一种电池用高性能铝箔及其生产方法与流程

本发明涉及一种电池用铝箔，尤其是涉及一种电池用高性能铝箔及其生产方法。

背景技术：

随着电池技术的发展，特别是新能源汽车领域对电池容量提出了更高的要求，电池行业对电池用铝箔也提出了高强高延伸率的要求。中国专利公开了一种新型锂电池用铝箔及箔材制造方法（公开号：cn106435284a），其锂电池用铝箔的成分及其质量百分比为：fe：0.4-0.5％；si：0.1-0.2％；cu：0.08-0.09％；ti：0.025-0.035％；mn：≤0.005％；mg：≤0.005％；zn：≤0.01％；al含量≥99.35；其通过熔炼按比例调整权利要求1所述铝箔的成分，之后再经过铸轧、冷轧、一次退火处理、粗轧后得到锂电池用铝箔的毛坯料，铝箔毛坯料再经过粗轧、中轧、精轧后进行分切，在分切出口增加高频率高电压放电处理，将铝箔的表面分子氧化和极化。而电池用铝箔性能要求大致分为如下两个层级：1、厚度0.012-0.020mm，抗拉强度≥200mpa，延伸率≥2.5%；2、厚度0.012-0.020mm，抗拉强度≥230mpa，延伸率≥2.5%。利用这种制备方法制造出来的合金，如1235、1100、1050、8079均无法满足此性能要求。

技术实现要素：

本发明是提供一种电池用高性能铝箔及其生产方法，其主要是解决现有技术所存在的电池用铝箔厚度较厚，抗拉强度、延伸率都较差，从而使得电池的容量较小，使用寿命较短等的技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明的一种电池用高性能铝箔，其特征在于所述的铝箔的组成及质量百分比为：fe+si:≤0.65%，cu:0.07-0.25%，ti:0.015-0.025%，mn≤0.05%，mg≤0.05%，zn≤0.05%，余量为铝及不可避免的杂质。

本发明通过调整fe、si合金成分，增加cu含量，充分利用各元素的固溶强化作用，提高强度的同时不减少延伸率，使得最终成品的延伸率大幅提高。

作为优选，所述的铝箔的组成及质量百分比为：fe+si:≤0.65%，cu:0.07-0.15%，ti:0.015-0.020%，mn≤0.05%，mg≤0.05%，zn≤0.05%，余量为铝及不可避免的杂质。

一种电池用高性能铝箔的生产方法，所述的方法包括：

（1）熔炼、铸轧工艺：将权利要求1中所述的组分按质量百分比投入到熔炼炉中进行加热熔炼，炉气设定温度为1000-1200℃；当铝合金熔体温度达到710-740℃后依次进行精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理；再将过滤后的铝合金熔体投入到铸轧机中连续铸轧成6.0-8.0mm的铸轧坯料；

（2）冷轧工艺：

当抗拉强度要求200-240mpa时，将坯料先冷轧至1.0-4.0mm进行中间退火处理；将中间退火的坯料进一步冷轧至0.20-0.30mm，进行切边；

当抗拉强度要求＞240mpa时，不进行中间退火，将坯料直接冷轧至0.20-0.30mm，进行切边；

（3）箔轧工艺：将切边后的铝箔坯料精轧成厚度为0.01-0.05mm的铝箔卷，将铝箔卷分切即可得成品电池用高性能铝箔。

晶粒细化处理时需加入al-5ti-1b晶粒细化剂，加入量为1.5-2kg/吨铝合金。

除气除渣是向除气箱中通入高纯氩气对铝合金熔体进行除气，调整石墨转子转速，保证铝液的含氢量≤0.12ml/100gal；为控制含氢量≤0.12ml/100gal，氩气纯度为99.99%，氩气压力在0.4-0.5mpa，除气箱熔体的温度为720-730℃，并每隔1小时将除气箱中随氩气气泡上浮至熔体表面的浮渣扒去。

过滤是用双级过滤板过滤除渣，采用进口过滤板，过滤精度为50目和60目。

连续铸轧具体是通过铸轧机前箱铸嘴供流，通过铸轧机铸轧辊，在铸轧区内将液态铝合金熔体铸轧成坯料。

坯料冷轧时轧机轧辊粗糙度为ra0.8μm。

铝箔卷精轧时轧辊凸度0.065mm，轧辊粗糙度ra0.09μm。

分切是将双张(或单张)铝箔大卷分切为用户要求的单张铝箔卷。

作为优选，所述的步骤（1）中连续铸轧时前箱熔体温度690-705℃，辊缝4.4-4.8mm，铸轧区长度50-55mm，铸嘴开口度9-11mm，卷取张力：40-60kn，铸轧速度850-950mm/min，冷却水水温36-42℃。

铸轧坯料的质量可以达到：同板差≤0.05mm，凸度0.01-0.05mm，晶粒度1级，纵向厚差≤0.1mm。工艺裂边≤2mm，铸轧板低倍试样表面不存在影响使用的条纹和偏析。

作为优选，所述的步骤（2）中中间退火时退火炉内温度为560-565℃，加热15-25h，当坯料温度达到420-460℃时，将退火炉内温度降至420-460℃，保温1-1.5h。

作为优选，所述的铸轧机具有成对设置的铸轧主辊与铸轧副辊，铸轧主辊包括有主辊体，主辊体内部设有固定辊，主辊体与固定辊之间设有缓冲层，铸轧副辊包括有副辊体，副辊体为多段式，副辊体通过推杆连接有推块，推块具有锥面，其内端设有锥形的调节杆。主辊体在铸轧时能够在缓冲层的作用下产生缓冲作用，这样铸轧时较乱，不会在坯料上压出裂纹，延伸率较好。同时通过调节杆、推块、推杆可以调整副辊体的外径，从而调整铸轧的坯料的厚度。

作为优选，所述的步骤（1）铸轧成6.0-8.0mm的铸轧坯料后，将铸轧坯料加热到300-350℃，保温10-20min，然后以10℃/min的速率降温到200-250℃，保温20-30min；再将铸轧坯料加热到400-450℃，保温10-20min，然后以10℃/min的速率降温到300-320℃，保温20-30min；最后将铸轧坯料加热到500-550℃，保温10-20min，然后降温到室温。

因此，本发明通过调整铝合金fe、si的成分，添加cu元素，通过改变元素之间的协同作用，提高铝箔的性能，使其满足高强高延伸率电池用铝箔要求；与现有铸轧工艺相比，本发明采用一次中间退火处理，具有短流程、高效率、低能耗、低成本等优点，本发明制得的铝箔力学性能优异：1、厚度0.012-0.020mm，抗拉强度≥200mpa，延伸率≥2.5%；2、厚度0.012-0.020mm，抗拉强度≥230mpa，延伸率≥2.5%。

附图说明

附图1是本发明铸轧主辊的一种结构示意图；

附图2是本发明铸轧副辊的一种结构示意图；

附图3是图2的侧面结构示意图。

图中零部件、部位及编号：主辊体1、固定辊2、缓冲层3、副辊体4、推杆5、推块6、调节杆7。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本例的一种电池用高性能铝箔，调整电池用高强高延伸率铝箔的成分及其质量百分比：fe:0.30%,si:0.08%,cu:0.07%,ti:0.016%,mn≤0.05%,mg≤0.05%,zn≤0.05%,余量为铝及不可避免的杂质。

一种电池用高性能铝箔的生产方法：

熔炼、铸轧工艺：将上述电池用铝箔原材料加热熔炼成铝合金熔体；然后依次进行精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理，再将过滤后的铝合金熔体连续铸轧成7.0mm的铸轧卷。其中，精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理、连续铸轧具体如下：

a、精炼扒渣：将铝合金熔体转至静置炉中静置15min，然后进行多次精炼处理，第一次氩气精炼处理的时间为20min，精炼完后扒去表面浮渣，第一次精炼处理后(即从第二次精炼处理开始)精炼时间为22min，间隔为4h；

b、晶粒细化：将铝钛硼晶粒细化剂通过钛丝进给机加入到除气箱铝液入口处，晶粒细化剂的加入量为1.5kg/吨铝合金熔体；

c、除气除渣：向除气箱中通入高纯氩气对铝合金熔体进行除气，调整石墨转子转速，保证铝液的含氢量≤0.12ml/100gal；并每隔1小时将除气箱中的浮渣扒去；

d、过滤处理：双级过滤板过滤除渣，采用进口过滤板，过滤精度分别为50目和60目；

e、连续铸轧：通过铸轧机前箱铸嘴供流，通过铸轧机铸轧辊，在铸轧区内将液态铝合金熔体铸轧成厚度为7.0mm的坯料。

其中，铸轧机具有成对设置的铸轧主辊与铸轧副辊，如图1，铸轧主辊包括有主辊体1，主辊体内部设有固定辊2，主辊体与固定辊之间设有缓冲层3，如图2、图3，铸轧副辊包括有副辊体4，副辊体为多段式，副辊体通过推杆5连接有推块6，推块具有锥面，其内端设有锥形的调节杆7。

冷轧工艺：将坯料先冷轧至一定厚度后，进行中间退火处理；将中间退火后的坯料进一步冷轧至0.20-0.30mm，进行切边；

箔轧：将单张厚度为0.020mm的铝箔卷双合成双张厚度为0.040mm的双合铝箔卷，然后将两张总厚度为0.040mm的双合铝箔卷精轧成厚度为0.024mm的双合铝箔卷，最后将铝箔卷分切成单张厚度为0.012mm即可得成品电池用铝箔；其中，轧辊凸度0.065mm，轧辊粗糙度ra0.09μm。

将本实施例中制得的电池用高强高延伸率铝箔进行性能测试，结果实际厚度为0.012mm，抗拉强度为219mpa，延伸率为2.7％。

实施例2：本例的一种电池用高性能铝箔，配料：调整电池用高强高延伸率铝箔的成分及其质量百分比：fe:0.29%,si:0.07%,cu:0.10%,ti:0.018%,mn≤0.01%,mg≤0.01%,zn≤0.02%,余量为铝及不可避免的杂质。

一种电池用高性能铝箔的生产方法：

熔炼、铸轧工艺：将上述电池用铝箔原材料加热熔炼成铝合金熔体；然后依次进行精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理，再将过滤后的铝合金熔体连续铸轧成7.0mm的铸轧卷。其中，精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理、连续铸轧具体如下：

a、精炼扒渣：将铝合金熔体转至静置炉中静置15min，然后进行多次精炼处理，第一次氩气精炼处理的时间为20min，精炼完后扒去表面浮渣，第一次精炼处理后(即从第二次精炼处理开始)精炼时间为22min，间隔为4h；

b、晶粒细化：将铝钛硼晶粒细化剂通过钛丝进给机加入到除气箱铝液入口处，晶粒细化剂的加入量为1.5kg/吨铝合金熔体；

c、除气除渣：向除气箱中通入高纯氩气对铝合金熔体进行除气，调整石墨转子转速，保证铝液的含氢量≤0.12ml/100gal；并每隔1小时将除气箱中的浮渣扒去；

d、过滤处理：双级过滤板过滤除渣，采用进口过滤板，过滤精度分别为50目和60目；

e、连续铸轧：通过铸轧机前箱铸嘴供流，通过铸轧机铸轧辊，在铸轧区内将液态铝合金熔体铸轧成厚度为7.0mm的坯料。

冷轧工艺：将坯料先冷轧至一定厚度后，进行中间退火处理；将中间退火后的坯料进一步冷轧至0.20-0.30mm，进行切边；

箔轧：将单张厚度为0.020mm的铝箔卷双合成双张厚度为0.040mm的双合铝箔卷，然后将两张总厚度为0.040mm的双合铝箔卷精轧成厚度为0.024mm的双合铝箔卷，最后将铝箔卷分切成单张厚度为0.012mm即可得成品电池用铝箔；其中，轧辊凸度0.065mm，轧辊粗糙度ra0.09μm。

将本实施例中制得的电池用高强高延伸率铝箔进行性能测试，结果实际厚度为0.012mm，抗拉强度为236mpa，延伸率为2.6％。

实施例3：本例的一种电池用高性能铝箔，配料：调整电池用高强高延伸率铝箔的成分及其质量百分比：fe:0.35%,si:0.12%,cu:0.12%,ti:0.019%,mn≤0.01%,mg≤0.01%,zn≤0.02%,余量为铝及不可避免的杂质。

一种电池用高性能铝箔的生产方法：

熔炼、铸轧工艺：将上述电池用铝箔原材料加热熔炼成铝合金熔体；然后依次进行精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理，再将过滤后的铝合金熔体连续铸轧成7.0mm的铸轧卷。其中，精炼扒渣、晶粒细化、除气除渣、过滤处理、连续铸轧具体如下：

a、精炼扒渣：将铝合金熔体转至静置炉中静置15min，然后进行多次精炼处理，第一次氩气精炼处理的时间为20min，精炼完后扒去表面浮渣，第一次精炼处理后(即从第二次精炼处理开始)精炼时间为22min，间隔为4h；

b、晶粒细化：将铝钛硼晶粒细化剂通过钛丝进给机加入到除气箱铝液入口处，晶粒细化剂的加入量为1.5kg/吨铝合金熔体；

c、除气除渣：向除气箱中通入高纯氩气对铝合金熔体进行除气，调整石墨转子转速，保证铝液的含氢量≤0.12ml/100gal；并每隔1小时将除气箱中的浮渣扒去；

d、过滤处理：双级过滤板过滤除渣，采用进口过滤板，过滤精度分别为50目和60目；

e、连续铸轧：通过铸轧机前箱铸嘴供流，通过铸轧机铸轧辊，在铸轧区内将液态铝合金熔体铸轧成厚度为7.0mm的坯料。

冷轧工艺：将坯料先冷轧至一定厚度后，进行中间退火处理；将中间退火后的坯料进一步冷轧至0.20-0.30mm，进行切边；

箔轧：将单张厚度为0.020mm的铝箔卷双合成双张厚度为0.040mm的双合铝箔卷，然后将两张总厚度为0.040mm的双合铝箔卷精轧成厚度为0.024mm的双合铝箔卷，最后将铝箔卷分切成单张厚度为0.012mm即可得成品电池用铝箔；其中，轧辊凸度0.065mm，轧辊粗糙度ra0.09μm。

将本实施例中制得的电池用高强高延伸率铝箔进行性能测试，结果实际厚度为0.012mm，抗拉强度为243mpa，延伸率为2.5％。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。