CN107245607A

CN107245607A - 一种集流体用铝箔及其制造方法

Info

Publication number: CN107245607A
Application number: CN201710402331.1A
Authority: CN
Inventors: 刘斌斌; 李刚; 池国名; 黄世恒
Original assignee: Ruyuan East Sunshine Ai Xijie Fine Foil Co Ltd
Current assignee: Ruyuan East Sunshine Ai Xijie Fine Foil Co Ltd
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: CN107245607B

Abstract

本发明涉及一种集流体用铝箔及其制造方法。所述集流体用铝箔的成分包括Al、Si、Fe、Cu、Mg，其含量为：99.90wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.03wt％，0.01wt％≤Fe≤0.04wt％，0.002wt％≤Cu≤0.005wt％，0.005wt％≤Mg≤0.02wt％。所述集流体用铝箔的制造方法包括：首先准备合金材料，使其满足如下成分要求：99.90wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.03wt％，0.01wt％≤Fe≤0.04wt％，0.002wt％≤Cu≤0.005wt％，0.005wt％≤Mg≤0.02wt％，然后将所述合金材料熔铸成铸锭，对所述铸锭进行铣面、均匀化退火、热轧、冷轧，最后箔轧得到铝箔。

Description

一种集流体用铝箔及其制造方法

技术领域

本发明涉及储能器件的集流体，特别是涉及一种集流体用铝箔及其制造方法。

背景技术

储能器件是解决能源危机和环境污染的关键，它不仅能有效地利用现有能源，而且能开发利用新能源。其中，锂离子电池、超级电容器、锂离子电容器是当前应用与研究较为成熟的三大新型储能器件。铝箔，作为上述三种主要储能器件的电极集流体，是储能器件重要的组成部分，其主要起到收集电流、承载电极活性材料的作用。然而，现有技术的集流体的耐蚀性、抗拉强度、延伸率和导电率还有待提高。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种具有良好的抗拉强度、延伸率和导电率的集流体用铝箔及其制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种集流体用铝箔，所述集流体用铝箔的成分包括Al、Si、Fe、Cu、Mg，其含量为：99.90wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.03wt％，0.01wt％≤Fe≤0.04wt％，0.002％≤Cu≤0.005wt％，0.005wt％≤Mg≤0.02wt％。

相对于现有技术，本发明的集流体用铝箔属于高纯铝箔，Al的含量达到99.90wt％以上，且通过添加Si、Fe、Cu、Mg元素，比其他纯铝或合金铝具有更好的耐腐蚀性能、导电率、抗拉强度和延伸率。

其中，Si元素是添加后可提高强度的元素，其含量为0.01～0.03wt％。Si含量不足0.01wt％时，对强度提高几乎不起作用，而且若将Si含量控制在0.01wt％以下需要采用高纯铝锭生产，成本大幅度增加；Si含量超过0.03wt％时，将降低产品的导电率。

Fe元素也是添加后可提高强度的元素，其含量为0.01～0.04wt％。Fe含量不足0.01wt％时，不能获得需求的强度；Fe含量超过0.04wt％时，产品的导电率将难以达到要求。

Cu元素也是添加后可提高强度的元素，其含量为0.002～0.005wt％。Cu含量不足0.002％wt时，则难以实现提高强度的作用；Cu含量超过0.005wt％，产品的延伸率和导电性都将受到影响。

Mg元素也是添加后可提高强度的元素，其含量为0.005～0.02wt％。其在铝合金中可与Si和Cu形成强化相Mg₂Si和Al₂CuMg，Mg含量不足0.005wt％时，则需要采用高纯铝锭生产，成本大幅度增加；Mg含量超过0.02wt％时，产品的导电率将难以达到要求。

此外，铝箔成分中难以避免的存在一些杂质元素。集流体用铝箔由于在储能器件中不断地处于充放电状态，如Fe和Cu都能与Al形成原电池，造成Al的侵蚀，因此集流体用铝箔在活性物质或电解液中的耐蚀性也会明显影响储能器件锂离子电池、超级电容器、锂离子电容器的使用寿命。由于Al在空气中容易自我保护，在表面形成氧化膜可以防止Al的进一步氧化，从而保护Al不被侵蚀；而杂质元素的存在会破坏铝箔表面形成氧化膜的连续性，使铝箔的抗蚀性降低，且杂质元素含量越高，其抗蚀性越低。因此，本发明通过调整铝箔中的Al、Si、Fe、Cu、Mg元素含量，在提高抗拉强度、延伸率和导电率的基础上，能够将杂质元素含量保持在一个极低的水平，从而避免杂质元素破坏铝箔表面氧化膜的连续性，提高铝箔的耐蚀性。

进一步，所述集流体用铝箔的含量为：99.92wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.02wt％，0.02wt％≤Fe≤0.03wt％，0.002％≤Cu≤0.004wt％，0.01wt％≤Mg≤0.015wt％。

进一步，所述集流体用铝箔的Fe含量高于Si含量。Fe含量高于Si含量有利于缩小铸轧过程中的结晶温度范围，减小铸轧板的裂纹倾向。

本发明还提供一种集流体用铝箔的制造方法，首先准备合金材料，使其满足如下成分要求：99.90wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.03wt％，0.01wt％≤Fe≤0.04wt％，0.002％≤Cu≤0.005wt％，0.005wt％≤Mg≤0.02wt％，然后将所述合金材料熔铸成铸锭，对所述铸锭进行铣面、均匀化退火、热轧、冷轧，最后箔轧得到铝箔。

相对于现有技术，本发明通过对集流体用铝箔制造工艺的控制，使该集流体用铝箔的抗拉强度达到180MPa，延伸率达到2.0％以上，以确保在后续的电极制造过程不会发生断裂。

进一步，所述合金材料先经过熔炼得到熔体，熔体再经过浇铸形成铸锭；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0.12ml/100gAl以下。将熔体的氢含量控制在较低水平，可以减少铸锭的气孔和裂纹，提高铸锭的表面性能和加工性能。

进一步，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下。

进一步，均匀化退火的温度为520～610℃，保温时间为3～40h，升温时间为10～19h。若均匀化退火温度低于520℃或均匀化退火时间少于3h，不能达到均匀化的目的，难以消除化学成分和组织上的不均匀性；若均匀化退火温度高于610℃或均匀化退火时间高于40h，铸锭内部组织晶界平直化，不利于后续轧制破碎，且能耗大，成本较高。

进一步，热轧的开轧温度为500～560℃，终轧温度为240～340℃，道次为20～35次，热轧卷材厚度为4～8mm。由于Fe在铝中的固溶度很低，若开轧温度不足500℃，将会大大增加Fe的析出，导致难以确保提高强度的固溶量；若开轧温度高于560℃，则热轧轧制速度缓慢，生产效率下降；若终轧温度高于340℃，在热轧卷冷轧过程中，Fe以化合物形态析出量增加，会导致集流体强度下降；若终轧温度低于240℃，则热轧制过程中速度缓慢，生产效率下降。

进一步，热轧的开轧温度为510～550℃，终轧温度为270～330℃，道次为21～25次，热轧卷材厚度为5～7mm。

进一步，所述铸锭的尺寸为宽1020～1100mm，厚450～550mm，长4000～6000mm。

为了更好地理解和实施，下面详细说明本发明。

具体实施方式

本发明的集流体用铝箔，其成分包括Al、Si、Fe、Cu、Mg，其含量为：99.90wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.03wt％，0.01wt％≤Fe≤0.04wt％，Cu≤0.005wt％，0.005wt％≤Mg≤0.02wt％。

优选的，其含量为：99.92wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.02wt％，0.02wt％≤Fe≤0.03wt％，Cu≤0.004wt％，0.01wt％≤Mg≤0.015wt％。

本发明的集流体用铝箔的制造方法，包括如下步骤：首先准备合金材料，使其满足如下成分要求：99.90wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.03wt％，0.01wt％≤Fe≤0.04wt％，Cu≤0.005wt％，0.005wt％≤Mg≤0.02wt％，然后将所述合金材料熔铸成铸锭，对所述铸锭进行铣面、均匀化退火、热轧、冷轧，最后箔轧得到铝箔。

具体的，该制造方法的流程可以是以下几种：

Ⅰ、熔铸-铣面-均匀化退火-热轧-冷轧-箔轧；

Ⅱ、熔铸-均匀化退火-铣面-热轧-冷轧-箔轧；

Ⅲ、熔铸-铣面-均匀化退火-热轧-预退火-冷轧-中间退火-箔轧；

Ⅳ、熔铸-均匀化退火-铣面-热轧-预退火-冷轧-中间退火-箔轧。

在制造过程中可以进行预退火或者中间退火，但由于预退火和中间退火会降低铝箔的加工硬化程度，导致铝箔的抗拉强度有所下降，因此优选不进行预退火和中间退火。

熔铸：准备工业铝锭、镁锭、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金和铝锰中间合金等合金材料，将其进行配比并称重，使其达到如下成分要求：99.90wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.03wt％，0.01wt％≤Fe≤0.04wt％，Cu≤0.005wt％，0.005wt％≤Mg≤0.02wt％；所述合金材料经熔化、静置、精炼、除渣和除气得到熔体，经除气后熔体的氢含量控制在0.12ml/100gAl以下，优选的，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下；熔体再经过浇铸快速冷却成型为铸锭，铸锭尺寸优选为：宽1020～1100mm，厚450～550mm，长4000～6000mm。

均匀化退火：将铸锭在520～610℃温度范围内进行均匀化退火处理，保温时间为3～40h，升温时间为10～19h。

铣面：铸锭在进行热轧前必须铣面，铣去大面夹杂和表面氧化皮，以防止料卷在后续生产过程中造成孔洞等严重质量缺陷。

热轧：在500～560℃温度范围内进行热轧开轧，热轧终轧温度为240～340℃，热轧道次为20～35次，制得厚度为4～8mm的热轧卷材；优选的，热轧开轧温度为510～550℃，热轧终轧温度为270～330℃，热轧卷材厚度为5～7mm，热轧道次为21～25次。

下面结合具体实施例进一步说明。

实施例

本发明实施例的集流体用铝箔，其化学成分及含量如表1所示。

表1铝箔的化学成分及含量

本发明实施例的集流体用铝箔的制造方法，包括如下步骤：

实施例1～6和8～10以及比较例a、b按照上述流程Ⅰ制造铝箔：首先按照表1中铝箔的化学成分及含量准备好工业铝锭、镁锭、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金和铝锰中间合金等合金材料，将合金材料放入熔炼炉中进行熔化，经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后进入静置炉，经过静置、精炼、除渣、除气后得到熔体，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下，熔体再经过浇铸快速冷却成型为铸锭，锯切头尾后，铸锭尺寸为1070×515×5200mm；然后对铸锭进行铣面，铣去大面夹杂和表面氧化皮；继而对铣面后的铸锭进行均匀化退火、热轧，均匀化退火参数和热轧工艺参数如表2所示；其后连续进行冷轧和箔轧，得到箔厚22μm的铝箔。

表2均匀化退火和热轧工艺参数

实施例7按照上述流程Ⅲ制造铝箔：首先按照表1中铝箔的化学成分及含量准备好工业铝锭、镁锭、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金和铝锰中间合金等合金材料，将合金材料放入熔炼炉中进行熔化，经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后进入静置炉，经过静置、精炼、除渣、除气后得到熔体，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下，熔体再经过浇铸快速冷却成型为铸锭，锯切头尾后，铸锭尺寸为1070×515×5200mm；然后对铸锭进行铣面，铣去大面夹杂和表面氧化皮；继而对铣面后的铸锭进行均匀化退火、热轧，均匀化退火参数和热轧工艺参数如表2所示；热轧卷经冷轧后，在0.52mm厚度进行中间退火，中间退火温度为320℃，时间为10h；最后进行箔轧，得到箔厚22μm的铝箔。

比较例3003合金制造铝箔的流程为：首先按照表1中铝箔的化学成分及含量准备好工业铝锭、镁锭、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金和铝锰中间合金等合金材料，将合金材料放入熔炼炉中进行熔化，经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后进入静置炉，经过静置、精炼、除渣、除气后得到熔体，经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下；熔体经过铸轧后获得7mm厚的铸轧卷；铸轧卷经冷轧后，在0.3mm厚度进行中间退火，中间退火温度为365℃，时间为2h；最后进行箔轧，得到箔厚22μm的铝箔。

测试性能比较

对制得的各铝箔，测定抗拉强度、延伸率和导电率，结果如表3所示。

抗拉强度和延伸率：使用万能材料试验机CMT6104测定沿轧制方向切割的铝合金箔的抗拉强度，测定条件如下：将试件尺寸设定为10mm×140mm，夹具间距离设定为50mm，拉伸速度设定为10mm/min。

导电率：采用四探针法测定电比阻抗，换算成相对导电率而求得。

从表3可以看到，实施例1～10制得的铝箔的抗拉强度≥180MPa，延伸率≥2.0％，导电率＞60％IACS。其中，实施例7进行了中间退火，虽然导电率较高，但是抗拉强度和延伸率和其他实施例相比，较低。

比较例a由于Cu含量低，因此抗拉强度不充分。

比较例b由于Mg含量低，因此抗拉强度不充分。

比较例3003合金由于杂质元素过多，因此导电率较低。

表3测试性能比较

相对于现有技术，本发明通过控制铝箔合金成分和制备工艺，提高了铝箔的抗拉强度、延伸率和导电率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。

Claims

1.一种集流体用铝箔，其特征在于：所述集流体用铝箔的成分包括Al、Si、Fe、Cu、Mg，其含量为：99.90wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.03wt％，0.01wt％≤Fe≤0.04wt％，0.002wt％≤Cu≤0.005wt％，0.005wt％≤Mg≤0.02wt％。

2.根据权利要求1所述的集流体用铝箔，其特征在于：所述集流体用铝箔的含量为：99.92wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.02wt％，0.02wt％≤Fe≤0.03wt％，0.002wt％≤Cu≤0.004wt％，0.01wt％≤Mg≤0.015wt％。

3.根据权利要求1所述的集流体用铝箔，其特征在于：所述集流体用铝箔的Fe含量高于Si含量。

4.一种集流体用铝箔的制造方法，其特征在于：首先准备合金材料，使其满足如下成分要求：99.90wt％≤Al＜100wt％，0.01wt％≤Si≤0.03wt％，0.01wt％≤Fe≤0.04wt％，0.002wt％≤Cu≤0.005wt％，0.005wt％≤Mg≤0.02wt％，然后将所述合金材料熔铸成铸锭，对所述铸锭进行铣面、均匀化退火、热轧、冷轧，最后箔轧得到铝箔。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述合金材料先经过熔炼得到熔体，熔体再经过浇铸形成铸锭，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0.12ml/100gAl以下。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：经除气后熔体的氢含量控制在0.10ml/100gAl以下。

7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：均匀化退火的温度为520～610℃，保温时间为3～40h，升温时间为10～19h。

8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：热轧的开轧温度为500～560℃，终轧温度为240～340℃，道次为20～35次，热轧卷材厚度为4～8mm。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：热轧的开轧温度为510～550℃，终轧温度为270～330℃，道次为21～25次，热轧卷材厚度为5～7mm。

10.根据权利要求4～9中的任一权利要求所述的制造方法，其特征在于：所述铸锭的尺寸为宽1020～1100mm，厚450～550mm，长4000～6000mm。