一种短流程生产的高强韧、低针孔率、耐热动力电池铝箔及其制备方法

本发明涉及一种短流程生产的高强韧、低针孔率、耐热动力电池铝箔及其制备方法，属于动力电池材料以及加工方法。

背景技术：

1、为缓解日趋严峻的能源形式和节能减排压力，新能源汽车替代传统燃油汽车是交通运载行业的必然发展趋势，新能源新兴产业快速增长的市场需求对高能量密度、长寿命的电池动力电池性能提出了更高要求。铝箔集流体为动力电池的重要组成部分，起到负载电极活性材料、汇聚电流并导出的作用。高电极压实密度有利于提高动力电池的能量密度，从而获得长续航性能。这要求铝箔集流体具有高强度、韧性、低针孔率等特性，以保证在电池生产涂布及辊压工序中不易出现断带、缺陷等问题。

2、目前，动力电池铝箔主要以1060合金为原料，通常采用“铸轧+多道次冷轧+均匀化退火+箔轧”等工艺制得成品，工艺较为复杂，能耗高，限制了生产效率的提高，且制得铝箔抗拉强度、延伸率等综合力学性能指标较低(抗拉强度200mpa，延伸率小于3％)、针孔率较高，极大地影响高性能动力电池成品率，增加了生产成本。且铝箔集流体在高温下力学性能衰减会导致活性材料脱落，引起电池寿命缩短及安全问题。

3、因此，有必要提供一种短流程生产的高强韧、低针孔率、耐热动力电池铝箔及其制备方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种短流程生产的高强韧、低针孔率、耐热动力电池铝箔的制备方法，通过优化fe/si比例及调控多种微合金成分、设计复合螺旋电磁搅拌工艺以及脉冲电流辅助轧制工艺优化，获得晶粒均匀细小的组织，大幅度减少铝箔表面针孔、孔洞等质量缺陷。通过增加铝箔轧制单次变形量，减少轧制、退火工艺步骤，大幅度提高生产效率，降低生产时间和成本，获得低针孔率、高强度、高韧性、耐热的动力电池用铝箔，可有效提升新能源动力电池的能量密度及使用寿命。

2、同时，本发明提供一种短流程生产的高强韧、低针孔率、耐热动力电池铝箔。

3、同时，本发明提供一种短流程生产的高强韧、低针孔率、耐热动力电池铝箔在新能源汽车中的应用。

4、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

5、一种短流程生产的高强韧、低针孔率、耐热动力电池铝箔，以质量百分比计，包括以下成分：fe：0.21～0.55％；si：0.15～0.35％；cu：0.02～0.08％；ti：0.01～0.04％；mn≤0.02％；zn≤0.02％；y：0.003～0.005％；er：0.003～0.005％；sc：0.003～0.005％；其余为al。

6、优选地，动力电池铝箔的成分控制质量分数比为：ω(fe)/ω(si)为(1.2～1.5)：1。以避免出现粗大针状第二相，并结合y、er、sc元素的晶粒细化及第二相细化作用，改善合金塑性，便于后续轧制处理。

7、一种短流程生产的高强韧、低针孔率、耐热动力电池铝箔的制备方法，包含以下步骤：

8、步骤一，熔炼、精炼：将铝锭加入熔炼炉，当铝水化平后，按上述成分比例加入80feal、alsi20、al-cu、al-ti、al-mn、al-zn继续熔炼，熔炼温度750～760℃，熔炼时间3～5h，之后利用复合螺旋电磁搅拌方式将熔体充分搅拌，即在熔体周向及垂直方向加载交变电流，同时结合炉底布置陶瓷转子吹氩气进行精炼、扒渣，精炼温度750～760℃，时间1～2h；再用氩气将无钠颗粒精炼剂吹入炉内、继续精炼至少30min，无钠颗粒精炼剂用量为1～2kg·t al；

9、再导入静置炉，通过氩气吹送方式，按上述成分比例将al-y、al-er、al-sc精炼剂吹入熔体继续精炼至少30min，精炼后静置、除渣；

10、步骤二，除气、过滤：将步骤一精炼后的铝合金熔体导入除气箱进行在线除气，处理后铝合金熔体的含氢量低于0.1ml/100g al，铝渣直径低于0.005mm，含渣量低于0.1mm2/kg；

11、步骤三，铸轧：经过1～3个道次铸轧成3～7mm坯料，获得铸轧板；

12、步骤四，脉冲电流辅助轧制：将铸轧板坯置于脉冲电流辅助装置的半封闭保护罩中，通入氩气，进行2道次脉冲电流辅助轧制，脉冲电流为垂直铸轧板方向导入，其中第一道轧制的轧制力在300～500t，轧辊温度在100～300℃之间，变形量在40％～50％之间，轧制后铝卷厚度在2～3mm之间，第二道轧制的轧制力在200～400t，轧辊温度在200～400℃之间，变形量在30％～40％之间，轧制后铝卷厚度在0.2～0.3mm之间，获得半成品；

13、步骤五，箔轧：对步骤四得到的半成品经过2～3个道次箔轧至0.012～0.02mm的成品，轧制力300～400t，轧制速度600～1200mm/min，油温40～60℃；

14、步骤六，成品分切、退火、包装入库。

15、优选地，无钠颗粒精炼剂包括kf+k3alf6、kf+kalf4或kf+k3alf6+kalf4系列。

16、优选地，步骤一中，陶瓷转子转速400～650r/min，气体压力0.3～0.6mpa，流量0.3～0.5m3/h。

17、优选地，步骤一中，复合螺旋电磁搅拌方式为：三相低频交变电流，周向分布的凸级式铁芯上通入交变电流的相位角相差60～120°，相对线圈中加载相位相同的电流；垂直等距分布的行波线圈相位角相差30～90°，间隔线圈中加载相位相同的电流；搅拌频率1～12hz，输出电流100～250a，搅拌时间30～80min。此步骤通过优化通入周向及垂直方形的交变电流相位角、频率、电流及时间，使熔体发生多角度方位移动，充分搅拌均匀，进一步提高熔体除杂除气效果，保证熔体纯净度，防止杂质、针孔所带来的铝箔质量缺陷。

18、优选地，步骤二中，除气、过滤的方法为：将步骤一精炼后的铝合金熔体导入除气箱进行在线除气，采用氩气为除气介质，流量5～15l/min，除气箱温度为720±10℃，然后经过三级过滤除杂，过滤板为40ppi+60ppi的双级过滤陶瓷泡沫过滤板，及rb级7管式过滤装置。

19、优选地，步骤三中，铸轧的工艺为：前箱铸嘴采用三级分流块，前箱液面高度为40±1mm，前箱温度为700±5℃，铸轧间隙为0.3～0.5mm，铸轧速度为800～1000mm/min，铸轧区长度控制在55～65mm，辊面温度为70～90℃，轧制力200～800t。

20、优选地，步骤四中，加载脉冲电参数为电压10～50v，电脉冲频率为200～800hz，脉宽为10～500μs，占空比为5％～20％。通过优化脉冲电参数、轧制力，控制轧制温度及变形量，使最大限度降低铝轧板变形激活能，增加轧制过程中晶粒细化程度，及减小轧板内应力，便于后续箔轧工艺开展。

21、一种短流程生产的高强韧、低针孔率、耐热动力电池铝箔在新能源汽车中的应用。

22、与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

23、(1)本发明通过优化熔体中fe/si含量比，加入al-y、al-er、al-sc多组分变质剂并严格控制含量，改变富铁、硅杂质相形态，协同细化了坯料晶粒及第二相组织，且与微合金元素y、er、sc形成的al3y、y5si3、al3er、al3sc强化相，保证铝箔高强度、低针孔率、耐热等综合性能。

24、(2)本发明通过复合螺旋电磁搅拌工艺，通过控制周向和垂直方向磁场的强度和方向，从而实现不同角度和强度的搅拌，提高了熔体搅拌效果，利用复合搅拌及空化效应在熔体中形成局部过冷区，促进fe、si元素杂质析出，增加新晶核数量，细化晶粒，防止在合金中形成粗大针状的富铁相。同时，减小了铝熔体中夹杂物和气体的相互依存作用，进一步改善了熔体均匀性和除碱除杂除气效果，改善合金塑性，减小坯料在轧制过程中表面多孔、缺陷等问题，保证产品稳定性。

25、(3)本发明通过脉冲电流辅助的新型轧制方式，优化脉冲电参数及轧制工艺，能降低铝轧板变形激活能，增加了铝箔轧制单次变形量。结合对熔体中fe/si含量比、y/er/sc元素含量的控制，及复合螺旋搅拌工艺保证熔体洁净度的基础上，促使粗大的树枝晶转变为细小均匀晶粒，强化相呈弥散分布，增加再结晶形核率及晶粒细化程度。通过严格控制轧制温度及变形量，减少轧制道次、退火等工艺步骤，可缩短生产周期35％以上，降低能源消耗35％以上，大幅度提高生产效率。并能显著提高材料的力学性能和耐热性能，获得高强韧、低针孔率、耐热的动力电池铝箔。

26、本发明制备方法包括如下步骤：熔炼精炼、除气过滤、铸轧、脉冲电流辅助轧制、箔轧、成品分切、退火、包装入库。与现有技术相比，本发明通过优化fe/si比例及调控多种微合金成分，减小大尺寸杂质的聚集，获得晶粒均匀细小的组织；设计复合螺旋电磁搅拌工艺，改善了熔体均匀性和除杂除气效果，大幅度减少铝箔表面针孔、孔洞等质量缺陷。通过加载脉冲电流的轧制方式，增加铝箔轧制单次变形量，减少轧制、退火工艺步骤，不仅大幅度提高生产效率，且获得高强韧、低针孔率、耐热等综合性能优异的动力电池铝箔。