用于制造锂离子蓄电池的高强度电池用电极箔制造技术

本发明专利技术涉及一种包含铝合金的电池用电极箔，其中所述铝合金具有以下组成(以重量百分比计)：Si：0.07‑0.12重量％、Fe：0.18‑0.24重量％、Cu：0.03‑0.08重量％、Mn：0.015‑0.025重量％、Zn：≤0.01重量％、Ti：0.015‑0.025重量％，其中所述铝合金可包含每种最多为0.01重量％的杂质，总计最多为0.03重量％，但铝的比例须至少为99.5重量％；其中所述电池用电极箔具有密度≤9500颗粒/mm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造锂离子蓄电池的高强度电池用电极箔
本专利技术涉及一种包含铝合金的电池用电极箔，其中所述铝合金具有以下组成(以重量％计)：Si：0.07-0.12重量％、Fe：0.18-0.24重量％、Cu：0.03-0.08重量％、Mn：0.015-0.025重量％、Zn：≤0.01重量％、Ti：0.015-0.025重量％，其中所述铝合金可包含每种最多为0.01重量％的杂质，总计最多为0.03重量％，但铝的比例须至少为99.5重量％；其中所述电池用电极箔具有密度≤9500颗粒/mm2的直径为0.1-1.0μm的金属间相。本专利技术还涉及一种电池用电极箔的制造方法、其用于制造蓄电池的用途以及包含所述电池用电极箔的蓄电池。
技术介绍
锂离子蓄电池的核心包括交替排列的阳极层和阴极层，所述阳极层和阴极层彼此叠置并由隔离层隔开。对于阴极层，通常使用涂布有含锂电极浆料的铝箔。阳极层例如可以是涂布有石墨的铜箔，隔离层可以是可渗透Li离子的聚合物层。在阴极层中，铝箔一方面作为电极浆料的载体或基材，另一方面用于耗散电流，即作为所谓的集流体。在现有技术中，一般将纯铝材料如ENAW1085制成的铝箔用作锂离子蓄电池的集流体，因为与高合金化材料相比纯铝材料具有更好的导电性。然而，纯铝材料本身具有不利的机械性能，这会对锂离子蓄电池的可加工性和/或使用寿命产生负面影响。在制造阴极层时，将电极浆料施用于铝箔，然后在压延工艺中经由辊系统进行压制。此外，在制造卷绕式蓄电池时，将铝箔与蓄电池的其它各层以较小的弯曲半径紧密卷绕在一起。在这些制造过程的步骤中，铝箔经受高的机械应力，对于目前所用的高纯铝合金制造的箔，常常造成箔皱折或撕裂。机械应力还会造成锂离子蓄电池的过早失效。另外，与材料相关的不利因素限制了箔进一步减薄至提高蓄电池能量密度所需的更小厚度。EP2857535披露了具有较高强度的铝材用于集流体箔，但所述铝材为铝含量低于99.0％的高合金化铝合金。一方面，这将导致导电性较差，另一方面，由于合金化副产物含量较高将导致成本较高。合金化副产物是所述铝合金中所含的除铝以外的元素，例如Si、Cu、Fe、Ti等。EP2738849和EP2738850披露了用于电极集流体的铝合金箔及其制造方法。其中所述铝箔通过连续铸造法制得并具有高密度的直径为0.1-1.0μm的金属间相。鉴于此背景，本专利技术基于以下目的：提供一种电池用电极箔以及电池用电极箔的制造方法，其结合了目前所用低合金箔的成本和导电率优势与高合金箔更好的机械性能。
技术实现思路
为解决所述问题，提供了一种包含铝合金的电池用电极箔，其中所述铝合金具有以下组成(以重量百分比计)：Si：0.07-0.12重量％，Fe：0.18-0.24重量％，Cu：0.03-0.08重量％，Mn：0.015-0.025重量％，Zn：≤0.01重量％，Ti：0.015-0.025重量％，其中所述铝合金可包含每种最多为0.01重量％的杂质，且总计最多为0.03重量％；其中剩余重量％为铝，但铝含量须至少为99.5重量％；其中所述电池用电极箔具有密度≤9500颗粒/mm2的直径为0.1-1.0μm的金属间相。本专利技术人认识到，通过加工符合所述特定合金组成的上述铝合金，可提供具有以下特征的铝箔：直径为0.1-1.0μm的低密度相并同时具有高强度和良好的导电性。优选实施方式涉及密度≤7000颗粒/mm2的直径为0.1-1.0μm的金属间相的电池用电极箔。因而，具体而言，根据本专利技术的电池用电极箔的特征在于具有良好的导电性并同时具有高的机械强度。所述电池用电极箔可具有>56％IACS的最小导电率，具体而言约56％IACS的最小导电率。此外，所述电池用电极箔可具有Rm>250MPa的抗拉强度(沿轧制方向及垂直于轧制方向)。一般地，所述电池用电极箔两面的表面粗糙度Ra为0.07-0.22μm。优选地，所述电池用电极箔两面的表面粗糙度Ra差最大为0.03μm。具体而言，所述电池用电极箔具有<5mg/m2的碳涂层。在一些实施方式中，所述电池用电极箔的表面张力>30dyn/cm，例如>32dyn/cm。通常，所述电池用电极箔的厚度为8-20μm，优选为12μm。具有12μm特定厚度的电池用电极箔可表现出以下机械性能：Rm(沿轧制方向)：≥250MPa，Rm(垂直于轧制方向)：≥250MPa，Rp0.2(沿轧制方向)：≥200MPa，Rp0.2(垂直于轧制方向)：≥200MPa，A100(沿轧制方向)：≥2.0％，A100(垂直于轧制方向)：≥2.0％。为达到其性能，所述电池用电极箔的特征在于Fe/Si比率为1.5-3.5以及Cu/Ti比率为2-5。本专利技术的另一方面涉及一种电池用电极箔(12,22)的制造方法，-在该方法中，热轧带厚度为至少2.5mm的铝热轧带(8)由如权利要求1、10和11所述的铝合金提供，并且-在该方法中，通过多道冷轧(K1、Kx、Kx+1、Ky、Ky+1、Kn)将所述铝热轧带(8)冷轧至最终厚度为8-20μm，其中冷轧自至少1mm的初始厚度开始不经中间退火。一般地，从热轧带厚度冷轧至最终厚度不经中间退火。本专利技术人认识到，通过非连续铸造方法，特别是通过上述方法加工上述铝合金，可制造具有高机械强度和良好导电性的铝箔，特别是电池用电极箔。具体而言，所述方法包括冷轧至8-20μm，优选12μm的最终厚度。在一些实施方式中，从至少0.55mm，优选至少1.5mm的初始厚度的每道冷轧的轧度最大为60％。在所述方法的具体实施方式中，在两道冷轧之间对厚度为至少0.1mm，优选至少0.2mm的铝带进行冷却，具体而言冷却至不超过50℃的温度。所述铝带可通过一层冷轧至其最终厚度。因而，本专利技术的又一方面涉及根据本文所述方法制造的电池用电极箔。本专利技术的再一方面涉及一种电池用电极箔作为集流体箔，具体用于制造蓄电池特别是锂离子蓄电池的用途。本专利技术的另一方面涉及一种蓄电池，特别是锂离子蓄电池，其集流体包括本专利技术的电池用电极箔。附图说明图1根据本专利技术的方法的第一实施方式，图2根据本专利技术的方法的第二实施方式，图3锂离子蓄电池制造方法的一部分，图4a-b平板式锂离子蓄电池层结构的示意图，图5a-b圆柱式锂离子蓄电池层结构的示意图。具体实施方式应当注意的是，“包括”不排除其它要素或步骤，“一”或“一个”不排除多个。还应当注意的是，参照一个实施方式所描述的特征或步骤也可与其它描述实施方式的其它特征或步骤结合使用。已发现，尽管合金化副产物含量低，这种铝合金可实现比先前使用的1050或1085型合金更高的强度。特别是已发现，由所述铝合金制成的铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含铝合金的电池用电极箔，其中所述铝合金以重量百分比计具有以下组成：/nSi：0.07-0.12重量％，/nFe：0.18-0.24重量％，/nCu：0.03-0.08重量％，/nMn：0.015-0.025重量％，/nZn：≤0.01重量％，/nTi：0.015-0.025重量％，/n其中所述铝合金可包含每种最多为0.01重量％的杂质，总计最多为0.03重量％；/n其中剩余重量百分比为铝，但铝含量须至少为99.5重量％；/n其中所述电池用电极箔具有密度≤9500颗粒/mm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171121 DE 102017127441.31.一种包含铝合金的电池用电极箔，其中所述铝合金以重量百分比计具有以下组成：
Si：0.07-0.12重量％，
Fe：0.18-0.24重量％，
Cu：0.03-0.08重量％，
Mn：0.015-0.025重量％，
Zn：≤0.01重量％，
Ti：0.015-0.025重量％，
其中所述铝合金可包含每种最多为0.01重量％的杂质，总计最多为0.03重量％；
其中剩余重量百分比为铝，但铝含量须至少为99.5重量％；
其中所述电池用电极箔具有密度≤9500颗粒/mm2的直径为0.1-1.0μm的金属间相。


2.根据权利要求1所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔具有密度≤7000颗粒/mm2的直径为0.1-1.0μm的金属间相。


3.根据权利要求1和2中任一项所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔具有56％1ACS的最小导电率。


4.根据前述任一项权利要求所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔具有＞250MPa的抗拉强度Rm(沿轧制方向和垂直于轧制方向)。


5.根据前述任一项权利要求所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔两面均具有0.07-0.22μm的表面粗糙度Ra。


6.根据权利要求5所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔两面的表面粗糙度Ra之差最大为0.03μm。


7.根据前述任一项权利要求所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔具有<5mg/m2的覆碳率。


8.根据前述任一项权利要求所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔的表面张力＞30dyn/cm。


9.根据权利要求8所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔的表面张力＞32dyn/cm。


10.根据前述任一项权利要求所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔的厚度为8-20μm，优选为12μm。


11.根据前述任一项权利要求所述的电池用电极箔，其中所述电池用电极箔，具体地厚度为12μm，具有以下机械性...

【专利技术属性】
技术研发人员：G拉普蒂耶娃，U汉佩尔，V登克曼，
申请(专利权)人：海德鲁铝业钢材有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE