一种用于动力电池铝箔轧制的水性轧制液制备方法及应用与流程

本发明涉及铝箔轧制，具体为一种用于动力电池铝箔轧制的水性轧制液制备方法及应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车的发展，锂离子电池等电池的需求随之迅速增长，对锂离子电池的电池容量和安全性能等提出了更高的要求；通常情况下，锂离子电池行业利用轧制铝箔制备的电池铝箔作为其正极集电体，其表面质量直接影响了锂离子电池的各项性能，一般电池铝箔产品要求表面达因值控制在31达因以上，铝箔表面达因值会随着存放时间而衰减，所以要求在轧制结束后其表面达因值达到32达因以上，但常规的铝箔工艺油很难满足其生产要求；因此，开发一种具有优异的润滑效果，能够提高电池箔的达因值、改善电池箔表面质量的轧制液，并优化轧制工艺，成为目前亟待解决的问题。

2、由于在铝箔的压延轧制过程中，与铝箔产生接触的是铝箔轧机的工作辊，根据不同的压延道次使得铝箔减薄至目标厚度，为了获得足够的润滑效果以保证铝箔压延轧制的顺利进行，轧制液是铝箔压延轧制过程中不可缺少的存在；现有技术中一般采用油性体系（基础油+脂肪醇+脂肪酸酯），但经过压延轧制后的铝箔表面残留有油膜，传统油膜的表面张力低，铝箔与水性预涂炭浆料结合力下降，造成涂炭漏涂或附着力差造成碳层脱落，导致锂电池正极材料无法正常涂布在预涂碳层的铝箔上，造成电池的内阻增大，能量密度大大降低；同时油性体系在轧制的过程中出现油烟并且电导率低易造成轧机着火事故，且价格昂贵。

3、为了减小铝箔的表面接触角以提高涂炭浆料与铝箔的结合力，达到增加锂电池产品的能量密度和降低内阻的效果，行业内普遍采取措施，对铝箔表面进行电晕处理，去除铝箔表面的油膜，达到提高铝箔表面张力的效果，进而减小铝箔表面的接触角，但是这种电晕处理只能在短期内产生效果，不能长期起到作用，且效率低下；本发明旨在将电池铝箔的轧制体系从油性体系切换为水性体系，制备出一种绿色环保的水性轧制液，并采用全新的应用工艺，得到的电池铝箔达因值高、力学性能优异，不需要电晕处理即可满足电池箔涂炭浆料的附着力需求，极大的提高了加工效率，降低了加工制造成本，具有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供了一种用于动力电池铝箔轧制的水性轧制液制备方法及应用，水性体系安全、轧制成本低、工序效率高，电池铝箔达因值高、缓蚀能力强、力学性能优异，进而提高电池箔的表面性能，具有广阔的应用前景。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种用于动力电池铝箔轧制的水性轧制液包括以下质量百分数的组分：9-15%的轧制添加剂、1-5%的双咪唑啉季铵盐缓蚀剂、80-90%的去离子水。

4、轧制添加剂包括25-35%的脂肪酸、5-15%的三乙醇胺、5-10%的阴离子乳化剂、20-30%的极压抗磨剂、2-6%的杀菌剂、10-20%的边界润滑剂。

5、脂肪酸为妥尔油酸或异辛酸。

6、极压抗磨剂为氯化脂肪酸和硫化脂肪酸按照质量比为1:1复配而成。

7、水性轧制液制备方法为：将去离子水加热至30-40℃，加入脂肪酸和三乙醇胺，搅拌均匀后，加入阴离子乳化剂、极压抗磨剂、边界润滑剂和杀菌剂，在45-60℃下搅拌20-40min，接着加入双咪唑啉季铵盐缓蚀剂，在功率为20-30khz的超声波分散器中分散5-10min，得到用于动力电池铝箔轧制的水性轧制液。

8、进一步的，阴离子乳化剂为月桂醇醚磷酸酯或异构十三醇醚磷酸酯。

9、进一步的，杀菌剂为1,3,5-三(2-羟乙基)-六氢三嗪或n,n-亚甲基双吗啉。

10、进一步的，边界润滑剂由二元酸和季戊四醇按照摩尔比为4:1在180℃下脱水制备而成，其中二元酸为戊二酸、己二酸或庚二酸的任意一种。

11、进一步的，双咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备方法为：

12、步骤（1）、氮气氛围下，向搭载冷凝和分水器的反应烧瓶中加入丙二酸、二乙烯三胺和二甲苯，在150-170℃下反应2-5h，至分水器中没有水流出，接着升温至220-240℃减压蒸馏，得到双咪唑啉中间体。制备工艺如下：

13、

14、步骤（2）、氮气氛围下，向反应烧瓶中加入双咪唑啉中间体和n,n-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后，加入长链溴代脂肪酸，在80-100℃下反应24-48h，减压蒸馏，干燥后得到双咪唑啉季铵盐缓蚀剂。制备反应式如下：

15、

16、进一步的，步骤（1）中丙二酸、二乙烯三胺的摩尔比例关系为1:（2.05-2.2）。

17、进一步的，步骤（2）中长链溴代脂肪酸为12-溴十二烷酸、14-溴十四烷酸或16-溴十六烷酸中的任意一种。

18、进一步的，步骤（2）中双咪唑啉中间体、长链溴代脂肪酸的摩尔比例关系为1:（4.1-4.5）。

19、进一步的，将制备的水性轧制液在喷射压力为0.5-1mpa、流量为325-650l/min下，经喷嘴均匀喷射至中/精轧机的工作及支撑轧辊上，然后将初始厚度为42um的1060合金坯料进行多道次轧制，轧制速度为500-800m/min，得到厚度为12-15μm的铝箔，使用霍夫曼平床过滤轧制过程中产生的轧制杂质，冷却至室温，经过分切精切，得到动力电池用铝箔。

20、采取上述技术方案，本发明的有益效果在于：

21、本发明以丙二酸、二乙烯三胺为原料，用长链溴代脂肪酸作季铵化试剂，合成了一种双咪唑啉季铵盐缓蚀剂，与脂肪酸、阴离子乳化剂、边界润滑剂体系等复合复配，得到和水能稳定分散、缓蚀能力强、润滑能力好且耐菌的水性轧制液，使用霍夫曼平床过滤轧制过程中产生的杂质，经过分切及精切得到动力电池用铝箔。

22、（1）轧制添加剂中含有脂肪酸、脂肪醇和酯类等带有极性基团，能牢固地吸附在金属表面，实现轧辊和铝箔的分离，起到润滑作用；双咪唑啉季铵盐缓蚀剂含有长链脂肪酸与轧制添加剂具有结构上的相似性，相容性较好，亲水基团在铝箔表面的吸附量的增多，使得铝箔表面润湿性能优良，提高了铝箔表面的达因值。

23、（2）咪唑啉环上的n=c双键和氮原子上的孤对电子能够同金属外围空轨道的共价结合，与铝箔表面发生吸附作用，从而形成一层保护膜；同时双咪唑啉季铵盐缓蚀剂中的以n原子为中心的阳离子亲水基团通过静电作用于铝箔表面的负电荷相互吸引，长链碳疏水基团在外部规则定向排列，进而在铝箔表面形成一层致密的保护膜，使得缓蚀效率逐渐增大，对铝箔起到防护作用。

24、（3）水性轧制液在铝箔轧机的工作轧辊上形成一层致密坚韧的润滑膜，起到冷却保护的作用，将铝箔与轧辊的直接接触转变为间接接触，减缓了轧辊因为热疲劳带来的负面影响，减少了轧辊表面的磨损，进而提高了铝箔的表面质量；采用全新的应用工艺得到的电池铝箔，经过多道次轧制，改善了组织均匀性，使得铝箔的抗拉强度和延伸率得到明显提升。

25、（4）本发明的水性体系安全，而油性体系需要配置消防手段，经常由于油烟或者电导率低造成轧机着火事故；水性体系轧制成本低，综合成本能得到下降；水性体系后工序效率高，电池箔后工序为水性预涂炭，油性体系需要除油并进行电晕处理减少带油，这些工序极大的限制了效率的提高和极大的提升了加工成本，而水性体系轧制后的铝箔不要这些工序，可直接满足需求。