一种铝箔及其加工工艺的制作方法

本发明涉及电池铝材，具体为一种铝箔及其加工工艺。

背景技术：

1、锂离子电池作为二次电池的热点已经广泛应用于各个领域，如手机、电动车、电动汽车等，各类设备的发展离不开锂离子电池的支撑。随着消费市场规模的扩大、人们日益增长的需求和对锂离子研究的深入，对于锂离子电池的性能也优良更高的需求，无论是能量密度还是使用寿命，都还有提高的空间。除了开发出新型电池以外，我们还可以从正极材料、负极材料、集流体、导电剂、粘结剂、电解液等方向入手来提高锂离子电池的综合性能。在锂离子电池内部，集流体承载正负极材料，将电池内部电化学反应产生的电流收集，传输至外电路，实现化学能向电能的转化。在锂离子电池领域，铝箔常用于制作正极集流体。在工业制箔过程中，通常无法完全清理干净铝箔表面的油污，会影响活性物质与铝集流体表面的结合强度，活性物质容易脱落，无法维持锂离子电池的稳定充放电。且铝箔表面存在氧化铝膜层，会导致电池性能的降低。因此，我们提出一种铝箔及其加工工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铝箔及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种铝箔的加工工艺，包括以下工艺步骤：

3、步骤1、熔炼：将原料熔炼，精炼，得到熔体；铸轧，得到铸轧坯料；

4、步骤2、冷轧：将步骤1中得到的铸轧坯料进行四道次轧制，一次退火，再进行两道次轧制，二次退火，切边，得到冷轧料；

5、步骤3、箔轧：将步骤2中得到的冷轧料进行三～四道次精轧，得到箔轧料；

6、步骤4、表面处理：将步骤3中得到的箔轧料依次进行钛溶胶复合、阳极氧化、碳化，得到产品铝箔。

7、进一步的，所述步骤1中，熔炼的工艺条件为：熔炼温度控制在745～755℃，熔炼时间为8～10h。

8、进一步的，所述步骤1中，精炼的工艺条件为：精炼时加入变质剂al-5ti-1b，通入高纯氩气，变质剂的添加量为0.2％；

9、精炼温度为735～745℃，精炼时间为15～30min。

10、进一步的，所述步骤1中，熔体包括以下质量百分比组分：si:0.10～0.18％，fe:≤0.15％，cu:0.015～0.025％，ti:≤0.030％，mn:≤0.009％，mg:≤0.009％，zn:≤0.03％，余量为al；

11、原料包括电解铝、铝锭、铝硅中间合金中的两种或三种。

12、进一步的，所述步骤1中，铸轧的工艺条件为：铸轧温度控制在690～705℃，铸轧速度为730～810mm/min，水冷，得到厚度为6.3～6.9mm的铸轧坯料。

13、进一步的，所述步骤2中，四道次轧制后，得到厚度为0.65～0.75mm的冷轧料；

14、一次退火的工艺条件为：于560～580℃条件下，保温18～24h；

15、两道次轧制后，得到厚度为0.24～0.30mm的冷轧料；

16、二次退火的工艺条件为：180～220℃温度条件下，保温14～18h，炉冷。

17、进一步的，所述步骤3中，箔轧料的厚度为6～12μm。

18、进一步的，所述步骤4中，钛溶胶复合包括以下工艺步骤：

19、置于钛溶胶中浸渍2～3min，取出置于90～100℃温度下干燥10～60min，按照前述步骤将步骤3中得到的箔轧料置于钛溶胶中浸渍1～3次；于550～600℃温度下保温10～30min，形成复合层。

20、进一步的，所述步骤3中得到的箔轧料使用前经过前处理：利用丙酮清洗，去除其表面有机物；然后碱洗，采用35～40℃的1m氢氧化钠溶液清洗30～60s，对箔轧料表面氧化膜进行减薄和初步刻蚀；酸洗中和，采用0.1m硝酸清洗10～15s；水洗，采用去离子水淋洗，70～90℃氮气干燥60s。

21、进一步的，钛溶胶通过以下工艺得到：

22、将羧甲基纤维素、去离子水混合，升温至40～45℃搅拌溶解，加入3-丁烯三乙氧基硅烷、引发剂，350w功率下微波反应3～5min，得到改性羧甲基纤维素溶液；

23、将钛酸四丁酯与乳酸混合，搅拌30～60min，加入无水乙醇、改性羧甲基纤维素溶液，搅拌30～60min，加入乙酰丙酮，搅拌10～20min得到；

24、羧甲基纤维素、3-丁烯三乙氧基硅烷、引发剂的质量比为100:(77～85):(5.6～9.2)；

25、钛酸四丁酯、乳酸、无水乙醇、去离子水、乙酰丙酮的摩尔比为1:(5～6):(14～17):(3～4):1；

26、引发剂为过硫酸钾和硫代硫酸钾的混合物，质量比为1:1。

27、在上述技术方案中，步骤4的钛溶胶复合工艺，去离子水溶液体系中，引发剂作用下，羧甲基纤维素中的羟基能够与3-丁烯三乙氧基硅烷中的碳碳双键反应，将硅氧烷结构引入纤维素分子中，制得改性羧甲基纤维素，得到其水溶液，其中的硅氧烷初步水解，与钛酸四丁酯混合，得到具有羧甲基纤维素、硅、钛等结构、元素的钛溶胶，并将其浸渍涂布于箔轧料的表面，冷冻干燥，形成多孔结构，再进行后续的阳极氧化，有助于后续氧化层多孔结构的形成。

28、进一步的，所述步骤4中，阳极氧化包括以下工艺步骤：

29、采用不锈钢对电极，将钛溶胶复合后的箔轧料置于85～90℃的电解液中，在10～80v的电压下进行阳极氧化，直至电流降至0.01a，形成复合氧化层，得到氧化铝箔。

30、进一步的，所述步骤4中，电解液中含有10wt.％硼酸、0.2～0.5wt.％羧甲基纤维素、0.09wt.％的五硼酸铵。

31、进一步的，所述步骤4中，碳化包括以下工艺步骤：

32、将阳极氧化后的氧化铝箔于去离子水中进行水热碳化，去离子水的用量为氧化铝箔质量的6～7倍，水热温度为220～250℃，密封压力2～10mpa，反应160～200min；

33、取出，置于1～2m氢氧化钠溶液中静置8～15s，水洗，45～48℃干燥8～12h，形成复合碳层，得到产品铝箔。

34、在上述技术方案中，采用阳极氧化工艺，通过电化学方式，在箔轧料表面制备氧化层。箔轧料置于电解液中，在电场力作用下，发生氧化反应，得到氧化铝涂层，并与上一步骤得到复合层结合，形成氧化铝、二氧化钛和二氧化硅的复合氧化层，相较于氧化铝涂层，具有更高的导电能力和对腐蚀的抗性，能够改善所制产品铝箔与活性物质间的导电性，能降低所制锂离子电池的内阻，避免产品铝箔在长时间与电解液接触后被腐蚀，提高锂离子电池的稳定性和使用寿命。且复合氧化层的粗糙多孔结构，为活性物质提供更多的接触面积，并能够提高所制产品铝箔与活性物质的结合强度，能够确保所制锂离子电池在长时间工作过程中的稳定性。

35、经过钛溶胶浸渍后的箔轧料，其复合层中含有羧甲基纤维素结构，其羧基、部分羟基能够在阳极氧化过程中产生的铝离子发生配位，形成交联网状结构，利用其韧性，能够降低热应力，抑制阳极氧化涂层晶化转变过程中微裂纹的生长和发展，增强所制产品铝箔表面结构的稳定性，进一步促进其与活性物质间的稳定结合，利于所制锂离子电池的综合性能。羧甲基纤维素结构位于复合氧化层的结构中，在阳极氧化过程中，受电化学作用，能够与电解液中含有的组分羧甲基纤维素发生交联、齐聚，使得羧甲基纤维素与复合氧化层接枝，提高复合氧化层结构中有机物的含量。而后进行水热碳化，将有机物(羧甲基纤维素及羧甲基纤维素结构)碳化，形成表面含有大量含氧基团的多孔碳层，使得碳层在复合氧化层孔隙中嵌合、在表面负载，能够进一步降低产品铝箔的表面电阻，提高其与活性物质间的结合强度；并能够改善所制产品铝箔的表面韧性，和对锂离子电池电解液的润湿性，缓解锂离子电池充放电过程中带来的应力，提高其稳定性。而电解液中五硼酸铵的使用，能够提高其表面张力和电导率，有助于电解液进入箔轧料表面复合氧化层的孔隙中，促进电解液与铝箔的充分接触，改善所制产品铝箔的耐电压性能。碳化后进行化学腐蚀，去除表面多余氧化铝并进行刻蚀，在一定程度上将碳层活化，进一步增强所制复合碳层的粗糙多孔结构，提高产品铝箔在锂离子电池中的应用性能。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

37、本发明的一种铝箔及其加工工艺，通过将含有羧甲基纤维的钛溶胶涂布在箔轧料表面，在含有羧甲基纤维的电解液中进行阳极氧化，碳化形成具有粗糙多孔结构的复合碳层，改善了产品铝箔的腐蚀抗性，和与活性物质间的界面电阻和结合强度，能够改善锂离子电池的稳定性、电池效率和循环使用寿命。