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超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔及其生产工艺的制作方法

专利查询2023-2-9  68

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超薄高强度10
μ
m双面光锂电池用铝箔及其生产工艺
技术领域
1.本发明涉及软包电池封装的技术领域,特别是指一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔及其生产工艺。


背景技术:

2.电池用铝箔指的是用于锂离子电池正极材料的铝箔产品,在电池中,铝箔用途有很多,如涂炭箔、光箔、电池铝外壳、电蚀箔、极耳等,最为常见的是应用于3c数码、储能、电动汽车等领域。电池用铝箔不同于普通用途的铝箔产品,它要求产品的机械性能好,表面质量好,导电性能高。2020年国内电池箔出货量6万吨,同比增长16%,预计2021年出货量12万吨。随着国内外电子行业、电动汽车的高速发展,锂离子正极材料集流体的电池箔用量也迅速增加,根据行业预测,预计未来几年,将以每年20%左右的速度增长。
3.国内电池箔客户主要分布在三大区:长三角区、珠三角区和东北地区,国外电池箔客户以日韩、欧美企业为主。动力电池因追求较大的能量密度,除了在正极材料上提高压实密度、提高充电电压外,尽可能的将铝箔减薄,目前使用最广泛工艺成熟的动力电池箔产品厚度在0.012mm及以上,数码类铝箔,其厚度相对更薄一些,最薄厚度达到了0.009mm,甚至0.008mm。
4.对于双面光铝箔产品,其理论上的可轧厚度,是0.012mm,近年来,随着铝箔加工工艺技术的不断发展,要求轧制的双面光铝箔厚度越来越薄。目前工艺成熟、可大批量稳定生产的是0.012mm,但厚度要达到0.010mm,并且要达到高强度,满足客户使用要求,对生产技术、设备精度的要求都非常高,技术难度大,国内外具备稳定生产0.01mm双面光铝箔的厂家屈指可数。
5.10μm超薄双面光铝箔产品在电池用铝箔产品中属于技术前端,现有10μm超薄双面光锂电池用铝箔生产过程包括如下步骤:
6.a.投料
7.将1100合金板与金属添加材料投放至熔炼炉中进行熔炼,具体的化学成分表如下:
[0008][0009]
b.熔铸
[0010]
将熔炼后的熔体通过铸造机铸造;
[0011]
c.热轧
[0012]
先进行粗轧,上辊刷扭矩20~50,下辊刷扭矩30~45;
[0013]
再进行精轧,上辊刷扭矩30~60,下辊刷扭矩30~45,
[0014]
热终轧温度≥320℃;
[0015]
热终轧厚度为2~3.5mm;
[0016]
热精轧凸面率按0.4
±
0.1控制;
[0017]
d.冷轧
[0018]
对热轧卷进行往复多道冷轧至厚度为0.18~0.32mm,压下道次分配为3~4道次;
[0019]
e.箔轧
[0020]
将冷轧后的轧卷经多道精轧制成厚度为0.01mm的双面光铝箔成品,压下道次分配为:
[0021]
(0.18mm~0.32mm)-(0.09mm~0.15mm)-(0.046mm~0.072mm)-(0.024mm~0.034mm)-(0.0125mm~0.016)-0.01mm,具体参数如下:
[0022][0023][0024]
f.分切
[0025]
采用被动式的鲁茨刀片进行精切,刀片润滑方式采用润滑液手动控制点滴的速度。
[0026]
现有10μm超薄双面光锂电池生产工艺主要存在以下不足:
[0027]
1、超薄双面光铝箔超出轧机极限范围,生产过程咬入困难,容易断带,对机台和操作手都提出很高要求,稍有控制不良,难以稳定生产。
[0028]
2、1100合金成分基本按国标进行控制,范围较大,生产0.01mm双面光产品时生产较难控制,稳定性无法得到保证。
[0029]
3、现有工艺制作的铝箔表面质量及板型质量差,抗拉强度250~260mpa,板型下榻量≤10mm,表面润湿性≥28dyne;
[0030]
4、10μm铝箔应用在动力电池上,对安全性、一致性要求高,铝箔分切过程产生的铝屑会造成电池短路,铝箔表面印痕、凹凸点等表面质量会影响产品一致性,现有分切工艺时,鲁茨刀片为被动式,会有切边裂口、缺口及毛刺的产生。


技术实现要素:

[0031]
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种可提高产品稳定性的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔。
[0032]
为了达成上述目的,本发明的解决方案是:
[0033]
一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔,其包括以下化学成分百分比的原材料合金:
[0034][0035]
本发明一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔在现有1100合金成分的基础上,将合金元素含量及含量范围进一步缩窄,有利于产品稳定性的提高。
[0036]
本发明的另一目的在于克服现有技术的不足,提供一种产品稳定性好、表面质量及板型质量好的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺,其包括以下步骤:
[0037]
步骤a:投料
[0038]
将以下化学成分百分比的原料合金投放至熔炼炉中进行熔炼,具体的化学成分表如下:
[0039][0040]
步骤b.熔铸
[0041]
将熔炼后的熔体通过铸造机铸造;
[0042]
步骤c.热轧
[0043]
先进行粗轧,上辊刷扭矩25~50,下辊刷扭矩30~45;
[0044]
再进行精轧,上辊刷扭矩30~60,下辊刷扭矩30~45;
[0045]
热终轧温度≥330℃;
[0046]
热终轧厚度为2~3.2mm;
[0047]
热精轧凸面率按0.35~0.5控制;
[0048]
步骤d.冷轧
[0049]
对热轧卷进行往复多道冷轧;
[0050]
步骤e.箔轧
[0051]
毛料规格状态厚度0.2~0.3mm;
[0052]
工作辊的轧制1~3道次的凸度均为30

~50

,粗糙度ra均为0.1μm~0.15μm,轧制4道次的凸度为30

~80

,粗糙度ra为0.1μm~0.15μm;轧制成品道次的凸度为60

~90

,粗糙度ra为0.05μm~0.085μm;成品厚度为0.01mm;
[0053]
成品道次添加剂比例:7-12%;
[0054]
平均道次加工率:40~50%;
[0055]
步骤f.分切。
[0056]
进一步,所述步骤d中,压下道次分配为(2mm~3.2mm)-(1.0mm~1.3mm)-(0.4mm~0.6mm)-(0.2mm~0.3mm)。
[0057]
进一步,所述步骤e中,成品厚度为0.01mm,压下道次分配为(0.2mm~0.3mm)~(0.1mm~0.14mm)~(0.05mm~0.07mm)~(0.024mm~0.033mm)~(0.0125mm~0.0155mm)~0.01mm。
[0058]
进一步,步骤f中,采用圆盘刀进行精切,刀片润滑方式采用增加蠕动泵均匀滴速。
[0059]
进一步,本发明一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺还包括:
[0060]
步骤g.电晕
[0061]
电晕功率为32~64kw,电晕速度为60~150m/min,电晕次数为1~3次。
[0062]
采用上述方案后,本发明一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺相较于现有技术,其具有以下优点:
[0063]
1、调整了产品的合金成份的配比
[0064]
1100合金成分基本按国标进行控制,范围较宽,生产0.01mm双面光产品时生产较难控制,稳定性无法得到保证,因此,本发明将合金元素含量的控制范围进一步缩窄,有利于产品稳定性的提高。
[0065]
2、调整了热轧、冷轧工艺
[0066]
将板带热轧冷轧工艺进行了调整,将热终轧厚度由原来的2~3.5mm降低到2~3.2mm,热终轧温度由320℃提高到330℃,冷轧由3~4道次调整为3个道次。热终轧温度的提高,有助于在结晶度较高时完成热加工变形,提高材料内部组织的均匀性,有利于后部工序的加工及产品质量的稳定。热终轧厚度和冷轧道次的降低主要是在总的加工率不变的情况下,减少冷加工变形率,从而保证材料的强度和较好的加工特性,维持较好的延伸率。
[0067]
3、调整了轧制压下道次分配
[0068]
对于箔轧工序的轧制压下分配进行了调整,主要的思路是:提高粗轧道次加工率,降低精轧道次加工率,其主要原因是:由于坯料生产工艺的调整,使得材料的强度得到很大提高,这时适当降低成品道次的道次加工率,有助于稳定轧制速度,减少表面带油缺陷。
[0069]
4、调整了铝箔工序的工作辊参数
[0070]
工作辊的调整主要有以下两点:
[0071]

缩小工作辊的凸度范围,主要是为了控制高强度产品的板形质量;
[0072]

缩小工作辊的粗糙度范围,使控制更加精确,有助于稳定轧制速度,控制板形,减少表面带油缺陷。
[0073]
5、调整了精切工艺
[0074]
采用主动式圆盘刀,刀片匀速转动,切边质量保持一致性,不易产生缺口、裂口缺陷;增加蠕动泵均匀控制滴速,润滑液均匀的流速带走刀片摩擦生产的热量,保护刀片刀刃持久切割性能,从而使得成品端面光滑均匀,减少铝丝、铝屑的产生。
[0075]
6、增加电晕工艺
[0076]
通过工艺摸索试验,摸索出了适合本产品的最佳电晕工艺,满足客户要求的同时使生产效率最大化。
[0077]
本发明通过对坯料熔铸化学成分的控制、热轧、冷轧生产工艺的改进,铝箔轧制工艺、分切工艺和电晕工艺的摸索试验,确定了10μm双面光锂电池用铝箔的最佳工艺路线,利用本发明工艺制作的铝箔厚度10μm,抗拉强度≥260mpa,延伸率2%以上,板型下榻量≤8mm,表面润湿性≥33dyne,产品表面质量、板型质量、切边质量和表面润湿性均表现优异,满足国内外高端电池箔客户的要求,工艺可靠,生产稳定,达到国内先进水平。
具体实施方式
[0078]
为了进一步解释本发明的技术方案,下面通过具体实施案例来对本发明进行详细阐述。
[0079]
本发明揭示了一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺,其包括以下步骤:
[0080]
步骤a:投料
[0081]
将以下化学成分百分比的原料合金投放至熔炼炉中进行熔炼,具体的化学成分表如下:
[0082][0083]
与现有组份相比,本发明对配料合金成分的元素含量及含量的范围进行了调整,调整之后,范围更窄,通过生产试验摸索出上表最优合金成分,如此可提高产品的稳定性。
[0084]
步骤b.熔铸
[0085]
将熔炼后的熔体通过铸造机铸造;
[0086]
步骤c.热轧
[0087]
先进行粗轧,上辊刷扭矩25~50,下辊刷扭矩30~45;
[0088]
再进行精轧,上辊刷扭矩30~60,下辊刷扭矩30~45;
[0089]
热终轧温度≥330℃;
[0090]
热终轧厚度为2~3.2mm;
[0091]
热精轧凸面率按0.35~0.5控制;
[0092]
相较于现有的热轧工序,本发明将热终轧厚度由原来的2~3.5mm降低到2~3.2mm,热终轧温度由320℃提高到330℃,热终轧温度的提高,有助于在结晶度较高时完成热加工变形,提高材料内部组织的均匀性,有利于后部工序的加工及产品质量的稳定。
[0093]
步骤d.冷轧
[0094]
对热轧卷进行往复多道冷轧,压下道次分配如下:
[0095]
成品厚度mm压下道次分配mm0.2~0.3(2~3.2)~(1.0~1.3)~(0.4~0.6)~(0.2~0.3)
[0096]
相较于现有冷轧工序,本发明冷轧由3~4道次调整为3个道次,冷轧道次的降低与上述步骤c中,热终轧厚度的降低都是在总的加工率不变的情况下,减少冷加工变形率,从而保证材料的强度和较好的加工特性,维持较好的延伸率。
[0097]
步骤e.箔轧
[0098]
毛料规格状态厚度0.2~0.3mm;
[0099]
压下道次分配如下表:
[0100][0101]
工作辊参数如下:
[0102]
轧制道次凸度

粗糙度ra,μm130~500.1~0.15230~500.1~0.15330~500.1~0.15430~800.1~0.15560~900.05~0.085
[0103]
成品道次添加剂比例:7-12%;
[0104]
平均道次加工率:40~50%;
[0105]
相较于现有的铝箔工序,本发明对铝箔工序的轧制压下分配进行了调整,主要的思路是:提高粗轧道次加工率,降低精轧道次加工率,其主要原因是:由于坯料生产工艺的调整,使得材料的强度得到很大提高,这时适当降低成品道次的道次加工率,有助于稳定轧制速度,减少表面带油缺陷。对工作辊的调整主要有以下两点:
[0106]
1、缩小工作辊的凸度范围,主要是为了控制高强度产品的板形质量;
[0107]
2、缩小工作辊的粗糙度范围,使控制更加精确,有助于稳定轧制速度,控制板形,减少表面带油缺陷。
[0108]
步骤f.分切
[0109]
采用圆盘刀进行精切,刀片润滑方式采用增加蠕动泵均匀滴速。
[0110]
相较于鲁茨刀片(被动式),本发明采用主动式的圆盘刀进行精切可降低切边裂口、缺口的产生,大大减少毛刺的产生,匀速切割保持切边的一致性,增加蠕动泵控制润滑液均匀滴到刀片上,刀片所带的铝粉被均匀的清洁和刀片均匀的冷却,刀片的一致性更加稳固,切边端面均匀光滑无铝屑、铝丝。
[0111]
一些用户对正极材料与铝箔附着力要求高,为防止客户端漏涂,本发明还对铝箔进行表面除油,结合铝箔产品性能和达因值的要求进行电晕处理,通过实验摸索出最佳电晕工艺,即本发明还包括:
[0112]
步骤g.电晕
[0113]
电晕参数如下:
[0114]
电晕功率电晕速度电晕次数32~64kw60~150m/min1~3次
[0115]
具体的电晕试验,如下表:
[0116][0117]
通过电晕试验,可摸索出适合本产品的最佳电晕参数,满足客户要求的同时使生产效率最大化。
[0118]
上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样,任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰,皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

技术特征:
1.超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔,其特征在于,包括以下化学成分百分比的原材料合金:si≤0.2%,fe 0.4%~0.7%,zn≤0.05%,cu 0.1%~0.15%,mn≤0.05%,ti 0.01%~0.03%,其它单个<0.05%,al≥99%。2.超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺,其特征在于,包括以下步骤:步骤a:投料将以下化学成分百分比si≤0.2%,fe 0.4%~0.7%,zn≤0.05%,cu0.1%~0.15%,mn≤0.05%,ti 0.01%~0.03%,其它单个<0.05%,al≥99%的原料合金投放至熔炼炉中进行熔炼;步骤b.熔铸将熔炼后的熔体通过铸造机进行铸造;步骤c.热轧先进行粗轧,上辊刷扭矩25~50,下辊刷扭矩30~45;再进行精轧,上辊刷扭矩30~60,下辊刷扭矩30~45;热终轧温度≥330℃;热终轧厚度为2~3.2mm;热精轧凸面率按0.35~0.5控制;步骤d.冷轧对热轧卷进行往复多道冷轧;步骤e.箔轧毛料规格状态厚度0.2~0.3mm;工作辊的轧制1~3道次的凸度均为30

~50

,粗糙度ra均为0.1μm~0.15μm,轧制4道次的凸度为30

~80

,粗糙度ra为0.1μm~0.15μm;轧制成品道次的凸度为60

~90

,粗糙度ra为0.05μm~0.085μm;成品厚度为0.01mm;成品道次添加剂比例:7-12%;平均道次加工率:40~50%;步骤f.分切。3.如权利要求2所述的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺,其特征在于:步骤d中,压下道次分配为(2mm~3.2mm)-(1.0mm~1.3mm)-(0.4mm~0.6mm)-(0.2mm~0.3mm)。4.如权利要求2所述的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺,其特征在于:所述步骤e中,成品厚度为0.01mm,压下道次分配为(0.2mm~0.3mm)-(0.1mm~0.14mm)-(0.05mm~0.07mm)-(0.024mm~0.033mm)-(0.0125mm~0.0155mm)-0.01mm。5.如权利要求2所述的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺,其特征在于:步骤f中,采用圆盘刀进行精切,刀片润滑方式采用增加蠕动泵均匀滴速。6.如权利要求2~5任意一项所述的超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔的生产工艺,其特征在于,还包括:步骤g.电晕电晕功率为32~64kw,电晕速度为60~150m/min,电晕次数为1~3次。

技术总结
本发明公开了一种超薄高强度10μm双面光锂电池用铝箔及其生产工艺,通过对坯料熔铸化学成分的控制、热轧、冷轧生产工艺的改进,铝箔轧制工艺、分切工艺和电晕工艺的摸索试验,确定了10μm双面光锂电池用铝箔的最佳工艺路线,利用本发明工艺制作的铝箔厚度10μm,抗拉强度≥260Mpa,延伸率2%以上,板型下榻量≤8mm,表面润湿性≥33Dyne,产品表面质量、板型质量、切边质量和表面润湿性均表现优异,满足国内外高端电池箔客户的要求,工艺可靠,生产稳定,达到国内先进水平。达到国内先进水平。


技术研发人员:杨盛广 方佳 周迎春
受保护的技术使用者:厦门厦顺铝箔有限公司
技术研发日:2021.12.09
技术公布日:2022/3/8

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