转炉气温度420-460℃保温5-6小时，退火后冷却到室温；
(5)冷轧：将均匀化处理好的铝箔进行冷轧压延，然后切边，冷轧至一定的厚度，冷轧过程中采用轧制油冷却；
(6)铝箔厚度清洗：对铝膜半成品进行双面等离子清洗，得到成品要求的铝箔厚度；
(7)成品检测：对清洗后达到要求成品要求的铝箔进行质量，外观上的检测；
(8)成品分卷：将分卷装置与轧制装置相连，在检测完成后进行成品分卷。
作为进一步改进，步骤(2)中所述铝-锆合金中锆重量含量为9％-11％，其余为铝。
作为进一步改进，步骤(3)中所述铝钛硼丝中钛重量含量为4.5-5.5％，硼重量含量为0.9-1.2％，其余为铝。
作为进一步改进，步骤(5)中轧制油的粘度：1.7-2.1(40℃mm2/s)，皂化值：4.0-6.0mgKOH/g，羟值：0.05-0.1mgKOH/g，酸值：0.1-0.3mgKOH/g。
作为进一步改进，步骤(6)中成品退火工艺为：炉气温度120-180℃升温，保持4-8小时，然后炉气温度330-380℃升温，保持6-10小时，然后炉气温度150-200℃，保持3-5小时。
作为进一步改进，所述的合卷装置为1620mm合卷机。
本发明中主要添加元素说明如下：
Si：0.2-0.4％(以下，各成分的含量表示重量％)Si是细化晶粒的主要元素，同时可以降低铸轧板面裂纹倾向性，为了获得上述效果，优选添加0.2％以上的Si，但是Si含量高于0.4％时，可以降低合金的塑性，容易断裂，因此Si含量优选限定在0.2-0.4％。
Fe：1.2-1.3％，Fe在铝中最大的溶解度为0.052％，当铝中含铁量大于0.052％时，其生成的组织是α(Al)及α(Al)+FeCl3共晶，阻止合金组织粗化，为了获得所述效果优选添加1.2％以上的Fe，但是当Fe超过1.3％时则生成的组织是初晶FeAl3及α(Al)+FeCl3共晶，初晶FeAl3呈针状或细条状，硬脆而难溶，降低合金塑性，因此Fe含量优选限定在1.2-1.3％。
Cu：0.2-0.3％，铜的加入可降低晶内和晶间的电位差，从而提高合金抵抗应力腐蚀作用，同时可使点腐蚀变为均匀腐蚀，降低材料表面粗糙度，为了获得所述效果，优选添加0.2％以上的Cu，但是铜含量高于0.3％时，与其他元素形成强化相，并且改变应力腐蚀和韧性。因此Cu含量优选限定在0.2-0.3％。
Zr：0.05-0.1％，Zr能细化组织，改变第二相结晶形状，形成细小弥散的的ZrAl3弥散相阻碍再结晶和晶粒长大，为了获得所述效果，优选添加0.05％以上的Zr，但是当Zr含量高于0.1％，Zr提供结晶质点，难容，沉淀在铝液中形成白条等缺陷。因此Zr含量优选限定在0.05-0.1％。
Ti：0.05-0.1％，钛作为重要的工艺添加剂，主要起细化晶粒的作用。为了获得所述效果，优选添加0.05％以上，当Ti含量高于0.1％时，会在铸轧板中形成粗大的Al3Ti，提高板材的脆性。因此，所述Ti含量优选限定在0.05-0.1％。
B：0.02-0.05％，B是以TiB2质点的方式加入，细化铸态的晶粒，并提高再结晶温度，为了获得所述效果，优选添加0.02％以上的B，但是当B含量高于0.05％时，容易产生气道、夹杂等缺陷。因此，所述B含量优选限定在0.02-0.05％。
有益效果：
本发明(1)采用铸轧法生产，省去了常规生产工艺中复杂工艺过程，步骤简单，无污染物产生，绿色环保，同时提高了成材率，节能降耗，提高了铝箔生产质量的水平。
(2)采用本发明中的双面等离子清洗方法，可更加准确的控制了成品的厚度，可达到超薄的厚度要求，提高了本方法的实用性，运用范围更广。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1：
高延伸动力电池用铝箔熔炼按重量百分比：Si：0.2％，Fe：1.22％，Cu：0.23％，Zr：0.06％，Ti：0.05％，B：0.03％，其余为杂质元素及铝的配比作为基础成份，配制原料。
具体制备方法如下：
(1)组装：将铸轧机与静置炉相连，完成组装；
(2)熔炼：按合金成份配比，其中将废料预埋在炉底，此处，可用于清理废料，再将铝锭加入，原料熔融后加入铝硅中间合金、铝铁中间合金、铜铝中间合金进行成份调节；原料经过熔炼后导入静置炉，在静置炉中进行变质处理；过程中熔炼温度达到690℃导炉，导炉后在静置炉中进行变质处理，变质处理是向静置炉中添加铝-锆合金，所述铝-锆合金中锆的重量含量9.35％，其余为铝；控制变质中铝-锆合金的总量，使铸轧前铝液中的锆重量含量在0.06％；
(3)铸轧：将处理好的铝液进行铸轧，在除气箱内进行二次变质，二次变质是在除气箱内加铝钛硼丝，所述铝钛硼丝中钛4.52％，硼1.13％，其余为铝；控制变质中铝钛硼合金的总量，使铸轧前铝液中的钛重量含量在0.05％，硼重量含量在0.03％；
(4)均匀化退火：生产出来的铸轧卷先进行均匀化处理，退火工艺为：炉气温度470℃升温，金属温度达到430℃时，转炉气温度430℃保温6小时，退火后冷却到室温；
(5)冷轧：将均匀化处理好的铝卷进行冷轧压延，然后切边，冷轧至成品厚度，冷轧过程中采用轧制油冷却，轧制油的粘度：1.89(40℃mm2/s)，皂化值：5.2mgKOH/g，羟值：0.08mgKOH/g，酸值：0.2mgKOH/g；
(6)铝箔厚度清洗：对铝膜半成品进行双面等离子清洗，得到成品要求的铝箔厚度，将铝膜半成品放入等离子清洗工位，半成品通过等离子清洗工位上的等离子清洗头进行双面清洗，去除表面微量的氧化物，同时在清洗过程中还可对表面进行刻蚀，活化表面，有利于增加表面张力，并达到成品所需要的厚度；
(7)成品检测：对清洗后达到要求成品要求的铝箔进行质量，外观上的检测；
(8)成品分卷：将分卷装置与轧制装置相连，在检测完成后进行成品分卷。
按照上述步骤生产出的延伸动力电池用铝箔，抗拉强度为237MPa，延伸率73％。
实施例2：
高延伸动力电池用铝箔熔炼按重量百分比：Si：0.36％，Fe：1.28％，Cu：0.23％，Zr：0.08％，Ti：0.07％，B：0.04％，其余为杂质元素及铝的配比作为基础成份，配制原料。
具体制备方法如下：
(1)组装：将铸轧机与静置炉相连，完成组装；
(2)熔炼：按合金成份配比，其中将废料预埋在炉底，再将铝锭加入，原料熔融后加入铝硅中间合金、铝铁中间合金、铜铝中间合金进行成份调节；原料经过熔炼后导入静置炉，在静置炉中进行变质处理；过程中熔炼温度达到700℃导炉，导炉后在静置炉中进行变质处理，变质处理是向静置炉中添加铝-锆合金，所述铝-锆合金中锆的重量含量9.35％，其余为铝；控制变质中铝-锆合金的总量，使铸轧前铝液中的锆重量含量在0.09％；
(3)铸轧：将处理好的铝液进行铸轧，在除气箱内进行二次变质，二次变质是在除气箱内加铝钛硼丝，所述铝钛硼丝中钛4.52％，硼1.13％，其余为铝；控制变质中铝钛硼合金的总量，使铸轧前铝液中的钛重量含量在0.1％，硼重量含量在0.05％；
(4)均匀化退火：生产出来的铸轧卷先进行均匀化处理，退火工艺为：炉气温度490℃升温，金属温度达到430℃时，转炉气温度430℃保温6小时，退火后冷却到室温；
(5)冷轧：均匀化处理好的铝卷进行冷轧压延，然后切边，冷轧至成品厚度，冷轧过程中采用轧制油冷却。轧制油的粘度：1.9(40℃mm2/s)，皂化值：5.5mgKOH/g，羟值：0.08mgKOH/g，酸值：0.2mgKOH/g；
(6)铝箔厚度清洗：对铝膜半成品进行双面等离子清洗，得到成品要求的铝箔厚度，将铝膜半成品放入等离子清洗工位，半成品通过等离子清洗工位上的等离子清洗头进行双面清洗，去除表面微量的氧化物，同时在清洗过程中还可对表面进行刻蚀，活化表面，有利于增加表面张力，并达到成品所需要的厚度；
(7)成品检测：对清洗后达到要求成品要求的铝箔进行质量，外观上的检测；
(8)成品分卷：将分卷装置与轧制装置相连，在检测完成后进行成品分卷。
按照上述步骤生产出的延伸动力电池用铝箔，抗拉强度为248MPa，延伸率69％。
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。