一种复合集流体电池用铝箔及其加工方法和应用与流程

文档序号:38687167发布日期:2024-07-16 22:35阅读:37来源:国知局

本发明涉及锂电池领域,具体而言,涉及一种复合集流体电池用铝箔及其加工方法和应用。


背景技术:

1、目前行业内都是采用铝箔作为锂电池正极的集流体收集器,其厚度在0.009-0.02mm,有的采用单面光,有的采用双面光。集流体是锂电池的核心部件之一,是指汇集电流的结构零件,其功能主要是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出,需与活性物质充分接触。实际使用过程中,锂电池行业通常将铝箔作为正极集流体。需要说明的是,对电池用铝箔的要求为:1、有极佳的厚度及面密度一致性,能提升电池的一致性;2、有较高表面张力,有利于提高涂炭及正极浆料的附着力和极片粘结性能;3、有较高的铝箔抗拉强度,一般要求在200-250mpa,较强的延伸率在1.5%-4.0%,保证铝箔的力学性能,从而在集流体涂布及冷压正极材料时不发生断带;4、有较高的板型平直度要求,可以减少涂布漏涂及起皱。

2、目前,为了解决集流体铝箔的以上特殊性能要求,出现了复合集流体的铝箔,复合铝箔通常采用6um的pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)作为基材,然后在基材两面蒸镀各1um铝层。需要说明的是,复合铝箔主要采用蒸镀工艺,包括两个步骤:真空镀膜和真空镀铝;其中,真空镀膜:通过在pet/pp原膜上采用化学气相(cvd)沉积一层5~15nm的al的氧化层作为膜面的活化物质使原膜活性化,其原理是在设备真空度<5*10-2pa时,向高温蒸发舟中送入铝丝,以电加热的方式,在950~1000℃下将固态铝气化,然后铝蒸汽向基材表面扩散,同时在铝蒸汽扩散通道上方通入氧气,使氧气和铝充分发生反应并沉积在基材表面,形成一层致密的抗蚀层;

3、进一步地,在真空镀膜后的抗蚀层表面继续沉积金属铝,直到形成0.8~1um的铝层,加热方式与真空镀膜一致,整个镀铝过程均在真空环境下进行,且铝层背面辊体需要通入-20℃至-30℃冷却液,使得铝层可以急速降温凝结,并且可以避免发生形变。需要说明的是,真空镀膜和真空镀铝均是采用了加热的方式,因此,目前针对连续性蒸镀设备,考虑到良品率/成本等因素,主要采用电子束加热技术。

4、然而需要强调的是,目前常见复合集流体铝箔存在的问题为:

5、环境影响:在回收利用过程中可能会产生一定的环境污染,因为不同材料的分离和处理可能比较困难;

6、兼容性问题:有时可能与某些电池体系或设备不兼容,尤其是在电池的能量密度、充放电性能等方面可能无法达到最佳表现;

7、机械性能限制:复合集流体铝箔的机械性能(如柔韧性和延展性)可能不如单一金属铝箔好,这可能会影响其在便携式设备和电动汽车等领域的应用;

8、安全性风险:如果复合集流体铝箔与电解质发生反应,可能会导致安全问题,例如着火或爆炸;

9、存储条件要求严格:需要在适当的条件下储存,以防止氧化和腐蚀等问题。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合集流体电池用铝箔及其加工方法和应用,其旨在克服现有技术中存在的上述问题。

2、本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。

3、本发明提出一种复合集流体电池用铝箔的加工方法,其包括以下步骤:

4、s1、依次进行电解铝液、熔炼、精炼和铸造1100合金铸锭,得到1100合金铸锭;其中,所述1100合金铸锭的厚度为450mm,宽度为1500mm;

5、s2、将所述1100合金铸锭依次进行加热和多道次可逆热轧,获得4mm厚的热轧卷材;

6、s3、将所述热轧卷材冷轧到2mm,再进行高温退火,得到高温退火料;其中,进行所述高温退火时的料温为350℃,时间为6h;

7、s4、将所述高温退火料先后冷轧到0.85mm、0.4mm、0.2mm,再进行低温退火,得到低温退火料;其中,进行所述低温退火时的温度为220℃,时间为4h;

8、s5、将所述低温退火料依次进行铝箔粗轧、铝箔中轧、铝箔精轧和消应力退火;其中,所述消应力退火时的温度为150℃,时间为15h;

9、s6、在进行完所述消应力退火后,再依次转合卷2*0.010mm、铝箔叠轧2*0.0039mm、分切成卷,得到单面光0.0039mm*550mm*15500m铝箔基材;

10、s7、对所述铝箔基材进行成品退火,获得h26态0.0039mm复合集流体铝箔的基材。

11、进一步地,在本发明较佳实施例中,所述1100合金的化学成分按照质量百分含量计包括:

12、0.42~0.46%的铁;

13、0.33~0.36%的硅;

14、低于0.02%的铜;

15、低于0.01%的钛;

16、低于0.001%的镁;

17、低于0.004%的锰;

18、低于0.01%的锌;

19、低于0.003%的镍;以及

20、大于99.0%的铝。

21、进一步地,在本发明较佳实施例中,所述铝箔粗轧按照工序依次包括一次铝箔粗轧和二次铝箔粗轧,所述一次铝箔粗轧到0.11mm,所述二次铝箔粗轧到0.065mm。

22、进一步地,在本发明较佳实施例中,所述铝箔中轧按照工序依次包括一次铝箔中轧和二次铝箔中轧,所述一次铝箔中轧到0.039mm,所述二次铝箔中轧到0.020mm;

23、所述二次铝箔中轧到0.020mm后,再进行所述铝箔精轧,且精轧到0.010mm。

24、进一步地,在本发明较佳实施例中,进行所述分切成卷时,采用小张力<20n/mm2、小压力<1n/mm,实现成品卷17%的孔隙率。

25、进一步地,在本发明较佳实施例中,进行所述成品退火时,炉温在170℃,时间为200h;

26、并且在进行所述成品退火时,在低温氮气保护气体下进行。

27、进一步地,在本发明较佳实施例中,进行所述成品退火时,包括:

28、预处理:利用炉温余热预处理8h,使料卷受热均匀;

29、升温段:所述升温段依次包括60℃升温15h、100℃升温14h、140℃升温13h、170℃升温13h;

30、保温段:所述保温段依次包括170℃保温24h、160℃降温56h、160℃保温45h;

31、降温段:所述降温段包括80℃降温20h。

32、进一步地,在本发明较佳实施例中,还包括:将所述h26态0.0039mm复合集流体铝箔的基材与pet膜粘结复合。

33、本发明还提出一种复合集流体电池用铝箔,其根据上述的复合集流体电池用铝箔的加工方法加工所得。

34、本发明还提出一种如上述的复合集流体电池用铝箔的应用,其包括:将所述复合集流体电池用铝箔配置应用在锂电池领域。

35、本发明实施例的一种复合集流体电池用铝箔及其加工方法和应用的有益效果是:

36、本发明实施例中,采用h26态3.9μm超薄实体金属铝箔作为复合集流体的基材,由于经过150℃的温度及280h退火除去铝箔表面轧制残油,从而获得非常高的表面张力,润湿性≥56达因,较目前常规的30达因的电池箔提高1.8倍以上,较电晕后常规电池箔36达因提高1.5倍以上。因此,本发明实施例中提供的铝箔,对于电池箔的后续磷酸铁锂电池的涂炭工序、三元电池的浆料涂布都有极大的改善作用。

37、进一步地,本发明实施例中,由于经过150℃的温度及280h退火除去铝箔表面轧制残油,表面残油大量减少,残油量≤1克/m2,故而表面张力不存在衰减问题;另外,由于分切成卷时,采用小张力<20n/mm2和小压力<1n/mm,实现了成品卷17%的孔隙率,保证h26状态下退火除油通道的增加,有利于表面达因值的提高,实现≥56达因的表面张力,故而较常规电池箔的达因值衰减速率下降50%以上。

38、更进一步地,本发明实施例中,通过采用本发明实施例提供的h26态0.0039mm复合集流体铝箔的基材加pet膜粘结复合的方式,充分利用pet膜的高延伸特性及铝箔基材的机械强度,使得复合集流体铝箔可以实现延伸率的提升,解决电池箔在高压密冷压条件下的断带问题。

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