CN117230348B - 一种1100b高强度电池箔及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种1100B高强度电池箔及其制备方法，属于铝合金制备技术领域。1100B高强度电池箔包括以下质量百分比的成分：Si：0.1％‑0.2％、Fe：0.40％‑0.55％、Cu：0.10％‑0.15％、Mn：≤0.05％、Mg：0.04％‑0.08％、Zn：≤0.05％、V：≤0.05％、Ti：≤0.03％，单个杂质元素≤0.03％，余量的铝。1100B高强度电池箔的制备方法包括：配料‑熔炼‑精炼‑过滤‑铸轧‑冷轧‑箔轧‑分切‑包装、入库。铝箔在冷轧过程中进行均匀化退火处理。本发明采用上述1100B高强度电池箔及其制备方法，能够解决现有的铝箔抗拉强度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金制备技术领域，尤其是涉及一种1100B高强度电池箔及其制备方法。
背景技术
绿色环保的新能源的发展是促进人类生存和全球经济可持续健康发展的重要动力资源和发展的基础。由于锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，是目前最具发展前景的绿色环保新能源材料。锂离子电池在便携电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面应用广泛，是近几年研究热点。随着具有更高能量密度、更高安全性的高效锂离子电池的发展要求，锂离子电池的关键组成材料的质量与性能也不断提高。正极集流体用铝箔材料除了在板形质量、表面质量、表面清洁度要求不断提高外，最重要指标——机械性能，要求其抗拉强度和延伸率不断提高。现有1070/1060合金系列抗拉强度为190-220MPa，1235合金系列抗拉强度240-260MPa，但是抗拉强度均不能满足电池铝箔对更高抗拉强度的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种1100B高强度电池箔及其制备方法，解决现有的铝箔抗拉强度低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种1100B高强度电池箔，包括以下质量百分比的成分：Si：0.1％-0.2％、Fe：0.40％-0.55％、Cu：0.10％-0.15％、Mn：≤0.05％、Mg：0.04％-0.08％、Zn：≤0.05％、V：≤0.05％、Ti：≤0.03％，其他单个杂质元素≤0.03％，余量的铝。
优选的，铝的质量百分比≥99％。
上述1100B高强度电池箔的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料，根据成分设计称取相应的原料；
S2、熔炼，将备好的原料放入熔炼炉中进行熔炼；
S3、精炼，熔化完全后对铝合金液进行精炼；
S4、过滤，采用RB级管式过滤箱+陶瓷过滤片的方式进行双重过滤；
S5、铸轧，过滤后的铝合金液经流槽注入铸轧机中进行连续铸轧得到6.5-8.0mm的铸轧板；
S6、冷轧，将铸轧板进行冷轧，冷轧过程中进行均匀化退火处理，冷轧后成品厚度为0.2-0.3mm的冷轧板；
S7、箔轧，将冷轧板进行箔轧获得厚度为0.012-0.015mm的箔材；
S8、分切，将箔材放入分切机进行分切，分切过程中铝箔经过针孔检测仪对产品的针孔缺陷进行检测；分切后进行精切，精切过程中进行表面电晕处理；
S9、包装、入库。
优选的，所述S1中，原料中包括质量百分比不高于25％的铝合金废料，其余铝为纯铝锭。
优选的，所述S3中，采用纯氩气向熔体中喷精炼剂进行精炼，精炼次数：熔炼炉内精炼1-2次，静置炉内精炼1-2次，倒炉时进行过流精炼；精炼时间：熔炼炉≥30min/次，静置炉≥20min/次；精炼频次：4-5h/次；精炼温度：≥730℃；铝合金中氢含量≤0.12ml/100gAl。
优选的，所述精炼剂为钠钾为基的氯化物精炼剂。
优选的，所述S5中，铸轧速度为900±50mm/min，铸轧区长度为55-70mm，辊面温度70-110℃；获得的铸轧板的同板差0-0.03mm，纵向板差0-0.12mm，中凸度0-0.05mm。
优选的，所述S6中，冷轧的压下道次为(6.5-8.0)mm-(3.5-4.6)mm-(2.0-2.5)mm-均匀化退火-(1.0-1.3)mm-(0.55-0.75)mm-(0.3-0.4)mm-(0.2-0.3)mm；均匀化退火的温度为500-560℃，保温时间为18h-22h。
优选的，所述S7中，箔材厚度为0.015mm的压下道次为(0.2-0.3)mm-(0.11-0.14)mm-(0.055-0.070)mm-(0.030-0.038)mm-0.020mm-0.015mm。
优选的，所述S7中，箔材厚度为0.012mm的压下道次为(0.2-0.3)mm-(0.11-0.14)mm-(0.043-0.065)mm-(0.030-0.034)mm-0.018mm-0.012mm。
本发明所述的一种1100B高强度电池箔及其制备方法的优点和积极效果是：
1、本发明在铝合金中提高了Fe、Si含量，增加α相、β相和Al3Fe硬质相含量比，在多道次轧制强塑性变形下，这些硬质相破碎后能较弥散分布与基体中，从而既能提升抗拉强度，又能增强其延伸率。
2、本发明提高了Cu元素含量，Cu元素在铝合金中生成Al6(Cu,Fe)相、Al7Cu2Fe相、Al(Cu,Fe)Si等第二相，铝箔经过多道次强塑性变形，第二相破碎，使其较均匀的分布于铝基体中，通过粒子促进形核，促进再结晶动力，形成细小的晶粒，有利于提升力学性能。
3、本发明提高了了Mg元素含量，Mg元素在铝中固溶度大，易产生固溶强化，Mg与Si有较好的结合力，析出细小弥散Mg2Si强化相，通过在退火过程中生成Zener钉扎效应，阻碍晶界的迁移，从而提高力学性能。
4、本发明在冷轧中间道次进行均匀化退火，合金元素在均匀化退火过程中发生固溶，使合金元素固溶到铝基体内，降低后续加工过程的加工硬化，后续析出第二相更加弥散均匀，有利于提高铝合金的抗拉强度和延伸率。而且，均匀化退火通过原子扩散、迁移，可以使铝合金组织、成分更加均匀、稳定，消除偏析。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种1100B高强度电池箔铸轧板第二相扫描电镜照片图；
图2为附图1中局部放大图；
图3为本发明一种1100B高强度电池箔第二相能谱成分分析图一；
图4为本发明一种1100B高强度电池箔第二相能谱成分分析图二。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
1100B铝合金：指在国标1100合金牌号铝合金的成分基础上，对合金成分进行调整，最终其纯铝含量不小于99.00％，为与1100合金牌号区别记为1100B。
常规锂电池用铝箔要求抗拉强度在190-240Mpa范围内，无法满足对铝箔高抗拉强度的需要。如何在保证铝纯度在99％以上，并提高双面光铝箔的抗拉强度，对于合金成分的设计，具有相当大的难度。
一种1100B高强度电池箔，包括以下质量百分比的成分：Si：0.1％-0.2％、Fe：0.40％-0.55％、Cu：0.10％-0.15％、Mn：≤0.05％、Mg：0.04％-0.08％、Zn：≤0.05％、V：≤0.05％、Ti：≤0.03％，其他单个杂质元素≤0.03％，余量的铝。
铝的质量百分比≥99％。
1100B合金中加入了较多的Fe、Si元素和一定量的Cu，并加入了一定量的Mg。提高Fe、Si含量，增加α相、β相和Al3Fe硬质相含量比，在多道次轧制强塑性变形下，这些硬质相破碎后能较弥散分布与基体中，从而既能提升抗拉强度，又能增强其延伸率。
Cu元素在铝合金中生成Al6(Cu,Fe)相、Al7Cu2Fe相、Al(Cu,Fe)Si等第二相，铝箔经过多道次强塑性变形，第二相破碎，使其较均匀的分布于铝基体中，这种较粗大的第二相(＞1μm)，通过粒子促进形核(PSN)，促进再结晶动力，形成细小的晶粒，有利于提升力学性能。
Mg合金元素在铝中固溶度大，易产生固溶强化，Mg与Si有较好的结合力，析出细小弥散Mg2Si强化相，通过在退火过程中生成Zener钉扎效应，阻碍晶界的迁移，从而提高力学性能。而且，均匀化退火通过原子扩散、迁移，可以使铝合金组织、成分更加均匀、稳定，消除偏析。
上述1100B高强度电池箔的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料，根据成分设计称取相应的原料。
原料中包括质量百分比不高于25％的铝合金废料，其余铝为纯铝锭。废料比例较高会影响熔体质量。
S2、熔炼，将备好的原料放入熔炼炉中进行熔炼。
Mg元素以Mg锭或AlMg中间合金形式添加。由于Mg密度较轻，烧损较大，Mg合金元素添加量偏上限控制。
S3、精炼，熔化完全后对铝合金液进行精炼。
炉料要保持清洁，熔体质量良好，满足铝箔生产要求。采用纯氩气向熔体中喷精炼剂进行精炼，精炼次数：熔炼炉内精炼1-2次，静置炉内精炼1-2次，倒炉时进行过流精炼。精炼时间：熔炼炉≥30min/次，静置炉≥20min/次；精炼频次：4-5h/次。精炼温度：≥730℃。
精炼均采用喷粉精炼。精炼剂为钠钾为基的氯化物精炼剂。由于CCl4与Mg发生反应，从而消耗Mg合金元素，不采用CCl4精炼。
精炼过程中，控制铝溶液中氢含量≤0.12ml/100gAl。
S4、过滤，采用RB级管式过滤箱+陶瓷过滤片的方式进行双重过滤。
S5、铸轧，过滤后的铝合金液经流槽注入铸轧机中进行连续铸轧得到6.5-8.0mm的铸轧板。
铸轧速度为900±50mm/min，铸轧区长度为55-70mm，辊面温度70-110℃。获得的铸轧板的同板差0-0.03mm，纵向板差0-0.12mm，中凸度0-0.05mm。立板后切轧辊一周板形进行检测，板形合格后卷成品卷；每两卷检测在线板形；每卷铸轧坯料检测离线板形；生产10卷后切一周板形复检是否合格。
S6、冷轧，将铸轧板进行冷轧，冷轧过程中进行均匀化退火处理，冷轧后成品厚度为0.2-0.3mm的冷轧板。
冷轧的压下道次为(6.5-8.0)mm-(3.5-4.6)mm-(2.0-2.5)mm-均匀化退火-(1.0-1.3)mm-(0.55-0.75)mm-(0.3-0.4)mm-(0.2-0.3)mm。
均匀化退火的温度为500-560℃，保温时间为18h-22h。合金元素在均匀化退火过程中发生固溶，使合金元素固溶到铝基体内，降低后续加工过程的加工硬化，后续析出第二相更加弥散均匀，有利于提高铝合金的抗拉强度和延伸率。而且，均匀化退火通过原子扩散、迁移，可以使铝合金组织、成分更加均匀、稳定，消除偏析。
冷轧的工艺参数如表1所示。
表1 1100B高强度电池箔冷轧工艺参数
冷轧时的板形质量控制：
①每次更换工作辊后，要坚持预热轧辊10分钟以上，成品道次前，要先生产厚料2～3卷，以提高轧辊热凸度，稳定辊型。
②更换轧辊和定期维修时，确保板形控制***正常。
冷轧时的表面质量控制：
①上料前对料卷进行清洁，确保无灰尘、异物。
②换辊时对轧辊进行清洁，生产前对五辊、导辊及板型辊进行清洁。
③出成品前应确认轧辊状态是否符合产品的表面要求，成品前道次/出成品第一卷检查表面是否有轧辊印痕、表面条纹等缺陷，避免出现批量表面缺陷。
④确保轧制油过滤***正常，以确保轧制表面质量。
S7、箔轧，将冷轧板进行箔轧获得厚度为0.012-0.015mm的双面光箔材。
板形要求不允许存在边松、中间松、塌边、荷叶边等明显的板形缺陷，甚至要求在低张力的条件下，不能有任何局部的板形质量缺陷。在板形检测仪检测标准为0.8kgf/mm2张力下，下塌量≤2mm。对于抗拉强度高，加工硬化程度高的铝合金，轧制过程中对板形的控制更加困难。
箔材厚度为0.015mm的压下道次为(0.2-0.3)mm-(0.11-0.14)mm-(0.055-0.070)mm-(0.030-0.038)mm-0.020mm-0.015mm。
箔材厚度为0.012mm的压下道次为(0.2-0.3)mm-(0.11-0.14)mm-(0.043-0.065)mm-(0.030-0.034)mm-0.018mm-0.012mm。
成品道次轧辊情况如表2所示。
表2 1100B高强度电池箔成品道次轧辊情况
| 成品厚度mm | 轧辊凸度‰ | 轧辊粗糙度(Ra)μm |
| 0.015 | 65 | 0.12-0.15 |
| 0.012 | 65 | 0.10-0.13 |
箔轧过程中轧制油要求如表3所示。
表3 1100B高强度电池箔箔轧生产中轧制油要求
S8、分切，将箔材放入分切机进行分切，将铝箔分切成10000-20000m的小卷。分切过程中铝箔经过针孔检测仪对产品的针孔缺陷进行检测，确保产品针孔质量良好。分切过程中经过烘烤表面除油装置，减少铝箔表面带油量。分切后进行精切，精切过程中进行表面电晕处理，以提高铝箔表面达因值指标。
要求铝箔表面无大面积残油，表面润湿张力达到33达因，不允许存在明显油线、油点，不允许存在划伤、硌伤、亮点等表面质量缺陷。铝箔存在抗拉强度高、加工硬化程度高，生产中速度快、板形不受控等现象，这对于达到产品表面质量要求提高了难度。
S9、包装、入库。
如图1、图2所示，铸轧板内部存在较多的第二相，主要形态为不规则条状和球状分布，条状分布长度一般≤10μm，宽度一般≤2μm，存在少量长度15μm或宽度4-5μm第二相。由于铸轧凝固过程中存在一定的轧制力，故第二相存在一定的形变。这些第二相经过后续的冷轧、箔轧多道次轧制后，会被破碎成较小尺寸，使其均匀的分布在铝板或铝箔中，有利于力学性能的提升。
对图3中的各检测位置进行能谱成分分析，结果如表4所示。对图4中的各检测位置进行能谱成分分析，结果如表5所示。
表4附图3中检测位置的能谱成分分析结果
表5附图4中检测位置的能谱成分分析结果
根据能谱分析结果，铝基体中的相多为AlFeCuSi四元相。由于Mg含量低于0.1％，Mg以固溶的形式存在铝基体中或以形成更小尺寸的第二相弥散在铝基体中。
以下将结合实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，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并不限于以下实施例。实施例1-4中铝合金的成分配比如表6所示。
表6 1100B高强度电池箔实施例的成分表
| 合金元素 | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | V | Ti | Al |
| 实施例一 | 0.19 | 0.55 | 0.10 | ＜0.01 | 0.043 | 0.01 | 0.001 | 0.017 | 余量 |
| 实施例二 | 0.16 | 0.47 | 0.15 | ＜0.01 | 0.058 | 0.02 | 0.01 | 0.02 | 余量 |
| 实施例三 | 0.10 | 0.54 | 0.14 | ＜0.01 | 0.069 | 0.01 | 0.01 | 0.026 | 余量 |
| 实施例四 | 0.17 | 0.42 | 0.14 | ＜0.01 | 0.078 | 0.03 | 0.005 | 0.015 | 余量 |
对上述实施例的铝合金采用上述制备方法轧制成厚0.015mm、0.012mm的双面光铝箔，进行力学性能检测，结果如表7所示。
表7 1100B高强度电池箔实施例的力学性能
采用本发明所述的1100B高强度电池箔及其制备方法制备的0.015mm厚度的铝箔，抗拉强度≥280MPa，延伸率≥1.8％；制备的0.012mm厚度的双面光铝箔，抗拉强度≥284MPa，延伸率≥1.5％。生产的铝箔在保证延伸率的基础上，大幅度的提高了铝箔的抗拉强度。
本发明生产的1100B高强度电池箔适用于锂离子电池集流体，主要应用于手机、平板、笔记本电脑等数码电子产品用电池，以及应用于锂电储能电池、新能源动力汽车用电池等领域。
因此，本发明采用上述1100B高强度电池箔及其制备方法，能够解决现有的铝箔抗拉强度低的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种1100B高强度电池箔，其特征在于：包括以下质量百分比的成分：Si：0.1％-0.2％、Fe：0.47％-0.54％、Cu：0.10％-0.15％、Mn：≤0.05％、Mg：0.069％-0.08％、Zn：≤0.05％、V：≤0.05％、Ti：≤0.03％，单个杂质元素≤0.03％，余量的铝；上述1100B高强度电池箔的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料，根据成分设计称取相应的原料；
S2、熔炼，将备好的原料放入熔炼炉中进行熔炼；
S3、精炼，熔化完全后对铝合金液进行精炼；
S4、过滤，采用RB级管式过滤箱+陶瓷过滤片的方式进行双重过滤；
S5、铸轧，过滤后的铝合金液经流槽注入铸轧机中进行连续铸轧得到6.5-8.0mm的铸轧板；
S6、冷轧，将铸轧板进行冷轧，冷轧过程中进行均匀化退火处理，冷轧后成品厚度为0.2-0.3mm的冷轧板；
S7、箔轧，将冷轧板进行箔轧获得厚度为0.012-0.015mm的箔材；
S8、分切，将箔材放入分切机进行分切，分切过程中铝箔经过针孔检测仪对产品的针孔缺陷进行检测；分切后进行精切，精切过程中进行表面电晕处理；
S9、包装、入库；
所述S6中，冷轧的压下道次为(6.5-8.0)mm-(3.5-4.6)mm-(2.0-2.5)mm-均匀化退火-(1.0-1.3)mm-(0.55-0.75)mm-(0.3-0.4)mm-(0.2-0.3)mm；均匀化退火的温度为500-560℃，保温时间为18h-22h。
2.根据权利要求1所述的一种1100B高强度电池箔，其特征在于：所述铝的质量百分比≥99％。
3.根据权利要求1所述的一种1100B高强度电池箔，其特征在于：所述S1中，原料中包括质量百分比不高于25％的铝合金废料，其余铝为纯铝锭。
4.根据权利要求1所述的一种1100B高强度电池箔，其特征在于：所述S3中，采用纯氩气向熔体中喷精炼剂进行精炼，精炼次数：熔炼炉内精炼1-2次，静置炉内精炼1-2次，倒炉时进行过流精炼；精炼时间：熔炼炉≥30min/次，静置炉≥20min/次；精炼频次：4-5h/次；精炼温度：≥730℃；铝合金中氢含量≤0.12ml/100gAl。
5.根据权利要求1所述的一种1100B高强度电池箔，其特征在于：所述S5中，铸轧速度为900±50mm/min，铸轧区长度为55-70mm，辊面温度70-110℃；获得的铸轧板的同板差0-0.03mm，纵向板差0-0.12mm，中凸度0-0.05mm。
6.根据权利要求1所述的一种1100B高强度电池箔，其特征在于：所述S7中，箔材厚度为0.015mm的压下道次为(0.2-0.3)mm-(0.11-0.14)mm-(0.055-0.070)mm-(0.030-0.038)mm-0.020mm-0.015mm。
7.根据权利要求1所述的一种1100B高强度电池箔，其特征在于：所述S7中，箔材厚度为0.012mm的压下道次为(0.2-0.3)mm-(0.11-0.14)mm-(0.043-0.065)mm-(0.030-0.034)mm-0.018mm-0.012mm。
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