CN108779519A

CN108779519A - 铝合金箔

Info

Publication number: CN108779519A
Application number: CN201780016730.2A
Authority: CN
Inventors: 田中祐; 田中祐一; 本居徹也
Original assignee: UACJ Corp
Current assignee: UACJ Corp
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-11-09
Also published as: JP6952024B2; KR20180123520A; JP7165782B2; JP2021139051A; WO2017155027A1; US11255001B2; JPWO2017155027A1; US20190119790A1

Abstract

本发明提供一种即使在使箔厚度变薄的情况下，也能兼具较高的伸长率以及强度的铝合金箔。在该铝合金箔中，将化学成分以质量％计，含有Fe：1.0％以上2.0％以下、Cu：0.1％以上0.5％以下、Mn：0.05％以下，剩余部分由Al以及不可避免的杂质构成。在该铝合金箔中，箔厚度为20μm以下，满足El≥100×t/UTS。其中，t为箔厚度(μm)，UTS为抗拉强度(MPa)，El为伸长率(％)。

Description

铝合金箔

技术领域

本发明涉及一种铝合金箔。

背景技术

以往，使用铝合金箔作为二次电池、双电层电容器、锂离子电容器等的蓄电装置中的电极的集电体等。例如，在锂离子二次电池中，通常，在作为集电体的铝合金箔的表面上，涂覆含有电极活性物质的复合浆料，使其干燥，通过利用冲压机施加压缩加工而制造正极。制造的正极，一般地，以与隔板、负极层叠的状态，或者以层叠状态的样子而卷绕的状态容纳于壳体。

近年，以电池容量的提高等为目的，寻求集电体中使用的铝合金箔的薄壁化。在薄壁化的铝合金箔中，为了不使电极制造工序中的抗拉强度的降低所引起的铝合金箔的断裂发生，寻求铝合金箔的高强度化。

在现有的专利文献1中，公开了一种铝合金箔。该铝合金箔由如下方式取得：在对含有Mn：0.10～1.50质量％、Fe：0.20～1.50质量％，Mn和Fe的合计为1.30～2.10质量％，剩余部分由Al以及不可避免的杂质构成的铸块施加均质化处理后，施加热轧、冷轧、中间退火、冷轧，将中间退火后的轧制率设为95％以上的厚度为5～25μm的铝合金箔材料，以70～200℃进行10分钟以上热处理。

另外，在专利文献2中，公开了一种铝合金箔，该铝合金箔含有Fe：1.4～1.7质量％、Cu：0.1～0.5质量％，将Si抑制到0.4质量％以下，剩余部分由Al以及不可避免的杂质构成，亚晶粒的尺寸在厚度方向上为0.8μm以下，在轧制方向上为45μm以下。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-40659号公报

专利文献2：日本特开2014-47367号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，以往技术在以下方面存在问题。即，一般地，铝合金箔伴随着强度的上升、箔厚度的减少，伸长率降低。因此，通常，薄壁化的铝合金箔的伸长率的降低显著。伸长率较低的铝合金箔即使强度变高也容易断裂。因此，当将伸长率较低的铝合金箔用于例如，锂离子二次电池中的正极的集电体等的情况下，铝合金箔不能追随伴随着充放电的活性物质的膨胀收缩所引起的变形，容易产生铝合金箔的断裂。另外，伸长率较低的铝合金箔即使在电极制造工序中也容易产生断裂。

此外，在专利文献2中，控制中间退火时的晶体颗粒数以及固溶状态，通过使亚晶粒的尺寸细微化，谋求铝合金箔的伸长率的提高。然而，该铝合金箔，箔厚度为12μm中的抗拉强度为280MPa左右的伸长率为3.4％以下，不能说具有足够高的伸长率。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使在使箔厚度变薄的情况下，也能兼具较高的伸长率以及强度的铝合金箔。

用于解决问题的方法

本发明的一个实施方式的铝合金箔，化学成分以质量％计，含有Fe：1.0％以上2.0％以下、Cu：0.1％以上0.5％以下、Mn：0.05％以下，剩余部分由Al以及不可避免的杂质构成，

箔厚度为20μm以下，

满足下述式1。

El≥100×t/UTS···式1

其中，在上述式1中，t为箔厚度(μm)，UTS为抗拉强度(MPa)，El为伸长率(％)。

发明效果

上述铝合金箔，具有上述特定的化学成分、箔厚度，满足上述特定的式1。因此，上述铝合金箔，即使在使箔厚度变薄的情况下，也能够兼具较高的伸长率以及强度。进一步，上述铝合金箔也能够使比电阻维持在较低状态。因而，当将上述铝合金箔，例如，作为蓄电装置中的电极的集电体使用的情况下，即使箔厚度较薄，在重复电极制造工序、电池的充放电时等，也难以引起铝合金箔的断裂。另外，上述铝合金箔，由于比电阻较低，因此有利于实现能量效率良好的蓄电装置。

具体实施方式

上述铝合金箔中的化学成分(单位为质量％，在以下的化学成分的说明中仅缩写为“％”)的意义以及限定理由如下文所述。

Fe：1.0％以上2.0％以下

Fe是用于使铝合金箔的强度提高的同时，促进铝合金箔的恢复的Al-Fe系化合物的形成的必要元素。这些功能能够通过控制Fe的固溶量以及析出状态的双方，控制铝合金箔制造时的加工应变的导入量而获得。

固溶于铝合金箔中的Fe抑制位错的移动，防止铝合金箔的强度过度降低。另一方面，作为Al-Fe系化合物而析出的化合物，通过作为没有与Al基质(基体)的相容性的化合物而很多地分散在整体中，有助于促进冷轧时加工组织的恢复。在冷轧时导入加工应变，同时，进行少量的加工组织的恢复。详细的机构不明，但是可考虑为通过因Al-Fe系化合物的存在而促进恢复，产生能够不断地导入加工应变的余地，其结果是，即使在使箔厚度变薄的情况下，也维持较高的伸长率。

若Fe含量不足1.0％，则没有与Al基质(基体)的相容性的Al-Fe系化合物的分布密度变小，铝合金箔的恢复促进效果不充分而不能获得较高的伸长率。另一方面，若Fe含量超过2.0％，则在铸造时形成超过数百μm的粗大的Al-Fe系化合物，成为在箔材轧制时生成针孔(空洞)的原因，健全的箔材的制造变得困难。从上述观点出发，Fe含量可优选为1.1％以上，更优选为1.2％以上。另外，Fe含量可优选为1.9％以下，更优选为1.8％以下，进一步优选为1.7％以下。

Cu：0.1％以上0.5％以下

Cu是有助于铝合金箔的强度提高的元素。Cu添加所引起的比电阻的增加的影响本来就较低。Cu是在Al-Fe系化合物中也部分固溶的性质，如上文所述，在Fe含量比较多的体系中，进一步抑制相对于含量的比电阻的增加。Cu含量，从获得添加所引起的强度提高效果的观点出发，设为0.1％以上。此外，若Cu含量不足0.1％，则不能获得充分的强度提高效果。另一方面，若Cu含量超过0.5％，则强度过高轧制变得困难。从上述观点出发，Cu含量能够优选为0.12％以上，更优选为0.14％以上。另外，Cu含量从箔制造时的轧制稳定性的观点出发，可优选为0.45％以下，更优选为0.4％以下，进一步优选为0.35％以下，进一步更优选为0.3％以下。

Mn：0.05％以下

Mn是有助于铝合金箔的强度提高的元素，另一方面使比电阻大大增加。因此，当作为电极的集电体使用的情况下，由于能量效率降低因此不优选。因此，将Mn含量设为0.05％以下。Mn含量可优选为0.03％以下，更优选为0.01％以下。此外，在通常使用的Al原料金属中作为杂质含有Mn的情况较多。因此，为了将Mn含量限制为不足0.001％，使用高纯度原料金属。因而，Mn含量从经济性等的观点出发，可优选为0.001％以上。

上述化学成分，以质量％计，能够进一步含有Si：0.01％以上0.6％以下。这种情况的意义以及限定理由如下文所述。

Si：0.01以上0.6％以下

Si是有助于铝合金箔的强度提高的元素。Si含量，从获得添加所引起的强度提高效果的观点出发，可设为0.01％以上。此外，在通常使用的Al原料金属中含有Si作为杂质的情况较多。因此，可以作为不可避免的杂质含有不足0.01％的Si。可是，要将Si含量限制为不足0.01％，要使用高纯度的原料金属。因而，从经济性的观点出发，Si含量可优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上，进一步优选为0.03％以上。另一方面，若Si含量变多，则形成粗大的Si单相粒子。尤其，若Si含量超过0.6％，则容易形成粗大的Si单相粒子，在箔厚度为20μm以下时容易发生针孔、箔开裂的问题。因此，Si含量可优选为0.6％以下，更优选为0.5％以下，进一步优选为0.4％以下。

上述化学成分可以含有Cr、Ni、Zn、Mg、B、V、Zr等的元素作为不可避免的杂质。此外，这些元素可能会使铝合金箔的伸长率劣化。因此优选这些元素分别为0.02％以下，这些元素的总量限制为0.07％以下。

在上述铝合金箔中，箔厚度为20μm以下。若箔厚度超过20μm，则不能应对近年来要求的箔的薄壁化(箔厚度标准尺寸降低(gauge down))。上述铝合金箔，由于箔厚度为20μm以下，例如，在对于箔的薄壁化要求较高的蓄电装置的电极的集电体用途中特别适用。

上述铝合金箔，例如，在作为集电体使用时，从以增加电池容量为目的而使占电池整体的体积的活性物质的比例更多等的观点出发，箔厚度可优选为18μm以下，更优选为15μm以下。此外，对箔厚度的下限尤其没有限定，从适用于作为集电体的使用等的观点出发，箔厚度可以设为8μm以上。

上述铝合金箔满足下述式1。

El≥100×t/UTS···式1

其中，在式1中，t为箔厚度(μm)，UTS为抗拉强度(MPa)，El为伸长率(％)。此外，箔厚度t为最终冷轧后的厚度。另外，式1的右边的100的单位是MPa/μm。

在箔厚度为20μm以下的情况下，若铝合金箔的伸长率El低于100×t/UTS的值，则不能兼具较高的伸长率以及强度，铝合金箔容易断裂。将不满足式1的铝合金箔，例如，用于锂离子二次电池中的正极的集电体等中的情况下，铝合金箔不能追随伴随着充放电的活性物质的膨胀收缩所引起的变形，容易产生铝合金箔的断裂。与此相对地，在满足式1的上述铝合金箔中，冷轧时的恢复被促进的结果是，即使使箔厚度变薄到20μm以下，也能够兼具较高的伸长率以及强度。此外，抗拉强度以及伸长率是依据JIS Z2241测定的值。

上述铝合金箔，进一步，可以满足下述式2。

Ρ≤0.002×UTS+0.006···式2

其中，式2中，ρ是比电阻(μΩ·cm)，UTS是抗拉强度(MPa)。此外，ρ是最终冷轧后的比电阻。另外，式2的右边的0.002的单位是μΩ·cm/MPa，0.006的单位是μΩ·cm。

比电阻是主要与上述铝合金箔所含有的元素的固溶量相关的物性值，若为了提高强度而使固溶量增加则比电阻增加。上述铝合金箔作为用于提高强度的元素，主要通过使用Cu使比电阻维持在较低状态。因此，上述铝合金箔导电性优异。因此，当将上述铝合金箔用于蓄电装置的集电体的情况下，在用高电流充放电时，很难引起能量效率降低等的问题。另外，比电阻是依据JIS H0505，采用双臂电桥法进行测定的值。为了消除环境温度的影响，比电阻的测定在液氮中进行。

在上述铝合金箔中，抗拉强度优选为250MPa以上。若抗拉强度不足50MPa，则强度不足，存在电极制造工序中断裂的情况。抗拉强度可更优选为265MPa以上，进一步优选为280MPa以上。

上述铝合金箔能够作为例如，锂离子二次电池等的二次电池、双电层电容器、锂离子电容器等的蓄电装置中的集电体而适用。更具体来说，例如，在将上述铝合金箔作为锂离子二次电池的集电体使用的情况下，在作为集电体的铝合金箔的表面，附有主要含有电极活性物质的复合材料。具体来说，在铝合金箔的表面，涂敷含有电极活性物质的复合浆料，干燥后，以混合材料层的致密化以及与集电体的粘附性的提高为目的而进行压制处理。即使上述铝合金箔的箔厚度较薄，在这些电极制造工序、电池中使用时也难以引起断裂，另外，由于比电阻较低，因此对实现能量效率良好的蓄电装置有用。

上述铝合金箔，例如，可以如下制造。即，上述铝合金箔能够由如下方式获得：将由上述特定的化学成分构成的铝合金铸块，实施或者不实施均质化处理并热轧后，进行含有箔材轧制的冷轧。均质化处理，具体来说，能够通过在400℃以上620℃以下加热1～20小时左右而实施。

在上述铝合金箔的制造方法中，热轧能够在350℃以下的温度下实施。此外，热轧时的温度设为，温度容易测定的热轧开始时以及结束时的温度为350℃以下。通过在350℃以下的温度下实施热轧，能够防止再结晶发生，累积热轧时的加工应变。作为促进冷轧时的恢复的要素，除了Al-Fe系化合物的存在，也与加工应变的累积的程度相关。加工应变越累积，则位错越容易移动，并促进恢复。对热轧时的温度的下限值，没有特别限定，但是从抑制变形电阻增大所引起的向轧制机的负荷增加等的观点出发，可以设为150℃。

另外，对从到达热轧的开始温度起的保持时间，尤其没有限定，但是从容易抑制Al-Fe-Si系化合物的析出等的观点出发，可设为12小时以内。此外，热轧可以一次进行，也可以在粗轧制后进行终轧制等，分多次进行。

在上述铝合金箔的制造方法中，通过热轧后，进行冷轧而获得铝合金箔。此时，不在冷轧的中途进行退火。其原因是，通过进行中途退火，加工应变被释放，在冷轧时难以引起恢复，与以最终箔厚度制作的铝合金箔的伸长率的降低相关联。此外，若在冷轧结束后实施最终退火，则加工应变被释放，铝合金箔的强度降低。因此，在冷轧结束后，优选不实施最终退火。

冷轧后的箔厚度，如上文所述，设为20μm以下。箔厚度可优选为18μm以下，更优选为15μm以下。此外，对箔厚度的下限没有特别限定，但是从适用于作为集电体的使用等的观点出发，箔厚度可设为8μm以上。此外，可以进行一回或者多次以上冷轧。冷轧中的最终轧制率，从促进恢复的观点出发，可优选为98％以上，更优选为99％以上。此外，上述最终轧制率为，从100×(冷轧前的热轧板的板厚度-最终的冷轧后的铝合金箔的箔厚度)/(冷轧前的热轧板的板厚度)计算出的值。

此外，上述各构成，能够为了上述各作用效果等的获取等根据需要任意组合。

<实施例>

关于实施例的铝合金箔进行如下说明。

(实施例1)

用半连续铸造法对表1所表示的化学成分的铝合金进行铸锭，通过端面切削，准备厚度为480mm的铝合金铸块。此外，在表1所表示的化学成分的铝合金中，合金A～M是适用于实施例的化学成分的铝合金，合金N～S是作为对比例的化学成分的铝合金。

表1

对上述准备好的铝合金铸块不施加均质化处理而热轧，获得厚度为5.0mm的热轧板。此时，热轧是连续进行粗轧制以及终轧制。另外，在上述热轧中，供粗轧制前的铝合金铸块，通过以350℃加热而保持6小时，将粗轧制的开始温度(热轧的开始温度)设为350℃。另外，粗轧制的结束温度(热轧的中途温度)为320℃，终轧制的结束温度(热轧的结束温度)设为180℃。这样在本例中，不仅是上述热轧的开始温度以及结束温度，作为热轧的中途温度的粗轧制的结束温度，即，终轧制的开始温度也设为350℃以下。

接着，中途不进行退火，重复进行冷轧，获得箔厚度：t(μm)为8～20μm的铝合金箔。此外，上述冷轧中的最终轧制率通过100×(冷轧前的热轧板的板厚度5.0mm-最终的冷轧后的铝合金箔的箔厚度(mm))/(冷轧前的热轧板的板厚度5.0mm)求出。

接下来，以获得的铝合金箔作为试验材料，测定抗拉强度：UTS(MPa)，伸长率：El(％)以及比电阻：ρ(μΩ·cm)。具体来说，抗拉强度以及伸长率，依据JIS Z2241，从试验材料中采集测定JIS5号试验片。然后，确认是否满足下述式1。

El≥100×t/UTS···式1

另外，依据JIS H0505，利用双臂电桥法测定比电阻：ρ。此外，为了消除环境温度的影响，比电阻：ρ的测定在液氮中进行。然后，确认是否满足下述式2。

Ρ≤0.002×UTS+0.006···式2

另外，为了调查箔材轧制状况，从试验材料的背面进行照射，通过光的泄漏的有无一并调查针孔的产生状况。

将这些结果集中表示在表2中。此外，试验材料E1～E13为实施例，试验材料C1～C6为对比例。此外，试验材料C5，由于使用了Cu含量超过0.5％的合金R，强度过高而不能获得箔厚度为20μm以下且可评价的铝合金箔。因此，不能实施抗拉强度、伸长率以及比电阻的测定。

如表2所示，在试验材料C1中，由于使用Si含量超过0.6％的合金N，因此形成粗大的Si单相粒子，由此产生针孔。

在试验材料C2中，由于使用Fe含量低于1.0％的合金O，因此分散的Al-Fe系化合物较少，冷轧时不促进恢复而伸长率较低。因此，试验材料C2不满足式1的关系。

在试验材料C3中，由于使用Fe含量超过2.0％的合金P，因此铸造时形成粗大化合物，箔材轧制时产生针孔。

在试验材料C4中，由于使用Cu含量低于0.1％的合金Q，因此加工硬化难，抗拉强度低于250MPa。此外，试验材料C4的抗拉强度，与其他的试验材料相比，为最低值。

在试验材料C6中，由于使用Mn含量超过0.05％的合金S，因此比电阻变高。

与此相对，试验材料E1～E13中任一项都具有上述化学成分、箔厚度，满足上述特定的式1。因此，根据试验材料E1～E13，确认即使在使箔厚度变薄为20μm以下的情况下，也能兼具较高的伸长率以及强度。另外，试验材料E1～E13进一步满足上述特定的式2。因此，根据试验材料E1～E13，确认除上述内容以外，也能够将比电阻维持在较低状态。

(实施例2)

本例主要调查热轧时的温度条件、均质化处理的有无，冷轧时的中途退火的影响等。

通过利用半连续铸造法将表1所示的化学成分的铝合金A铸锭并进行端面切削，准备厚度为480mm的铝合金铸块。

使用铝合金铸块A，利用表3所示的制造条件制造箔厚度为12μm的铝合金箔。对获得的铝合金箔，与实施例1同样地调查抗拉强度、伸长率、比电阻以及箔材轧制状况(有无针孔产生)。将这些结果集中以表4表示。此外，试验材料E14～E17为实施例，试验材料C7～C9为对比例。

表3

如表4所示，在试验材料C7以及C8中，热轧时，热轧的开始温度超过350℃。因此，试验材料C7以及C8热轧时的加工应变的累积变少，冷轧时的恢复不充分，伸长率低。因此，试验材料C7以及C8不满足式1的关系。

试验材料C9是，在热轧的开始前为350℃以下，但是冷轧的中途，在板厚度为1mm时，以超过350℃的380℃的高温进行中途退火而制作的。因此，试验材料C9是由于中途退火，加工应变被释放的结果，冷轧时的恢复不充分，伸长率低。因此，试验材料C9不满足式1的关系。

与此相对地，试验材料E14～E17中的任一项，具有上述化学成分、箔厚度，满足上述特定的式1。因此，根据试验材料E14～E17，确认即使在使箔厚度变薄为20μm以下的情况下，也能够兼具较高的伸长率以及强度。另外，试验材料E14～E17，进一步满足上述特定的式2。因此，根据试验材料E14～E17，确认除上述以外，还能够维持较低的比电阻。

以上，对本发明的实施例进行了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，能够在不损害本发明的主旨的范围内进行各种变更。

Claims

1.一种铝合金箔，化学成分以质量％计，含有Fe：1.0％以上2.0％以下、Cu：0.1％以上0.5％以下、Mn：0.05％以下，剩余部分由Al以及不可避免的杂质构成，

箔厚度为20μm以下，

满足下述式1，

El≥100×t/UTS···式1

2.根据权利要求1所述的铝合金箔，其特征在于，所述化学成分以质量％计，进一步含有Si：0.01以上0.6％以下。

3.根据权利要求1或者2所述的铝合金箔，其特征在于，进一步满足下述式2，

Ρ≤0.002×UTS+0.006···式2

其中，式2中，ρ是比电阻(μΩ·cm)，UTS是抗拉强度(MPa)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的铝合金箔，其特征在于，所述抗拉强度为250MPa以上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的铝合金箔，其特征在于，用于集电体。