一种动力电池用铝箔及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种动力电池用铝箔及其制备工艺 (Aluminum foil for power battery and preparation process thereof ) 是由 韩山 时新举 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种动力电池用铝箔及其制备工艺,该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.05～0.2％,Fe 0.2～0.7％,Cu 0.2％,Mn 0.05％,Mg 0.05％,Zn 0.05％,Ti 0.01～0.06％,余量为Al；该铝箔的制备工艺包括熔铸、首次冷轧、退火、二次冷轧、箔轧、分切六个步骤。本发明制得的铝箔表面张力系数大,无需经过后续除油处理,铝箔表面张力即可达到31达因以上,满足用户的使用需求,简化工艺流程,降低生产成本,且表面美观、细腻,制备工艺简单,路线成熟,具有广泛的工业应用前景。(The invention relates to an aluminum foil for a power battery and a preparation process thereof, wherein the aluminum foil comprises the following raw materials in percentage by weight: 0.05-0.2% of Si, 0.2-0.7% of Fe, 0.2% of Cu, 0.05% of Mn, 0.05% of Mg, 0.05% of Zn, 0.01-0.06% of Ti and the balance of Al; the preparation process of the aluminum foil comprises six steps of casting, primary cold rolling, annealing, secondary cold rolling, foil rolling and slitting. The aluminum foil prepared by the invention has a large surface tension coefficient, does not need subsequent oil removal treatment, can reach the surface tension of more than 31 dynes, meets the use requirements of users, simplifies the process flow, reduces the production cost, has an attractive and delicate surface, is simple in preparation process, has a mature route, and has a wide industrial application prospect.)
技术领域
本发明属于动力电池生产技术领域，特别是涉及一种动力电池用铝箔及其制备工艺。
背景技术
动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车等提供动力的蓄电池。锂电池作为一种常用的动力电池，具有高充电密度、长寿命和高单位成本等特点。在锂电池的结构中，铝箔是重要的内层组件之一，铝箔用作锂离子电池的集电器，其表面性能影响了正极的界面结构、内阻等，直接影响电池的倍率性能、容量发挥、循环性能等特性。
锂离子电池用铝箔目前使用较多的是1060、1070等合金，以1070合金制备锂离子电池用铝箔为例其常规工艺流程是：熔炼→铸轧→冷轧→纵剪切边→高温中间退火→箔轧→成品分切→检查包装，该常规工艺制备的铝箔产品表面附有大量的轧制油，铝箔产品表面出现油粘、起泡、起线条、油斑等缺陷，经过后续除油操作后，铝箔表面张力才为31达因，无法满足使用需求。达因值又称表面张力系数，即液体表面相邻两部分之间，单位长度内互相牵引的力，铝箔表面附油越少，达因值越高。铝箔的表面张力系数与铝箔表面附油量直接相关，因此，如何制备出表面附油量少的铝箔是提高产品质量的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池用铝箔及其制备工艺，以解决现有技术中的动力电池用铝箔达因值低，影响产品质量的技术问题。
本发明提供一种动力电池用铝箔，该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.05~0.2％，Fe 0.2~0.7％，Cu 0.2％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.01~0.06％，余量为Al。
优选地，该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.1~0.15％，Fe 0.3~0.6％，Cu0.2％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.02~0.05％，余量为Al。
本发明还提供了一种动力电池用铝箔的制备工艺，包括以下步骤：
步骤（1）熔铸：按重量百分比称取各个原料并混合，先经过熔炼得到熔体，熔体再经过铸轧形成7mm厚铸轧卷；
步骤（2）首次冷轧：将步骤（1）得到的铸轧卷冷却至室温后，经过首次冷轧处理，得到冷轧坯料；
步骤（3）退火：将步骤（2）得到的冷轧坯料在450℃～480℃温度下保温20h，升温时间为5～12h；
步骤（4）二次冷轧：将步骤（3）得到的坯料冷却至室温后，进行二次冷轧处理；
步骤（5）箔轧：将步骤（4）得到的坯料进行箔轧，在箔轧过程中，采用轧制油对轧辊进行喷淋，以达到润滑冷却的作用，轧制油在40℃时的运动粘度小于1.8 mm2/s，酸值小于0.4 mgKOH/g，皂化值小于10mgKOH/g，羟值小于5 mgKOH/g，制备得到的铝箔的尺寸为宽900mm-1440mm，厚0.012 mm -0.015mm；
步骤（6）分切：将步骤（5）得到的铝箔进行分切，分切速度为400-450m/min，按照产品的规格，调整分切刀的位置和角度，分切至相应规格。
优选地，步骤（1）中熔炼过程包括熔化、静置、精炼、除渣和除气，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下。
优选地，步骤（2）和步骤（4）中，冷轧的开卷张力均为20-25N/mm2，卷取张力均为30-35N/mm2，轧制速度均为800-1000mm/min，且最终道次的冷轧均使用高精磨床磨削辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量均控制在28％～30％。
优选地，步骤（3）中，在负压氛围中进行退火处理。
优选地，步骤（5）中采用无辊缝轧制，轧制速度控制在900-1000m/min，开卷张力控制在50-60N/mm2，卷取张力为60-65N/mm2。
优选地，步骤（5）中的轧制油在40℃时的运动粘度大于等于1.6 mm2/s且小于1.8mm2/s，酸值小于0.4 mgKOH/g，皂化值大于等于6 mgKOH /g且小于10 mgKOH /g，羟值大于等于1.5 mgKOH/g且小于5 mgKOH/g。
优选地，步骤（5）中制备得到的铝箔的尺寸为宽900mm-1440mm，厚0.014mm。
本发明的有益效果：（1）本发明各原料配比合理，工艺油种类选择合理，制备得到的铝箔表面张力系数大，无需经过后续除油处理，铝箔表面张力即可达到31达因以上，满足用户的使用需求，简化工艺流程，降低生产成本，且表面美观、细腻，铝箔表面无丝纹和松树纹的产生，针孔数≦15个/inch2；（2）简化工艺路线，制备工艺简单，降低生产成本，具有广泛的工业应用前景。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提供一种动力电池用铝箔，该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.05~0.2％，Fe 0.2~0.7％，Cu 0.2％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.01~0.06％，余量为Al。
优选地，该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.1~0.15％，Fe 0.3~0.6％，Cu0.2％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.02~0.05％，余量为Al。
其中，Si、Fe、Cu、Mg均为提高铝箔强度的材料，Si含量不足0.05wt％时，对强度的提高几乎不起作用，且不利于生产控制，Si含量超过0. 2wt％时，将降低产品的导电率；Fe含量不足0.2wt％时，不能获得需求的强度，且冷轧加工困难，生产成本高，Fe含量超过0.7wt％时，产品的导电率将难以达到要求，易析出粗大的化合物，降低比电容、增大漏电流；Cu含量小于0.2wt％时，则难以实现提高强度的作用，且铝箔的腐蚀核心少，腐蚀效果差，Cu含量大于0.2wt％时，产品的延伸率和导电性都将受到影响；Mg可与Si、Cu、Al形成强化相Mg2Si和Al2CuMg，Mg含量小于0.05wt％时，则需要采用高纯铝生产，成本大幅度增加，Mg含量大于0.05wt％时，产品的导电率将难以达到要求。
本发明还提供了一种动力电池用铝箔的制备工艺，包括以下步骤：
步骤（1）熔铸：按重量百分比称取各个原料并混合，先经过熔炼得到熔体，熔体再经过铸轧形成7mm厚铸轧卷；
步骤（2）首次冷轧：将步骤（1）得到的铸轧卷冷却至室温后，经过首次冷轧处理，得到冷轧坯料；
步骤（3）退火：将步骤（2）得到的冷轧坯料在450℃～480℃温度下保温20h，升温时间为5～12h；有利于保证铝箔各处成分均匀，保温温度高于480℃，铝箔表面会产生高温氧化，影响产品质量，保温温度低于450℃或保温时间过短则达不到成分均匀化的效果，保温时间超过此范围，则生产效率低，能耗大，生产成本高；
步骤（4）二次冷轧：将步骤（3）得到的坯料冷却至室温后，进行二次冷轧处理；
步骤（5）箔轧：将步骤（4）得到的坯料进行箔轧，在箔轧过程中，采用轧制油对轧辊进行喷淋，以达到润滑冷却的作用，轧制油由90%的基础油与10%的添加剂组成，轧制油在40℃时的运动粘度小于1.8 mm2/s，酸值小于0.4 mgKOH/g，皂化值小于10 mgKOH/g，羟值小于5 mgKOH/g，制备得到的铝箔的尺寸为宽900mm-1440mm，厚0.012 mm -0.015mm；
步骤（6）分切：将步骤（5）得到的铝箔进行分切，分切速度为400-450m/min，按照产品的规格，调整分切刀的位置和角度，分切至相应规格。
优选地，步骤（1）中熔炼过程包括熔化、静置、精炼、除渣和除气，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下。
优选地，步骤（2）和步骤（4）中，冷轧的开卷张力均为20-25N/mm2，卷取张力均为30-35N/mm2，轧制速度均为800-1000mm/min，且最终道次的冷轧均使用高精磨床磨削辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量均控制在28％～30％。压下量若大于30％，铝箔表面铝屑易脱落，粘在锟子上，影响箔材表面质量；压下量小于28％，箔材板形难以控制，给操作带来不便。将压下量均控制在28％～30％，提高了铝箔的质量，使轧制出的铝箔表面无丝纹和松树纹的产生，表面美观、细腻，能够满足使用要求。
优选地，步骤（3）中，在负压氛围中进行退火处理。
优选地，步骤（5）中采用无辊缝轧制，轧制速度控制在900-1000m/min，开卷张力控制在50-60N/mm2，卷取张力为60-65N/mm2。张力的变化不仅会导致断带，面且会影响铝箔的表面质量。
优选地，步骤（5）中轧制油在40℃时的运动粘度大于等于1.6 mm2/s且小于1.8mm2/s，酸值小于0.4 mgKOH/g，皂化值大于等于6 mgKOH /g且小于10 mgKOH /g，羟值大于等于1.5 mgKOH/g且小于5 mgKOH/g。对轧制油的性能进行优化，不仅增加了油膜的强度和润滑性，防止压轧金属变形过程中金属间的摩擦，且使油膜分布均匀，粘度低，无油斑痕，保证产品的表面质量。
优选地，步骤（5）中制备得到的铝箔的尺寸为宽900mm-1440mm，厚0.014mm。
实施例1
一种动力电池用铝箔，该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.05％，Fe 0.2％，Cu 0.2％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.01％，余量为Al。
该动力电池用铝箔的制备工艺，包括以下步骤：
步骤（1）熔铸：按重量百分比称取各个原料并混合，先经过熔炼得到熔体，熔体再经过铸轧形成7mm厚铸轧卷；熔炼过程包括熔化、静置、精炼、除渣和除气，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下；
步骤（2）首次冷轧：将步骤（1）得到的铸轧卷冷却至室温后，经过首次冷轧处理，得到冷轧坯料；冷轧的开卷张力为20N/mm2，卷取张力为30N/mm2，轧制速度为800mm/min，且最终道次的冷轧使用激光毛化辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为28％；
步骤（3）退火：将步骤（2）得到的冷轧坯料在450℃、负压氛围中保温20h，升温时间为5h；
步骤（4）二次冷轧：将步骤（3）得到的坯料冷却至室温后，进行二次冷轧处理；冷轧的开卷张力为20N/mm2，卷取张力为30N/mm2，轧制速度为800mm/min，且最终道次的冷轧使用高精磨床磨削辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为28％；
步骤（5）箔轧：将步骤（4）得到的坯料进行箔轧，采用无辊缝轧制，轧制速度为900m/min，开卷张力为50N/mm2，卷取张力为60N/mm2；采用轧制油对坯料进行喷淋，以达到润滑冷却的作用，轧制油由90%的基础油与10%的添加剂组成，轧制油在40℃时的运动粘度为1.75 mm2/s，酸值为0.3 mgKOH/g，皂化值为9 mgKOH/g，羟值为4 mgKOH/g，制备得到的铝箔的尺寸为宽900mm，厚0.012mm；
步骤（6）分切：将步骤（5）得到的铝箔进行分切，分切速度为400m/min，按照产品的规格，调整分切刀的位置和角度，分切至相应规格。
实施例2
一种动力电池用铝箔，该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.2％，Fe 0.7％，Cu 0.2％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.06％，余量为Al。
该动力电池用铝箔的制备工艺，包括以下步骤：
步骤（1）熔铸：按重量百分比称取各个原料并混合，先经过熔炼得到熔体，熔体再经过铸轧形成7mm厚铸轧卷；熔炼过程包括熔化、静置、精炼、除渣和除气，经除气后熔体的氢含量控制在0.10 ml/100gAl以下；
步骤（2）首次冷轧：将步骤（1）得到的铸轧卷冷却至室温后，经过首次冷轧处理，得到冷轧坯料；冷轧的开卷张力为25N/mm2，卷取张力为35N/mm2，轧制速度为1000mm/min，且最终道次的冷轧使用激光毛化辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为30％；
步骤（3）退火：将步骤（2）得到的冷轧坯料在480℃、负压氛围中保温20h，升温时间为12h；
步骤（4）二次冷轧：将步骤（3）得到的坯料冷却至室温后，进行二次冷轧处理；冷轧的开卷张力为25N/mm2，卷取张力为35N/mm2，轧制速度为1000mm/min，且最终道次的冷轧使用高精磨床磨削辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为30％；
步骤（5）箔轧：将步骤（4）得到的坯料进行箔轧，采用无辊缝轧制，轧制速度为1000m/min，开卷张力为60N/mm2，卷取张力为65N/mm2；采用轧制油对坯料进行喷淋，以达到润滑冷却的作用，轧制油由90%的基础油与10%的添加剂组成，轧制油在40℃时的运动粘度为1.78 mm2/s，酸值为0.2 mgKOH/g，皂化值为8 mgKOH/g，羟值为3 mgKOH/g，制备得到的铝箔的尺寸为宽1100mm，厚0.015mm；
步骤（6）分切：将步骤（5）得到的铝箔进行分切，分切速度为450m/min，按照产品的规格，调整分切刀的位置和角度，分切至相应规格。
实施例3
一种动力电池用铝箔，该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.1％，Fe 0.3％，Cu 0.2％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.02％，余量为Al。
该动力电池用铝箔的制备工艺，包括以下步骤：
步骤（1）熔铸：按重量百分比称取各个原料并混合，先经过熔炼得到熔体，熔体再经过铸轧形成7mm厚铸轧卷；熔炼过程包括熔化、静置、精炼、除渣和除气，经除气后熔体的氢含量控制在0.10 ml/100gAl以下；
步骤（2）首次冷轧：将步骤（1）得到的铸轧卷冷却至室温后，经过首次冷轧处理，得到冷轧坯料；冷轧的开卷张力为22N/mm2，卷取张力为31N/mm2，轧制速度为900mm/min，且最终道次的冷轧使用激光毛化辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为29％；
步骤（3）退火：将步骤（2）得到的冷轧坯料在460℃、负压氛围中保温20h，升温时间为10h；
步骤（4）二次冷轧：将步骤（3）得到的坯料冷却至室温后，进行二次冷轧处理；冷轧的开卷张力为22N/mm2，卷取张力为31N/mm2，轧制速度为900mm/min，且最终道次的冷轧使用高精磨床磨削辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为29％；
步骤（5）箔轧：将步骤（4）得到的坯料进行箔轧，采用无辊缝轧制，轧制速度为960m/min，开卷张力为58N/mm2，卷取张力为63N/mm2；采用轧制油对坯料进行喷淋，以达到润滑冷却的作用，轧制油由90%的基础油与10%的添加剂组成，轧制油在40℃时的运动粘度为1.7 mm2/s，酸值为0.1 mgKOH/g，皂化值为7 mgKOH/g，羟值为2 mgKOH/g，制备得到的铝箔的尺寸为宽1200mm，厚0.014mm；
步骤（6）分切：将步骤（5）得到的铝箔进行分切，分切速度为430m/min，按照产品的规格，调整分切刀的位置和角度，分切至相应规格。
实施例4
一种动力电池用铝箔，该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.15％，Fe 0.6％，Cu 0.2％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.05％，余量为Al。
该动力电池用铝箔的制备工艺，包括以下步骤：
步骤（1）熔铸：按重量百分比称取各个原料并混合，先经过熔炼得到熔体，熔体再经过铸轧形成7mm厚铸轧卷；熔炼过程包括熔化、静置、精炼、除渣和除气，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下；
步骤（2）首次冷轧：将步骤（1）得到的铸轧卷冷却至室温后，经过首次冷轧处理，得到冷轧坯料；冷轧的开卷张力为24N/mm2，卷取张力为33N/mm2，轧制速度为950mm/min，且最终道次的冷轧使用激光毛化辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为28％；
步骤（3）退火：将步骤（2）得到的冷轧坯料在470℃、负压氛围中保温20h，升温时间为9h；
步骤（4）二次冷轧：将步骤（3）得到的坯料冷却至室温后，进行二次冷轧处理；冷轧的开卷张力为24N/mm2，卷取张力为33N/mm2，轧制速度为950mm/min，且最终道次的冷轧使用高精磨床磨削辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为28％；
步骤（5）箔轧：将步骤（4）得到的坯料进行箔轧，采用无辊缝轧制，轧制速度为920m/min，开卷张力为55N/mm2，卷取张力为62N/mm2；采用轧制油对坯料进行喷淋，以达到润滑冷却的作用，轧制油由90%的基础油与10%的添加剂组成，轧制油在40℃时的运动粘度为1.6 mm2/s，酸值为0.05 mgKOH/g，皂化值为6 mgKOH/g，羟值为1.5 mgKOH/g，制备得到的铝箔的尺寸为宽1300mm，厚0.012mm；
步骤（6）分切：将步骤（5）得到的铝箔进行分切，分切速度为420m/min，按照产品的规格，调整分切刀的位置和角度，分切至相应规格。
实施例5
一种动力电池用铝箔，该铝箔中各原料的重量百分比如下：Si 0.13％，Fe 0.5％，Cu 0.2％，Mn 0.05％，Mg 0.05％，Zn 0.05％，Ti 0.03％，余量为Al。
该动力电池用铝箔的制备工艺，包括以下步骤：
步骤（1）熔铸：按重量百分比称取各个原料并混合，先经过熔炼得到熔体，熔体再经过铸轧形成7mm厚铸轧卷；熔炼过程包括熔化、静置、精炼、除渣和除气，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下；
步骤（2）首次冷轧：将步骤（1）得到的铸轧卷冷却至室温后，经过首次冷轧处理，得到冷轧坯料；冷轧的开卷张力为22N/mm2，卷取张力为31N/mm2，轧制速度为860mm/min，且最终道次的冷轧均使用激光毛化辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为29％；
步骤（3）退火：将步骤（2）得到的冷轧坯料在465℃、负压氛围中保温20h，升温时间为6h；
步骤（4）二次冷轧：将步骤（3）得到的坯料冷却至室温后，进行二次冷轧处理；冷轧的开卷张力为22N/mm2，卷取张力为31N/mm2，轧制速度为860mm/min，且最终道次的冷轧使用高精磨床磨削辊进行轧制，最终道次的冷轧压下量为29％；
步骤（5）箔轧：将步骤（4）得到的坯料进行箔轧，采用无辊缝轧制，轧制速度为930m/min，开卷张力为52N/mm2，卷取张力为63N/mm2；采用轧制油对坯料进行喷淋，以达到润滑冷却的作用，轧制油由90%的基础油与10%的添加剂组成，轧制油在40℃时的运动粘度为1.65 mm2/s，酸值为0.04 mgKOH/g，皂化值为6.5 mgKOH/g，羟值为4.5 mgKOH/g，制备得到的铝箔的尺寸为宽1440mm，厚0.015mm；
步骤（6）分切：将步骤（5）得到的铝箔进行分切，分切速度为440m/min，按照产品的规格，调整分切刀的位置和角度，分切至相应规格。
将实施例1-5制备得到的铝箔分别进行表面张力系数、表面性能测试，测试结果见表1。
表1
由上述试验数据可以看出，采用本发明所述的原料组成、原料配比及制备工艺，制得的铝箔表面张力系数大，无需经过后续除油处理，铝箔表面张力即可达到31达因以上，满足用户的使用需求，简化工艺流程，降低生产成本，且表面美观、细腻，铝箔表面无丝纹和松树纹的产生，针孔数≦15个/inch2；且制备工艺简单，降低生产成本，具有广泛的工业应用前景。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
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