CN114798770B

CN114798770B - 一种高达因铝箔及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN114798770B
Application number: CN202210149615.5A
Authority: CN
Inventors: 祝雅磊; 曾杰江; 邢行; 艾俊
Original assignee: Hangzhou Five Star Aluminium Co ltd
Current assignee: Hangzhou Five Star Aluminium Co ltd
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2042-02-18
Also published as: CN114798770A

Abstract

本发明公开了一种高达因铝箔的制备方法，通过增加将清洗液置于微凹辊的料槽中对铝箔进行微凹清洗步骤，不仅极大的提高了铝箔的达因值，使达因值由原有的30dyn提升至60dyn，填补了高达因铝箔技术空白；且使用微凹辊进行清洗，极大地提高了生产速率。本发明的方法所用的清洗液量少，通过对微凹辊目数的调整精准的控制清洗液的用量。该方法去油效果明显，使用过程不产生有害气体，具有环保无污染的特点。采用本发明的方法能够显著提升铝箔的粘结力，且对铝箔的机械性能无副作用，所得到的铝箔达因值保持稳定，生产过程中基本不发生衰减变化。进一步保证了所得铝箔在锂离子电池中的应用。

Description

一种高达因铝箔及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于铝箔加工技术领域，涉及一种高达因铝箔及其制备方法和应用。

背景技术

由于全球新能源车辆的快速发展，对锂电池的需求日益旺盛的同时，也快速拉动了对电池铝箔的需求。据数据显示2016-2020年我国铝箔产量呈稳定增长趋势，增长速度普遍在4％-5％。2020年我国铝箔产量为415万吨，同比增长3.75％。根据中国有色金属加工工业协会在中国铝箔产业发展高峰论坛上的披露，当前我国的铝箔生产产量几乎占到全球铝箔行业的60％-65％。

铝箔中的涂炭铝箔可以有效地减少极化，提高倍率性能；改善充放电时动态电阻，提升模组压差一致性，大幅降低电池组成本；提高活性材料和集流体之间的黏结附着力，降低极片制造成本；提升基材表面达因值，增强基材易涂覆性能。但随着锂电行业的快速崛起，对电池用铝箔、包括对涂碳铝箔的品质要求越来越高，其中对电池用铝箔的达因值要求也越来越高。

传统高达因电池用铝箔的生产技术工艺及其技术工艺缺陷为：

1.退火工艺：传统的单光铝箔表面润湿张力提高的方法主要是进行退火处理，通过长时间的高温将铝箔表面的轧制油进行排出，铝箔表面无油，这样铝箔的表面润湿张力可以一定程度的提高。但是本产品是电池箔产品，要求是硬态(H18态)，长时间高温退火后抗拉强度无法满足要求；且因为是双面光的产品，铝箔层与层之间的孔隙率很小(＜5％)，油膜无法有效的排除，因此该工艺无法适用。总结来看，使用退火工艺，会降低铝箔抗拉强度，铝箔延伸率且除油不充分。

2.表面吹扫：轧制出口侧安装有鸭嘴状扇面吹扫装置，被浸润在轧制油里面的铝箔通过大压力的吹扫，将表面的轧制油进行吹扫。经过吹扫后的铝箔表面无明显的油斑。但是对于双光的15μm及以下厚度的铝箔，因为还留有辊缝，无法充分的将表面的油斑除去，轧制完毕的铝箔表面还有不同程度的带油。总结来看，使用表面吹扫，其缺陷是适用范围小，针对厚度≤15μm及以下的铝箔效果不佳，且去油不充分。

3.分切表面处理：铝箔进行分切加工时，采用高温放电对铝箔进行处理，瞬间将铝箔表面的油膜打散，高压放电所产生臭氧可以有效防止料面打散的官能团进行聚合，同时放电负压端可以将表面处理的油气吸走，从而减少表面残油，提高达因值。铝箔进行分切加工时，倒卷速度≤100m/min，放电倒卷设备与铝箔表面距离≤2mm，放电倒卷设备功率10～15KW，同时处理铝箔个数为6个。本技术缺陷是，生产效率低下，不符合当今需求的生产产能且铝箔达因提升效果低，通常只能在铝箔原有达因基础上只能提升1到3个达因。总结来看，使用分切表面处理，其主要缺陷是对电池用铝箔的达因提升较小，效果不明显。

4.酸洗、碱洗、水洗工艺：在空调箔或者压花氧化板(厚度≥0.2mm)的生产环节中，会用到酸洗、碱洗、水洗的工艺，通过对铝板的表面进行清洗，除去表面的油膜，然后进入长的烘箱，烘箱内高温将表面的液体去除。铝板表面迅速氧化成为氧化铝，提高了表面的润湿张力。但是该工艺只对铝板有用，针对铝箔(厚度≤15μm)的产品无法适用。箔材较薄，在经过液体的时候会发生形变，导致褶皱。另外清洁的速度缓慢(一般只有5～10m/min)，根本无法形成量产需要。总结来看，酸洗、碱洗、水洗工艺，其缺陷是适用范围小，针对铝箔厚度≤15μm的产品无法适用；成本高，无法有效控制洗液的用量；生产效能低，清洗速度缓慢，一般速度只有5～10m/min。

涂炭铝箔存在以下技术缺陷：

5.浆料搅拌：在涂碳铝箔(一种附加值很高的产品)上，浆料扮演着不可或缺的角色(我司采用水系浆料)，将浆料置于搅拌桶，开启电机，变频调速后，将带有叶片的轴插入涂料内旋转，使涂料呈现环状滚动模式，中间形成涡流，持续搅拌，将浆料团聚物打散，不在沉积沉淀的机械分散过程，这种分散的好坏直接影响到浆料的平滑性、均匀性。

6.表面烘烤：在涂炭用铝箔(一种附加值很高的产品)上，当表面涂的极薄的炭黑无法附着的时候，会选择将铝箔放到烘箱里面进行烘烤，烘烤的方法是：将铝箔展开，通过烘箱的辊系(烘箱长度大约为40米)，加温到120℃，走带速度控制在20m/min左右。表面润湿张力可以从原有的30dyn提高到31dyn。但是该工艺存在一些问题：第一，速度慢，无法达到量产的要求；第二个经过的辊系多，容易导致麻点(凹凸点)，外观不合格的概率增加，第三个，经过的辊系多，容易起皱。总结来看，使用表面烘烤，生产铝箔速度较低，产能下降，且因技术工业流程需经过较多辊系，容易出现铝箔表面质量凹凸点等缺陷的不良品。

7.铝箔涂布：采用单工位放卷→入料牵引→正面涂布→卧式干燥箱→纠偏→冷却牵引→反面涂布→卧式干燥箱→纠偏→出料牵引→双工位收卷的涂布方式。1个正面涂布+1个反面连续涂布/纵向多条留白或横向间隙留白(自动套印)连续涂布一次完成。可以完成正面图案和反面图案对位套准，但是对于表面的油斑未完全除去，涂布完毕的铝箔表面还有不同程度的漏涂。

在电池箔领域，一般将达因值分为三个区间：①＜30dyn属于低达因值；②达因值在30～31dyn属于常规达因值；③达因值≥32dyn属于高达因区间。目前行业在有效生产高达因区间的电池用铝箔技术方面处于空白阶段，因此，探索得到一种提高铝箔的达因值的技术方案至关重要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高达因铝箔的制备方法，该方法得到的铝箔达因值提升至60dyn，生产速度快，适用范围广。

本发明的目的之二在于提供一种高达因铝箔。

本发明的目的之三在于提供上述高达因铝箔的在锂离子电池中的应用。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种高达因铝箔的制备方法，包括以下步骤：

(1)对铝箔材料进行粗轧、中轧、精轧加工，得到铝箔；

(2)将步骤(1)得到的铝箔进行分切加工；

(3)将步骤(2)分切好的铝箔进行微凹清洗及烘干；所述微凹清洗为将清洗液填充至微凹辊的料槽中；

(4)将步骤(3)得到的铝箔进行收卷、包装，即可。

进一步地，所述铝箔为双面光铝箔、单面光铝箔或涂炭铝箔。

进一步地，所述铝箔为涂碳铝箔时，还包括对将涂碳浆料搅拌分散后供给微凹辊的料槽中，然后对微凹清洗及烘干后的铝箔进行正反面涂布及烘干。

进一步地，所述步骤(3)中微凹清洗的清洗液成分为二乙基苄胺10-15份、聚乙烯吡咯烷酮1-3份、月桂酸甜菜碱4-7份、异构醇醚2-5份、聚丙烯酸酯5-11份、水100-200份。

进一步地，所述步骤(3)中清洗速率为180m/min；烘干温度为60-80℃，时间40-90s。

进一步地，所述步骤(1)中轧、精轧的压下量分别为35％-45％、30％-50％。

进一步地，所述步骤(2)分切的速率≤300m/min。

进一步地，所述步骤(4)收卷的速率≤100m/min。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种由上述方法制备得到的高达因铝箔。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

上述高达因铝箔在制备锂离子电池中的应用。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种高达因铝箔的制备方法，该方法与现有技术相比，通过增加将清洗液置于微凹辊的料槽中对铝箔进行微凹清洗步骤，不仅极大的提高了铝箔的达因值，使达因值由原有的30dyn提升至60dyn，填补了高达因铝箔技术空白；且使用微凹辊进行清洗，其速度可达180m/min，极大地提高了生产速率。本发明的方法所用的清洗液量少，铝箔表面覆盖约0.05g/m²即可达到改善效果。并且通过对微凹辊目数的调整，可以精准的控制清洗液的用量。该方法去油效果明显，由于清洗液的密度小于铝箔表面残留轧制油，适用于密度梯度离心法，进一步提升了去油效果。使用过程不产生有害气体，具有环保无污染的特点。采用本发明的方法能够显著提升铝箔的粘结力，且对铝箔的机械性能无副作用，所得到的铝箔达因值保持稳定，生产过程中基本不发生衰减变化。进一步保证了所得铝箔在锂离子电池中的应用。

附图说明

图1为本发明涂布微凹辊示意图，其中图A为空白对照，图B为添加清洗液后示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

一种高达因铝箔的制备方法，包括以下步骤：

(1)对铝箔材料进行粗轧、中轧、精轧加工，得到0.015mm铝箔。其中铝箔材料的各元素质量百分比为Fe 0.25％、Si 0.05％、Cu 0.04％、Ti 0.02％、Mn 0.08％、Mg 0.03％、Ti 0.031％、余量为Al。中轧和精轧的油品指标可以确保所得铝箔的初始润湿张力，其主要指标如表1所示：

各项指标	中轧	精轧
			<![CDATA[粘度目标值(mm<sup>2</sup>/s)]]>	1.7-2.05	1.8-2.1
透光率(％)	≥80	≥90
			胶质(g/L)	≤20	≤10
醇含量(％)	1.0-2.0	3.0-5.0
			酯含量(％)	5.0-7.0	10.0-12.0

中轧和精轧用辊标准如表2所示：

表2

各项指标	中轧	精轧
			辊径(mm)	270-280	270-280
凸度(mm)	60‰	80‰
			粗糙度(μm)	0.3-0.15	0.12-0.14
压下量	35％-45％	30％-50％

(2)将步骤(1)得到的铝箔进行分切加工，轧制完毕后6h内周转至分切工序，分切速率≤300m/min。

(3)将步骤(2)分切好的铝箔进行微凹清洗及烘干，将清洗液填充至微凹辊的料槽中(如图1所示)，清洗液的涂覆量为0.05g/cm²，清洗速率为180m/min。使用涂炭机进行清洗烘焙铝箔，用清洗液替换涂炭机上的涂炭浆料。涂炭机在进行倒卷时，微凹辊完全浸没清洗液内，微凹辊的凹陷部分填满清洗液，铝箔通过涂炭机辊筒直接与微凹辊接触并使清洗液转移到铝箔上，清洗液转入完毕的铝箔立即送入烘箱，通过干燥装置使清洗液的溶剂挥发而干燥。烘干温度为60-80℃，时间40-90s。

清洗液的成分为聚乙烯吡咯烷酮2份、二乙基苄胺11份、月桂酸甜菜碱5份、渗透剂异构醇醚3份、乳化剂聚丙烯酸酯6份，水150份。

(4)将步骤(3)得到的铝箔进行收卷、包装，收卷速率≤100m/min，即得高达因铝箔。

实施例2

一种高达因铝箔的制备方法，包括以下步骤：

实施例2与实施例1的区别在于：步骤(3)铝箔进行微凹清洗及烘干后，去除料槽中的清洗液，将水系涂碳浆料搅拌均匀分散后，通过供料泵供给微凹辊的料槽中，然后对铝箔进行正反面涂布、烘干。

其余与实施例1相同，得到高达因涂碳铝箔。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于：将步骤(3)中的微凹辊搭配清洗液调整为普通光面辊搭配清洗液，其余与实施例1相同。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于：将步骤(3)中的清洗液调整为市售清洗液(型号SX705)，其余与实施例1相同。

达因值检测采用标准达因液对比检测，经检测实施例1轧制后的铝箔、实施例2的涂碳铝箔，表面润湿张力最高达到≥60达因值。对比例1与实施例1的区别为将普通光面辊代替微凹辊，所得到的铝箔表面润湿张力最高为33达因值。对比例2与实施例1的区别为将市售清洗液代替本发明的清洗液，所得到的铝箔表面润湿张力最高达30达因值。由此可知，本发明采用微凹辊与清洗液搭配的方法对生产过程中的铝箔进行清洗，可有效提升其表面润湿张力。

本发明的清洗液利用化学叠加增效作用，进行油污去除，经过大量实验数据，获得清洗液使用后去油效果与铝箔达因提升效果最合适的配比，且配比后的独创清洗液密度小于电池用铝箔表面残留轧制油密度，因此适用密度梯度离心法(物质分离方法)，进一步提升除油效果。且目前市面上生产锂电池涂碳工序使用涂碳浆料基本为水系浆料，因而水系涂碳浆料与高达因清洗液中存在与电负性很大的原子形成强极性键的氢原子和存在较小半径、较大电负性、含孤对电子、带有部分负电荷的原子，因此容易形成比范德华力更强的氢键，使电池用铝箔在涂碳的过程中水系浆料与铝箔粘结力增强。

本发明将清洗液置于微凹辊的料槽中对铝箔进行微凹清洗步骤，涂碳机在进行倒卷时，微凹辊完全浸没独创清洗液内，把微凹辊的凹陷部分填满清洗液，铝箔通过涂炭机辊筒直接与微凹辊接触并使清洗液转移到铝箔上，清洗液转入完毕的铝箔立即送入烘箱，通过干燥装置使清洗液的溶剂挥发而干燥。

通过大量实验数据，只需要微量本发明清洗液就能显著提升电池用铝箔达因值，数据显示铝箔表面覆盖约0.05g/m²可达到改善效果，且随着表面覆盖量增加到一定数值后达到峰值。并且因为通过对微凹辊目数的调整，可以精准正确的控制独创高达因清洁液的用量，因此可以精准用量已达到需要的目标达因值。通过对比传统技术如酸洗、碱洗、水洗工艺的用量和效果，明显突出新技术的高效性和可控性。

通过对使用本发明技术的试验跟踪，生产过程中无污染物产生，且清洗液(该清洗液中成分约80-90％为水)在烘箱烘焙干燥时挥发气体为水蒸气，不产生其它有害污染气体。

一般通过传统技术提升电池用铝箔达因的同时会影响铝箔其它方面的性能，比如通过退火工艺的电池用铝箔，其抗拉强度与延伸率都出现了不同程度的下降。而通过测试使用本技术生产的铝箔，数据显示铝箔的机械性能未发生变化。

一般传统技术提升电池用铝箔达因后，铝箔达因会很快随着时间的流逝而下降，下降的原因一般认为铝箔表面与空气水分子接触，致使铝箔达因下降。而使用新技术生产出的电池用铝箔，其铝箔表面残留高达因清洗液较好隔绝铝箔与空气水分子发生某种化学或物理反应，因而经过长时间测试铝箔达因值，发现铝箔达因值基本保持稳定不变，未出现明显下降趋势。

综上，本发明克服了传统技术铝箔达因值低、铝箔除油不充分、生产铝箔速度低、产能低的缺点，极大减少了因生产过程中较多的辊系导致的铝箔表面质量凹凸点等不良品的概率；使不论是锂离子电池生产过程中的正极浆料涂布或涂炭浆料涂布的外观得到极大改善，涂步均匀、细腻、粘附力强。为后续在锂离子电池中的应用提供了良好的基础。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种高达因铝箔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）对铝箔材料进行粗轧、中轧、精轧加工，得到铝箔；

（2）将步骤（1）得到的铝箔进行分切加工；

（3）将步骤（2）分切好的铝箔进行微凹清洗及烘干；所述微凹清洗为将清洗液填充至微凹辊的料槽中；

（4）将步骤（3）得到的铝箔进行收卷、包装，即可；

步骤（3）中，微凹清洗的清洗液成分为二乙基苄胺10-15份、聚乙烯吡咯烷酮1-3份、月桂酸甜菜碱4-7份、异构醇醚2-5份、聚丙烯酸酯5-11份、水100-200份。

2.如权利要求1所述的高达因铝箔的制备方法，其特征在于，所述铝箔为双面光铝箔或单面光铝箔。

3.如权利要求1所述的高达因铝箔的制备方法，其特征在于，步骤（3）铝箔进行微凹清洗及烘干后，还包括将涂碳浆料搅拌分散后供给微凹辊的料槽中，然后对微凹清洗及烘干后的铝箔进行正反面涂布及烘干，得到涂碳铝箔的步骤。

4.如权利要求1所述的高达因铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中清洗速率为180 m/min；烘干温度为60-80 ℃，时间40-90 s。

5.如权利要求1所述的高达因铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中轧、精轧的压下量分别为35%-45%、30%-50%。

6.如权利要求1所述的高达因铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）分切的速率≤300 m/min。

7.如权利要求1所述的高达因铝箔的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）收卷的速率≤100 m/min。

8.一种高达因铝箔，其特征在于，由权利要求1至7任一项所述的方法制备得到。

9.如权利要求8所述的高达因铝箔的应用，其特征在于，所述高达因铝箔在制备锂离子电池中的应用。