CN110016591A - 一种高导电率集流体用铝合金箔及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种高导电率集流体用铝合金箔及其制造方法。本发明的铝合金箔的组成和重量百分比是：Fe：0.2～0.4wt％、Cu：0.06～0.08wt％、Si：0.15～0.25wt％、La：0.1～0.15wt％，剩余部分由铝以及其他一些不可避免的杂质构成。

Description

一种高导电率集流体用铝合金箔及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于二次电池、双电层电容器、锂离子电容器等的电极集流体，特别是涉及一种高导电率锂离子二次电池正极集流体用铝合金箔及其制造方法。

背景技术

因锂离子电池具有特殊的优越性能，比如：工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电小等，使其成为各类电子产品中的主要使用电源，例如手机、笔记本电脑等电子设备的电源。同时随着全球主要国家政府、组织、汽车生产商、能源供应商、风险投资企业共同行动，推动全球汽车工业产业结构升级和动力系统电动化战略转型，这也让锂离子电池越来越多地应用于汽车领域。

正极集流体用铝合金箔在锂离子电池中主要是起到导电和支撑正极涂覆的活性物质的作用，对锂离子电池的容量没有直接帮助。所以，通过提高铝箔的强度可减小铝合金箔厚度，从而能够在铝合金箔表面涂覆更多的活性物质，以增加锂离子电池的比能量，同时减轻电池重量。目前，大多数锂离子电池主要采用1xxx系铝合金(包括1060、1070等)作为集流体用铝合金箔的材料，由于其强度比较低(>150MPa)，为防止正极活性物质在涂覆过程发生断裂，需要比较厚的铝箔，这样会增加电池重量，也减少了涂覆正极活性物质的使用量，降低了锂离子电池的比能量。同时，对于应用在汽车领域的锂离子电池，相较于手机和笔记本电脑的锂离子二次电池需要更大的输出特性。假若在导电率比较低的情况下，通过大电流时，会因为电池内阻的增加，致使电池的输出电压下降。正是基于以上原因，当下市场非常急迫地需要找到一种新的高导电率铝合金来替代市场常用的1xxx系铝合金。

专利CN 102245788 A公开了一种通过添加Fe、Si、Cu、Mn、Zn元素来提高强度的锂离子电池电极集流体用铝合金箔。专利CN 102978483 A公开了一种通过添加Fe、Mn、Si、Mg元素得到具有较高强度的锂离子正极集流体用铝合金箔。

上述专利中的两种铝合金，虽然强度得到了很好的提升。但是由于材料合金化程度提高，必然导致电阻率的上升，增加了电池的内阻，从而降低了电池的输出电压。

发明内容

本发明鉴于上述情况而完成，目的是提供一种高导电率集流体用铝合金箔及其制造方法，以替代常用的低导电率正极集流体用铝合金箔，最终得到160℃ 10小时热处理后的铝合金箔的抗拉强度大于160MPa，导电率大于58％IACS。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种高导电率集流体用铝合金箔，成分组成包括Fe：0.2～0.4wt％、Cu：0.06～0.08wt％、Si：0.15～0.25wt％、La：0.1～0.15wt％，剩余部分包括铝。

所述铝合金箔的抗拉强度大于160MPa，导电率大于58％IACS。

一种所述铝合金箔的制造方法，包含以下步骤：

a)在合金的熔炼过程中添加了含有稀土元素的Al-20％La中间合金，获得铝合金铸块；

b)将熔炼所得的铝合金铸块在590-600℃保持8-10小时的均质化处理；

c)实施热轧和冷轧，得到厚度为0.05～0.07mm的铝合金箔；

d)将冷轧后的所述铝合金箔在160℃下热处理10小时。

本发明的高导电率铝合金与对比例铝合金的成分对比见表1。

表1本发明铝合金与对比例铝合金成分(wt％)

本发明分别选择两个锂离子电池集流体用铝合金箔专利和一个锂离子电池集流体常用铝合金来作为对比例，以更全面地进行分析比较。对比例1为专利CN102245788A，给出了一种高强度集流体用铝合金箔及其制造方法。对比例2为专利CN102978483A给出了一种具有较高强度和较低电阻率的集流体用铝合金箔及其制造方法。对比例3为锂离子电池用铝箔常用的1235铝合金。

从表1中可以看出本发明铝合金与对比例1的铝合金成分相比，本发明进一步缩小了Fe元素和Si的含量范围，同时减少了Fe、Si的用量，而且不含Mg、Mn、Zn元素，合金成分设计更加简单。添加Fe、Si元素可以使铝合金强度提高。如果Fe、Si元素添加量太少，不足0.01％，对强度提高几乎不起作用。但是如果Fe、Si元素添加量太多，超过0.5％，将很难维持高的导电率。故而本发明缩小了Fe、Si元素含量范围，同时降低了Fe、Si元素的含量。即使是少量的Cu元素也具有提高合金强度的效果。与对比例2的铝合金成分相比，本发明减少了Fe元素含量并添加了少量的Cu元素，有利于维持材料的高导电率。与对比例3的铝合金成分相比，本发明合金成分设计更加简单，不含Mg、Mn、Zn、Ti、V元素，同时含有更多的Fe、Si元素，进一步提高强度。另外La元素的添加会细化合金晶粒，促进铝合金中Al₃Fe第二相的析出和球化，还会生成AlFeLa新相，进一步强化合金。

根据本发明制备的铝合金箔是一种具有高导电率特征的锂离子电池正极集流体用铝合金箔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种高导电率集流体用铝合金箔，成分组成包括Fe：0.2～0.4wt％、Cu：0.06～0.08wt％、Si：0.15～0.25wt％、La：0.1～0.15wt％，剩余部分包括铝。

所述铝合金箔的抗拉强度大于160MPa，导电率大于58％IACS。

一种所述铝合金箔的制造方法，包含以下步骤：

a)在合金的熔炼过程中添加了含有稀土元素的Al-20％La中间合金，获得铝合金铸块；

b)将熔炼所得的铝合金铸块在590-600℃保持8-10小时的均质化处理；

c)实施热轧和冷轧，得到厚度为0.05～0.07mm的铝合金箔；

d)将冷轧后的所述铝合金箔在160℃下热处理10小时。

以下，通过实施例对本发明进行详细说明，当然，本实施例仅为一个例子，本发明并不限定于这些实施例。

利用真空感应熔炼法对表2所示成分的铝合金进行熔炼并铸造成厚度为20mm以上的合金铸锭。在580～600℃范围保持8-10小时的均质化处理。将经过车铣加工的坯料在500℃加热2小时后热轧到3mm厚。然后将其直接冷轧到最终厚度为0.05-0.07mm。最后在160℃热处理10小时获得正极集流体用铝合金箔。箔材的最终厚度如表2所示。

表2铝合金成分

然后对上述成分的铝合金箔，测定抗拉强度、延伸率、导电率。其结果如表3所示。

上述实施例中不同成分的铝合金样品所进行的性能测试条件如下：

(1)室温拉伸实验：按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，在Zwick Z20万能拉力试验机上拉伸，拉伸速度为1mm/min，引伸计长度为40mm，测得抗拉强度和延伸率；测试用拉伸样品由铝合金箔沿轧制方向切割得到，按上述测试条件测得抗拉强度和延伸率。记抗拉强度大于160MPa为合格，否则记作不合格。

(2)导电率测试：采用SIGMATEST2.069导电率测量仪测试铝合金试样的导电率。

表3测试结果汇总

实施例1-4，得到了比较好的综合评估结果：在满足抗拉强度(≥160MPa)要求的情况下，热处理后具有很高的导电率，均大于58％IACS，最高达到61.85％IACS，远超对比例1和对比例2，能够完全满足锂离子电池用铝合金箔对导电率的要求，保证应用时显著地增强电池输出电压。

本发明通过采用合理的成分设计使得上述实施例1-4得到了较好的性能。适量Fe、Si元素的添加使得铝合金箔实现提高强度的同时又兼顾了导电率。少量Cu元素具有提高合金强度的效果。La元素的添加可以细化合金晶粒，促进铝合金Al₃Fe第二相的析出和球化，还会生成AlFeLa新相，进一步强化合金。

在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到本发明所列举的各种原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各种原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (3)

1.一种高导电率集流体用铝合金箔，其特征是：成分组成包括Fe：0.2～0.4wt％、Cu：0.06～0.08wt％、Si：0.15～0.25wt％、La：0.1～0.15wt％，剩余部分包括铝。

2.如权利要求1所述铝合金箔，其特征是，所述铝合金箔的抗拉强度大于160MPa，导电率大于58％IACS。

3.一种权利要求1中所述铝合金箔的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

a)在合金的熔炼过程中添加了含有稀土元素的Al-20％La中间合金，获得铝合金铸块；

b)将熔炼所得的铝合金铸块在590-600℃保持8-10小时的均质化处理；

c)实施热轧和冷轧，得到厚度为0.05～0.07mm的铝合金箔；

d)将冷轧后的所述铝合金箔在160℃下热处理10小时。