CN108435791A - 一种制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法,将铜箔和锂箔剪切成长方形尺寸,铜箔厚度为锂箔的二分之一,宽度相同,长度为锂箔的一倍,将铜箔沿长度方向对折,完全包覆好锂箔,放入深冷箱中冷却,然后进行深冷轧制,然后再进行折叠、深冷轧制,重复5‑10次,生产出高性能的层状铜/锂双金属复合箔材;将层状铜/锂双金属复合箔材进行折叠,放入深冷箱中重新冷却,然后进行深冷异步轧制,直到将轧件厚度轧至10~50μm。本发明利用超低温塑性变形,金属锂与金属铜之间结合力相对较弱,从而难以形成金属间化合物。与此同时,利用超低温情况下,金属锂与金属铜均具有良好的塑性,从而实现多道次塑性变形。所得材料为纳米层状复合结构,具有良好的电池属性。
Description
技术领域
本发明属于金属材料轧制技术领域,特别涉及一种制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法。
背景技术
目前,锂金属作为新能源材料,得到世界学术界和企业界的高度重视,而制备出纳米锂金属复合材料也是其中重要的分支。对于纯锂材料,在加热、潮湿环境中,容易发生氧化,严重威胁材料的性能。
另外,铜箔作为常用的电池导体,在能源电池领域有广泛应用。如果将铜箔与锂箔直接轧制成为层状复合材料,可以制备出电池材料。然而,对于纯锂材料与纯铜材料进行复合轧制的时候,由于轧制过程塑性变形,导致材料温度升高,从而会导致纯锂材料部分发生氧化,很可能导致材料燃烧,而不能制备出层状的铜/锂复合箔材。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法,可制备高质量的铜/锂双金属复合箔材,该材料为层状复合材料,为铜/锂/铜……锂/铜多层复合材料,材料中锂与铜界面处不形成铜锂金属间化合物。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法,包括如下步骤:
第一步:以纯锂和纯铜金属箔材为原料,铜箔的厚度为锂箔的二分之一;
第二步:将铜箔和锂箔剪切成长方形,铜箔的宽度与锂箔相同,但长度为锂箔的一倍;
第三步:将铜箔沿长度方向对折,完全包覆好锂箔;
第四步:将材料放入深冷箱中进行冷却,冷却10分钟,实现材料温度被均匀冷却;
第五步:将材料取出,以压下率在50%左右进行深冷轧制,轧制结束后,轧件温度<-50℃;
第六步:将轧制后的带材进行对折并叠合,放入深冷箱中重新冷却,冷却时间3-5分钟;
第七步:将冷却的材料再进行深冷轧制,压下率维持在50%左右;
重复第六步和第七步5-10次,生产出高性能的层状铜/锂双金属复合箔材;
第八步:将层状铜/锂双金属复合箔材放入深冷箱中重新冷却,冷却时间3-5分钟;
第九步:采用深冷异步轧制,异速比为1.0~1.6,轧制压下量为5~20%;
重复第八步和第九步,直到将轧件厚度轧至10~50μm。
所述第一步中,锂箔轧制前的厚度为20-100μm,铜箔轧制前的厚度为10-50μm。
所述深冷箱采用氮气进行冷却,冷却温度范围为-190℃~-100℃。
本发明的主要原理为利用超低温塑性变形,金属锂与金属铜之间结合力相对较弱,从而难以形成金属间化合物。与此同时,利用超低温情况下,金属锂与金属铜均具有良好的塑性,从而实现多道次塑性变形。
与现有技术相比,本发明采用深冷叠轧技术,适合纯铜与纯锂材料。利用该方法,成功地制备了铜/锂双金属复合箔材,该复合箔材在电池材料等领域具有广阔前景。
附图说明
图1是本发明纳米层状铜/锂双金属复合箔材的深冷轧制制备流程图。
图中:1.铜箔;2.锂箔;3.堆叠铜/锂复合箔材;4.第一阶段深冷箱,采用氮气冷却,温度控制在-190℃至-100℃;5.深冷处理的铜/锂复合箔材;6.轧制的铜/锂复合箔材;7.上轧辊;8.下轧辊;9.第二阶段深冷箱;10.层状铜/锂双金属复合箔材,用于异步轧制;11.异步轧制的铜/锂复合箔材;12.氮气喷枪,用于实现轧辊低温;13.异步轧机的上轧辊;14.异步轧机的下轧辊。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示,一种制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法,通过多道次深冷累积轧制,轧件形成层状结构的铜/锂双金属复合箔材,其具体步骤如下:
第一步:以纯的锂箔2和铜箔1为原料,锂箔2轧制前的厚度为20-100μm,铜箔1轧制前的厚度为10-50μm,铜箔1的厚度为锂箔2的二分之一。
第二步:铜箔1和锂箔2剪切成长方形,铜箔1的宽度与锂箔2相同,但是,铜箔1的长度为锂箔2的一倍。
第三步:将铜箔1沿长度方向对折,完全包覆好锂箔2,得到堆叠铜/锂复合箔材3。
第四步:将堆叠铜/锂复合箔材3放入第一阶段深冷箱4中进行冷却,冷却10分钟,实现材料温度被均匀冷却,得到深冷处理的铜/锂复合箔材5。第一阶段深冷箱4采用氮气进行冷却,冷却温度范围为-190℃~-100℃。
第五步:将深冷处理的铜/锂复合箔材5取出,利用上轧辊7和下轧辊8,以压下率((H-h)/H)在50%左右进行深冷轧制,轧制结束后,轧件温度<-50℃,得到轧制的铜/锂复合箔材6。
第六步:将轧制的铜/锂复合箔材6沿轧制方向进行对折并叠合,放入第一阶段深冷箱4中重新冷却,冷却时间在3-5分钟。
第七步:将冷却的材料再进行深冷轧制,压下率维持在50%左右。
重复第六步和第七步5-10次,成产出高性能的层状铜/锂双金属复合箔材10。
第八步:将层状铜/锂双金属复合箔材10放入第二阶段深冷箱0中重新冷却,冷却时间在5分钟。
第九步:取出层状铜/锂双金属复合箔材10进行深冷异步轧制,异速比为1.0~1.6,轧制压下量为5~20%,得到异步轧制的铜/锂复合箔材11;在异步轧制前,需采用氮气喷枪12为异步轧机的上轧辊13和异步轧机的下轧辊14进行冷却,以保证深冷效果。
重复第八步和第九步,直到将轧件厚度轧制10~50μm。该材料为纳米层状复合结构,具有良好的电池属性。
以下是本发明的两个具体案例。
应用案例1
50μm厚层状铜/锂复合箔材深冷异步轧制制备,步骤如下:
第一步:以纯锂和纯铜金属箔材为原料,锂轧制前的厚度为100μm,铜轧制前的厚度为50μm。
第二步:金属铜箔和金属锂箔剪切成长方形尺寸,铜箔的宽度与锂箔相同,但是,铜箔的长度为锂箔的一倍。
第三步:将铜箔沿长度方向对折,完全包覆好锂箔。
第四步:将材料放入深冷箱中进行冷却,冷却10分钟,实现材料温度被均匀冷。深冷箱采用氮气进行冷却,冷却温度范围为-190℃。
第五步:将材料取出,以压下率((H-h)/H)在50%左右进行深冷轧制。轧制结束后,轧件温度<-50℃。
第六步:将轧制后的带材沿轧制方向进行对折并叠合,放入深冷箱中重新冷却,冷却时间在5分钟。
第七步:将冷却的材料再进行深冷轧制,压下率维持在50%左右。
重复第六步和第七步8次,成产出高性能的层状铜/锂双金属复合箔材。
第八步:将轧制后的带材放入深冷箱中重新冷却,冷却时间在5分钟。
第九步:采用深冷异步轧制,异速比为1.3,轧制压下量为10%。
重复第八步和第九步,直到将轧件厚度轧制50μm。该材料为纳米层状复合结构,具有良好的电池属性。通过本工艺轧制后,Cu层的厚度为50nm,锂的厚度为100nm。
应用案例2:
30μm厚层状铜/锂复合箔材深冷异步轧制制备,步骤如下:
第一步:以纯锂和纯铜金属箔材为原料,锂轧制前的厚度为50μm,铜轧制前的厚度为25μm。
第二步:金属铜箔和金属锂箔剪切成长方形尺寸,铜箔的宽度与锂箔相同,但是,铜箔的长度为锂箔的一倍。
第三步:将铜箔沿长度方向对折,完全包覆好锂箔。
第四步:将材料放入深冷箱中进行冷却,冷却10分钟,实现材料温度被均匀冷。深冷箱采用氮气进行冷却,冷却温度范围为-150℃。
第五步:将材料取出,以压下率((H-h)/H)在50%左右进行深冷轧制。轧制结束后,轧件温度<-50℃。
第六步:将轧制后的带材沿轧制方向进行对折并叠合,放入深冷箱中重新冷却,冷却时间在5分钟。
第七步:将冷却的材料再进行深冷轧制,压下率维持在50%左右。
重复第六步和第七步8次,成产出高性能的层状铜/锂双金属复合箔材。
第八步:将轧制后的带材放入深冷箱中重新冷却,冷却时间在5分钟。
第九步:采用深冷异步轧制,异速比为1.2,轧制压下量为10%。
重复第八步和第九步,直到将轧件厚度轧制25μm。该材料为纳米层状复合结构,具有良好的电池属性。通过本工艺轧制后,Cu层的厚度为25nm,锂的厚度为50nm。
Claims (4)
1.一种制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法,其特征在于,包括如下步骤:
第一步:以纯锂和纯铜金属箔材为原料,铜箔的厚度为锂箔的二分之一;
第二步:将铜箔和锂箔剪切成长方形;
第三步:将铜箔对折,完全包覆好锂箔;
第四步:将材料放入深冷箱中进行冷却,冷却10分钟,实现材料温度被均匀冷却;
第五步:将材料取出,以压下率在50%左右进行深冷轧制,轧制结束后,轧件温度<-50℃;
第六步:将轧制后的带材进行对折并叠合,放入深冷箱中重新冷却,冷却时间3-5分钟;
第七步:将冷却的材料再进行深冷轧制,压下率维持在50%左右;
重复第六步和第七步5-10次,生产出高性能的层状铜/锂双金属复合箔材;
第八步:将层状铜/锂双金属复合箔材放入深冷箱中重新冷却,冷却时间3-5分钟;
第九步:采用深冷异步轧制,异速比为1.0~1.6,轧制压下量为5~20%;
重复第八步和第九步,直到将轧件厚度轧至10~50μm。
2.根据权利要求1所述制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法,其特征在于,所述第一步中,锂箔轧制前的厚度为20-100μm,铜箔轧制前的厚度为10-50μm。
3.根据权利要求1所述制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法,其特征在于,所述深冷箱采用氮气进行冷却,冷却温度范围为-190℃~-100℃。
4.根据权利要求1所述制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法,其特征在于,所述第二步中,铜箔的宽度与锂箔相同,但长度为锂箔的一倍,所述第三步中,将锂箔放在铜箔上,锂箔的一条宽边与铜箔的一条宽边对齐,将铜箔沿长度方向的中垂线对折,完全包覆好锂箔。
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