一种铝基镶嵌复合金属带材及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种铝基镶嵌复合金属带材及制造方法，包括带状铝基材，该铝基材表面设置有凹部，所述凹部内顺次叠置与所述铝基材轧制为一体的焊接层和过渡层；所述焊接层为镍层，所述过渡层为铜层或者铜-镍复合金属层；采用本发明专利技术镶嵌复合金属带材不但保留了原有纯镍材的优势，而且能够显著降低轧制加工技术难度，提高合格成品成材率，明显减少轧制至成品过程中的退火次数，提高了生产效率，进而提升免转焊型正极耳的制备效率，有利于该类型正极耳的大量推广和应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种铝基镶嵌复合金属带材及制造方法，包括带状铝基材，该铝基材表面设置有凹部，所述凹部内顺次叠置与所述铝基材轧制为一体的焊接层和过渡层；所述焊接层为镍层，所述过渡层为铜层或者铜-镍复合金属层；采用本专利技术镶嵌复合金属带材不但保留了原有纯镍材的优势，而且能够显著降低轧制加工技术难度，提高合格成品成材率，明显减少轧制至成品过程中的退火次数，提高了生产效率，进而提升免转焊型正极耳的制备效率，有利于该类型正极耳的大量推广和应用。【专利说明】
本专利技术属于电池领域，更具体地说，涉及用于制备聚合物、液态软包装、硬壳锂离子电芯正极耳的铝基镶嵌复合金属带材，并涉及其制造方法。
技术介绍
目前，聚合物、液态软包装、硬壳锂离子电池电芯用正极耳大都采用铝极耳，众所周知，极耳需要与电池管理线路保护板或电线进行焊接，但铝与保护板或电线上的锡无法实现良好焊合。为解决此问题，现有工艺方案绝大多数采用激光焊或超声焊接将一段镍片以搭接方式转焊至铝极耳的外露端，通过转焊好的镍片再与线路保护板或电线上的锡进行连接。这种转焊搭接方式又带来以下四方面问题:1、激光或超声焊点所形成的凹凸痕迹影响电芯的外观；2、铝与镍之间的焊结点实际接触面积与两者(铝与镍)之间搭接所形成的叠合总面积相比比例较小，意味着接触电阻大不利于电芯内阻降低；3、转焊工序的增加意味着电芯制作的生产成本增加，质量不稳定性同时增加；4、转焊后的极耳在搭接处附近极易出现虚焊、脱焊甚至折断现象。 除了上述铝极耳转焊镍片方式外，在同一领域国内外还发展了数种其它技术方案。主要有以下几大类。 一、铝极耳镀覆镍型。如中国专利技术专利申请201010241631.4,200810236321.6、201110308950.7均属于此类，它们能够节省转焊镍的工序，但镀覆工艺一方面存在电镀或化学镀技术所固有存在的镀层与基材结合不可靠、不牢固、镀层偏薄影响最终焊锡效果的严重问题；另一方面镀覆过程中大量的化学废液使用和排放会对周边环境造成污染难，因此该类技术方案并没有真正得到批量推广应用。 二、搭接式转焊铜，如中国技术专利201120357203.8，同样存在上述搭接式转焊镍的缺陷。 三、在铝和镍叠合部位热熔材料形成一体化。如，中国专利技术专利申请200510122316.9采用有机高分子类型的热熔材料将铝极耳与镍在叠合位置进行包裹式熔合，这种方式实际上只能保证热熔材料本身的熔合，而热熔体里面的铝和镍由于没有相互塑性变形因而难以真正形成相互牢固结合，铝镍两者之间的接触电阻显然非常大，造成整体电芯内阻增加，而且在电芯正极耳露出端突出的热熔体块外形破坏了电池产品的整体美观性。 四、异型复合金属型极耳。美国专利US2011/0274964提供了一种异型复合金属型极耳解决方案，该方案是用复合法生产出面复合结构的铝/铜复合金属材料(如图1中的a部分所示)，再将局部的铜层部分采用蚀刻、刨削、机械成型方式除去，最终制备出异型复合金属型极耳(如图1中的b部分所示)，图1中虚线表示的部分为去除的铜层。这种极耳一端(在电芯包装袋内)为铝，而另一端(露出电芯部分)则是在铝基材的基础上复合了用于改善与线路板焊接的一层铜材，即，极耳两端厚度不同且材质也不同。但是，锂离子电池极耳整体厚度一般在0.05?0.3mm范围，显然在如此薄的面复合结构材料的基础上再要准确除去局部位置的铜复合层的可实现性很小、成本很高，因而并不现实。 为克服上述技术方案缺陷，本专利技术人曾在中国专利申请201320022487.4中提供了一种铝基镶嵌复合金属结构极耳，其中制备所述极耳的镶嵌复合金属带材基材为铝，而镶嵌材料为纯镍或纯铜。然而在铝基材镶镍带材的制备和铝基材镶铜带材的应用过程中发现这两种材料仍存在一些缺陷。 铝基材镶嵌镍材无论是轧制复合过程还是复合后的轧制后加工过程，存在较大的技术难度，最主要的原因就在于铝和镍存在明显的物理性能及力学性能差异:例如铝熔点660°C，软态铝的屈服强度为20MPa (HV硬度12?17)，经过60%?80%的轧制变形其强度达到150?180MPa(HV硬度40?50);镍熔点1453°C，软态镍的屈服强度为110MPa(HV硬度70?80)，而镍经过20?30%的轧制变形其强度就可达到45(T630MPa(HV硬度160?180)。上述各性能巨大的差异使得铝和镍在制备成镶嵌复合金属带材的轧制过程中协同变形非常困难，即铝和镍两者之间非常容易在变形过程中形成应力集中从而容易破坏复合金属带材的整体成型，例如板形起浪、复合界面撕裂现象频繁出现，合格成材率较低。 而铝基材镶嵌铜带材则较铝基材镶嵌镍带材制备技术难度小很多，这是因为铝与铜的性能差异明显较铝与镍之间的性能差异小:铜的熔点为1083°C，软态铜的屈服强度为50?70MPa(HV硬度50?55)，经过60%?80%的轧制变形其强度达到295?380MPa(HV硬度9(Γ110)。即铝与铜之间的协同变形一致性好，使得铝基材镶嵌铜的带材成材率较高，但在该带材制成正极耳应用于电芯时，铜存在耐蚀性、抗氧化变色性较纯镍差的缺陷以及用户使用的习惯(铝转镍居多)，影响了该结构极耳的推广。
技术实现思路
鉴于现有锂离子电芯正极耳制备材料所存在的问题，本专利技术提供一种制备锂电池电芯正极耳的铝基镶嵌复合金属带材及其制造方法，该复合金属带材具有材料成型难度降低、成材率显著提高的特点，能够满足正极耳焊接等要求；为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。 一种铝基镶嵌复合金属带材，包括带状铝基材，所述铝基材表面设置有凹部，所述凹部内顺次叠置与所述铝基材轧制结合为一体的焊接层和过渡层；所述焊接层为镍层，所述过渡层为铜层或者铜-镍复合金属层。 进一步地，所述铝基材两表面对称设置有凹部，两所述凹部内顺次叠置与所述铝基材轧制结合为一体的焊接层和过渡层。 进一步地，所述焊接层的厚度为所述过渡层中铜层厚度的2-70%，优选为5-50%。 进一步地，所述焊接层的表面与所述铝基材的表面相平。 进一步地，所述焊接层和过渡层的厚度之和为所述铝基材厚度的广95%。 进一步地，所述焊接层的原材料为纯度不小于99.80%的镍。 进一步地，所述铜层原材料为纯度不小于99.90%的铜；进一步地，所述铜-镍复合金属层中，铜层的原材料为纯度不小于99.90%的铜，镍层的原材料为纯度不小于99.80%的镍。 一种铝基镶嵌复合金属带材的制造方法，包括以下步骤:S1、在铝基材表面的凹槽内，先后压入铜带与镍带，或先后压入铜-镍复合金属带与镍带，或压入镍-铜复合金属带，或压入镍-铜-镍复合金属带，然后轧制复合成铝基镶嵌复合金属带材；S2、对所述复合金属带材进行光亮退火、轧制及剪切工序，得到复合金属带材。 所述步骤S2中，包括两次光亮退火和退火后的轧制，所述光亮退火在还原气氛或惰性气氛下进行，退火温度为280?630°C ;所述铝基镶嵌复合金属带材在两次退火间进行的轧制中的变形率在50°/Γ90%之间。 所述步骤SI中，所述轧制复合在室温至500°C下进行，轧制变形率为30%?65%。 本专利技术在物理性能及力学性能明显差异的铝基材与镍材之间，增加了与铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基镶嵌复合金属带材，包括带状铝基材，其特征在于，所述铝基材表面设置有凹部，所述凹部内顺次叠置与所述铝基材轧制结合为一体的焊接层和过渡层；所述焊接层为镍层，所述过渡层为铜层或者铜‑镍复合金属层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐卓辉，沈翠珊，
申请(专利权)人：徐卓辉，沈翠珊，
类型：发明
国别省市：广东;44