高延展性电池铝箔及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及铝加工技术领域，尤其是涉及一种高延展性电池铝箔及其制备方法。

【背景技术】

随着动力电池的不断发展，为了使其获得更高的能量密度，铝箔减薄的同时需要不断提高压实密度，以避免压实过程中断带。为了减少断带次数，最为有效的方法之一是同时提高电池铝箔的抗拉强度与延伸率，但抗拉强度与延伸率存在“倒置”关系，即抗拉强度越高延伸率越低。因此，破除这种“倒置”关系可行的技术路线为细化晶粒，但工业生产条件下，晶粒细化存在明显的“天花板”，达到“天花板”后延伸率的提升显得尤为困难。

为了提高电池铝箔抗拉强度，可以在铝箔中添加Mg、Cu、Mn等元素，通过这些元素的协调作用提高电池铝箔的抗拉强度的同时保持2％以上的延伸率，这也是相关技术中较为常用的方法。但减薄的铝箔(厚度≤13μm)如何在保持高强度(抗拉强度≥250MPa)的同时进一步大幅提高延伸率(延伸率≥5％)的技术尚无公开的文献报道。

专利文献(201110076608.9)提供了一种电池集电体用纯铝硬质箔的制造方法，其通过添加铁、铜、锰等元素，控制硅元素含量，细化中间退火时的晶粒，控制截面亚晶数量，使得电池铝箔保持220～270MPa抗拉强度的同时具有4％以上的延伸率。

专利文献(201510415406.0)公开了一种锂电池用铝箔的生产方法，其在铸轧熔炼过程中添加铜元素，改变不同元素之间的协同作用，同时通过两次中间退火处理细化了晶粒，制造出了抗拉强度为160～190MPa，延伸率≥1.5％的电池铝箔。

专利文献(201710317640.9)提供了一种电池用高性能铝箔的生产方法，通过添加铜元素并进一步控制铁硅的含量，制造的铝箔抗拉强度≥230MPa，延伸率≥2.5％。

综上所述，在相关技术的方案中，无论通过何种尝试，均无法制造出厚度小于或等于13μm，抗拉强度大于或等于250MPa，延伸率大于或等于5％的电池铝箔。

因此，有必要提供一种高延展性电池铝箔及其制备方法来解决上述缺陷。

【发明内容】

本发明实施例的目的在于提供一种高延展性电池铝箔及其制备方法，以解决现有技术无法获取厚度小于或等于13μm，抗拉强度大于或等于250MPa，延伸率大于或等于5％的电池铝箔问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种高延展性电池铝箔，其组分及质量分数为：Si0.25～0.40％、Fe 0.30～0.50％、Cu 0.02～0.10％，余量为Al；其中，元素Fe和元素Si的质量分数比值为：1.0～2.0；具有0.2～3μm等效圆直径的含铁第二相在所述高延展性电池铝箔的截面中的存在为1.1×10

优选的，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第一组元素，所述第一组元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为：Mg≤0.20％、Mn≤0.20％、稀土元素中的一种或多种≤0.15％。

优选的，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第二组元素中的一种或多种元素，所述第二组元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Cr≤0.20％、Zn≤0.20％、Ni≤0.20％以及V≤0.20％。

优选的，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第三组元素中的一种或多种元素，所述第三组元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Ti≤0.20％、Zr≤0.20％以及Co≤0.20％。

优选的，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第三组子元素中的一种或多种元素，所述第三组子元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Ti≤0.20％、Zr≤0.20％以及Co≤0.20％。

优选的，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第四组元素中的一种或多种元素，所述第四组元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Be≤0.15％、Bi≤0.15％、Sr≤0.15％以及In≤0.15％。

优选的，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第四组第一子元素中的一种或多种元素，所述第四组第一子元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Be≤0.15％、Bi≤0.15％、Sr≤0.15％以及In≤0.15％。

优选的，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第四组第二子元素中的一种或多种元素，所述第四组第二子元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Be≤0.15％、Bi≤0.15％、Sr≤0.15％以及In≤0.15％。

优选的，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第四组第三子元素中的一种或多种元素，所述第四组第三子元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Be≤0.15％、Bi≤0.15％、Sr≤0.15％以及In≤0.15％。

第二方面，本发明实施例提供了一种高延展性电池铝箔的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

S1、按上述高延展性电池铝箔的组分及质量分数采用双辊连续铸轧的方式制备铸轧卷；

S2、对所述铸轧卷进行冷轧，得到铝箔坯料；

S3、对所述铝箔坯料进行箔轧，得到厚度小于或等于13μm的所述高延展性电池铝箔；

其中，冷轧进行前，所述铸轧卷的厚度为h

优选的，所述高延展性电池铝箔的亚晶晶粒直径小于或等于2.5μm，所述高延展性电池铝箔的亚晶晶粒面积占比大于或等于55％。

与现有技术相比，本发明中的高延展性电池铝箔通过限定其组分及质量分数以及各元素在高延展性电池铝箔的截面中的存在范围，并通过相关技术的制备方法进行制备便可获得厚度小于或等于13μm，抗拉强度大于或等于250MPa，延伸率大于或等于5％的高延展性电池铝箔。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明实施例提供的一种高延展性电池铝箔的制备方法的步骤流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高延展性电池铝箔的彩色亚晶分布云图。

【具体实施方式】

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供了一种高延展性电池铝箔，其组分及质量分数为：Si0.25～0.40％、Fe 0.30～0.50％、Cu 0.02～0.10％，余量为Al；其中，元素Fe和元素Si的质量分数比值为：1.0～2.0；具有0.2～3μm等效圆直径的含铁第二相在所述高延展性电池铝箔的截面中的存在为1.1×10

其中，上述组分及质量分数可作为主要元素。

作为本发明的一种可选实施例，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第一组元素，所述第一组元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为：Mg≤0.20％、Mn≤0.20％、稀土元素中的一种或多种≤0.15％；其中，具有0.2～3μm等效圆直径的元素Mg、元素Mn以及稀土元素分别与元素Al形成的金属间化合物在所述高延展性电池铝箔的截面中的存在小于或等于1.1×10

其中，所述稀土元素不管是选择一种还是多种混合，其质量分数均为≤0.15％。

作为本发明的一种可选实施例，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第二组元素中的一种或多种元素，所述第二组元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Cr≤0.20％、Zn≤0.20％、Ni≤0.20％以及V≤0.20％中的一种或多种。

作为本发明的一种可选实施例，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第三组元素中的一种或多种元素，所述第三组元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Ti≤0.20％、Zr≤0.20％以及Co≤0.20％中的一种或多种。

作为本发明的一种可选实施例，所述高延展性电池铝箔的组分还包括第四组元素中的一种或多种元素，所述第四组元素在所述高延展性电池铝箔中的组分及质量分数为Be≤0.15％、Bi≤0.15％、Sr≤0.15％以及In≤0.15％中的一种或多种。

具体地，所述主要元素可根据实际情况配合以上所述第一组元素、所述第二组元素、所述第三组元素以及所述第四组元素进行任意组合使用，如所述主元素配合所述第一组元素进行组合使用，所述主元素配合所述第一组元素以及所述第二组元素进行使用，所述主元素配合所述第一组元素、所述第二组元素以及所述第三组元素进行使用，所述主元素配合所述第一组元素、所述第二组元素、所述第三组元素以及所述第四组元素进行使用，所述主要元素配合所述第二组元素进行使用，所述主要元素配合所述第二组元素以及所述第三组元素进行使用，所述主要元素配合所述第二组元素、所述第三组元素以及所述第四组元素进行使用，所述主要元素配合所述第三组元素进行使用，所述主要元素配合所述第三元素以及所述第四组元素进行使用，所述主要元素配合所述第四组元素进行使用。

具体地，具有0.2～3μm等效圆直径的含铁第二相包括元素Mn以及稀土元素等形成的含铁多元相。

具体地，具有0.2～3μm等效圆直径的所述第二组元素、所述第三组元素以及所述第四组元素中所选择的元素分别与元素Al形成的金属间化合物在所述高延展性电池铝箔的截面中的存在小于或等于1.1×10

具体地，所述高延展性电池铝箔的亚晶晶粒直径小于或等于2.5μm，所述高延展性电池铝箔的亚晶晶粒面积占比大于或等于55％。

本实施例中的高延展性电池铝箔通过限定其组分及质量分数以及各元素在高延展性电池铝箔的截面中的存在范围，并通过相关技术的制备方法进行制备便可获得厚度小于或等于13μm，抗拉强度大于或等于250MPa，延伸率大于或等于5％的高延展性电池铝箔。

实施例二

本发明实施例提供了一种高延展性电池铝箔的制备方法，结合图1所示，其制备方法包括以下步骤：

S1、按原料配方采用双辊连续铸轧的方式制备铸轧卷。

其中，原料配方采用的上述实施例一中高延展性电池铝箔的组分及质量分数。

具体地，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11、将原料配方熔炼成铝水；

其中，元素Si采用AlSi20中间合金配制，元素Fe采用铝型铁剂80FeAl配制，元素Cu采用AlCu20中间合金配制；若该原料配方包含元素Ti和其他元素，则元素Ti采用在线加入晶粒细化剂铝钛硼丝的方式配制，其余合金不另外配制加入。

元素Si的成分含量控制相较现有的1060合金动力电池铝箔的元素Si小于0.15％明显增加了，这样可以有效的与熔体元素Fe形成AlFeSi相，以减少大尺寸针状Al

元素Cu的成分含量控制相较现有的1060合金动力电池铝箔的元素Cu0.05％下降了，元素Cu在基体中以固溶形式存在，元素Cu的含量增加对材料的强度提升明显，但同样会导致铝箔轧制压下困难，同时导致延伸率下降。此处采用低含量的元素Cu，可以有效减少元素Cu对成品延伸率影响。以下表一为不同元素Cu的含量对成品铝箔的性能对比：

表一、不同元素Cu的含量对成品铝箔的性能对比表

所述熔铸的步骤依次包括以下子步骤：

按所述原料配方备料；

采用熔炼炉按所述原料配方进行熔炼；

添加所述元素Si、所述元素Fe以及所述元素Cu进行合金化；若存在其它元素，则一起添加进行合金化；

进行第一精炼；

进行第一次扒渣；

进行成分分析；

进行第二次精炼，得到铝液；

将所述铝液转入精炼炉；

进行第三次精炼、第二次扒渣以及静置，得到所述铝水；

其中，所述第一次精炼和所述第二次精炼分别采用颗粒精炼剂配合氩气进行且精炼时间分别为12～25分钟。

通过在熔炼炉内采用两次精炼，并限定这两次精炼分别采用颗粒精炼剂配合氩气进行且控制精炼时间分别为12～25分钟，从而可以保证添加的元素能均匀溶解。

S12、将所述铝水通过流槽注入至铸轧机的铸嘴，并通过所述铸轧机的轧制辊对所述铝水进行冷却，得到所述铸轧卷。

其中，所述铸轧机的前箱温度为690±3℃，所述铸轧机使用的冷却液的温度小于30℃。

所述铸轧机采用大型铸轧机，所述轧制辊的辊径大于800mm，这样设定可以有效提高所述铝水的冷却强度，达到细化初始晶粒及第二相的目的。

所述铸轧机的轧制速度为700±200mm/分钟，相较现有的1060合金动力电池铝箔的轧制速度1000±30mm/分钟具有明显的降速，通过控制铸轧速度，可以减少所述铝水凝固过程的液穴深度，从而达到减少中心层偏析及团聚问题。

S2、对所述铸轧卷进行冷轧，得到铝箔坯料。

具体地，所述冷轧采用四辊冷轧机进行。

相较现有动力电池箔的生产过程在冷轧至中间厚度时进行中间退火，消除轧制过程内应力的工艺路线，本实施例采用不进行中间退火，通过大轧制变形量，可以提高材料组织内位错及第二相的破碎程度，可以保证成品材料的高强度和高延伸性能。

具体地，所述冷轧进行八个道次；当所述铸轧卷冷轧至中间厚度和最终厚度时，分别对其进行切边。由于材料合金化的程度提高，在冷轧轧制减薄的过程产生裂口相较于现有动力电池工艺会更宽，因此需要进行两次切边，以保证冷轧卷的端面无缺口，确保在后续箔轧的轧制过程的稳定。

S3、对所述铝箔坯料进行箔轧，得到厚度小于或等于13μm的所述高延展性电池铝箔。

其中，箔轧采用箔轧机进行。

冷轧进行前，所述铸轧卷的厚度为h

本实施例中，所述高延展性电池铝箔的亚晶晶粒直径小于或等于2.5μm，所述高延展性电池铝箔的亚晶晶粒面积占比大于或等于55％。

对制备得到的所述高延展性电池铝箔的亚晶测量与面积占比计算的方式如下：

将所述高延展性电池铝箔的切成合适大小的样品，并对所述样品先机械抛光，再用离子刻蚀仪进行离子刻蚀；然后用带有EBSD系统的扫描电镜进行测试，使用Channel 5软件对数据进行分析。具体为：亚晶是取向差小于或等于5°的小角度晶界所组成的晶粒，相同取向差的亚晶颜色相同，从0°到5°分别用不同的颜色表示，形成彩色亚晶分布云图，当取向差大于5°时全部用黄色标识，通过计算彩色部分亚晶的面积与黄色部分的面积，算出亚晶的面积占比。

具体地，所述箔轧进行五个道次；所述箔轧机的轧辊粗糙度为0.06±0.01μm，所述箔轧机的轧制速度为500～700m/分钟。通过使用精辊轧制，并降低轧制过程的速度，可以达到控制铝箔表面微观平整度的作用，以防止因铝箔局部微观不平整而导致其应用于正极流体用铝箔后的性能下降。以下表二为不同轧制参数对电池铝箔的性能对比：

表二、不同轧制参数对电池铝箔的性能对比表

本实施例中的高延展性电池铝箔的制备方法由于采用了上述实施例一中高延展性电池铝箔的组分及质量分数，因此其制备得到的高延展性电池铝箔能达到上述实施例一中高延展性电池铝箔所达到的技术效果，在此不作赘述；另外，采用上述制备方法全程无需中间退火，且制备流程短，耗能低，制备周期内碳排放少于同等产品。

按元素Si的质量分数为0.23％、元素Fe的质量分数为0.32％、元素Cu的质量分数为0.34％，元素Fe和元素Si的质量分数比值为1.39，经过上述制备方法制备，可得到厚度为13μm的高延展性电池铝箔，且高延展性电池铝箔的等效应变系数ln(h

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。