一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔及其制备方法
本发明属于铜箔制备，具体涉及一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔及其制备方法。
背景技术：
1、锂离子电池广泛的应用在电动汽车领域中，是电动汽车最主要的元件之一。而铜箔作为锂离子电池中最常用的集流体材料，承担着收集和运输电流的作用，是锂离子电池的重要组成部分。
2、现有铜箔根据制备工艺的不同可分为两类：电解铜箔和压延铜箔。电解铜箔因其生产工艺简单、成本低，而被广泛应用，但是因为电解铜箔厚度越薄，制备难度越高，缺陷越严重，其中针孔等缺陷直接影响铜箔的力学性能，所以生产出超薄规格、高性能的电解铜箔产品很难实现。压延铜箔虽然可以轧至很薄的厚度，并且经过加工硬化后，其强度、韧性和致密度比电解铜箔更好，但是当压延铜箔厚度小于10μm时，其缺点随之体现，制备工艺复杂、道次多、成本高。目前两种现有的铜箔制备工艺均难以满足高能量密度锂离子电池用铜箔的发展需求。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔，包括所述铜箔厚度为1～12μm，表面粗糙度为0.5～5.0μm，抗拉强度为250～550mpa，re铜箔在电解液中的腐蚀电流密度低于5.0×10–3ma/cm2，电荷转移电阻低于50ω。
2、一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔的制备方法，包括以下步骤：
3、s1:将电解铜箔原料置于乙醇溶液中超声清洗；
4、s2:将清洗完成的铜箔原料利用重卷机放入轧机的一端的收卷轴套上；
5、s3:将收卷完成的铜箔拉出并穿入辊缝中，并将铜箔固定在轧机另一端的收卷轴套上；
6、s4:对轧机进行轧制前调整，同步启动上工作辊、下工作辊传动电机，此时上工作辊、下工作辊的速度相同，实现同步轧制，进行初步轧制；
7、s5:轧制速度稳定后，将前张力、后张力在线增大至设定张力值；
8、s6:依次进行第1、2…n-1道次轧制，当进行第a道次轧制时的过程如下，其中a＝1…n-1；
9、当a为奇数时，在线增大上工作辊的速度，以改变上工作辊速度使异速比达到设定范围，此时上工作辊的速度大于下工作辊的速度，并实现在设定异速比范围条件下进行稳定的异步轧制；
10、当a为偶数时，在线增大下工作辊的速度，以改变下工作辊速度使异速比达到设定范围，此时下工作辊的速度大于上工作辊的速度，并实现在设定异速比范围条件下进行稳定的异步轧制；
11、s7:进行第n道次轧制，轧件减薄至目标厚度；所述n次轧制过程如下：
12、当n为奇数时，在线减小上工作辊的速度，直到上工作辊的速度与下工作辊的速度相等，此时异速比等于1，实现同步轧制；当n为偶数时，在线减小下工作辊的速度，直到上工作辊的速度与下工作辊的速度相等，此时异速比等于1，实现同步轧制；
13、s8:同步停止上工作辊、下工作辊，实现轧件厚区同步停机，将轧辊抬起，并更换粗糙辊面轧辊；
14、s9:对轧机进行轧制前再次调整，重新设置张力，轧制力进行同步轧制，轧制结束前在线减小前后张力，使得轧件前后张应力减小至其屈服强度的0.1倍以下，按照s6—s7的轧制过程进行轧制，直至轧件得到所需粗糙度满足要求。
15、进一步地，所述乙醇溶液中超声清洗时间约为10min，干燥温度为30～60℃，干燥时间20～30min。
16、进一步地，所述电解铜箔原料的厚度为4.5～100μm。
17、进一步地，所述轧机采用极薄带轧机，所述极薄带轧机为四辊异步轧机，其参数为：支承辊直径为100～400mm，工作辊直径为20～100mm，工作辊粗糙度为0.02～5μm，轧辊的辊速为0.3～45m/min，快速辊与慢速辊速度比为1.02～1.50。
18、进一步地，所述异步轧制的前张应力为3～100mpa，后张应力为3～100mpa，轧制力为5～20kn，异速比为1.0～1.5，轧制速度为1～30m/min，异步轧制过程中无中间退火。
19、进一步地，所述粗糙辊面轧辊的粗糙度为约为0.02～5μm。
20、进一步地，所述对轧机进行轧制前再次调整，重新设置张力，其中前张应力为3～50mpa，后张应力为3～50mpa，轧制力为5～50kn，压下率小于10％。
21、进一步地，还包括每道次轧制结束前在线减小前后张力，使得轧件前后张应力减小至其屈服强度的0.1倍以下。
22、本发明提供的一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔及其制备方法，该方法包括以下步骤：以薄规格(4.5～100μm)的电解铜箔原料，首先进行超声清洗，然后将铜箔通过重卷机和轧机轧辊进行轧制前的准备工作。在轧制过程中，通过精确控制上、下工作辊的速度比值、张力和压下速度，实现异步轧制，以减小铜箔厚度，改善铜箔的显微组织和力学性能。异步轧制过程中，通过调整轧制力和张力，优化铜箔的轧制质量。在达到目标厚度后，更换粗糙辊面轧辊进行平整轧制，以获得所需的表面粗糙度的铜箔(简称re铜箔)。最终，通过上述工艺制备出厚度为1～12μm、表面粗糙度为0.5～5.0μm、抗拉强度为250～550mpa的高性能re铜箔，适用于动力电池集流体。re铜箔在电解液中的腐蚀电流密度为低于5.0×10–3ma/cm2，电荷转移电阻低于50ω，装入电池后电化学性能优于同规格电解铜箔和压延铜箔。本发明的铜箔及其制备方法通过以薄规格电解铜箔为原料进行异步轧制和粗糙辊面平整轧制的新工艺，获得超薄规格铜箔的同时，降低了生产成本，显著提升了铜箔的力学性能和表面粗糙度，满足了动力电池对高性能集流体的需求。
23、本方法可以兼顾电解铜箔和压延铜箔的优势，摒弃两者的不足。有效解决现如今制备工艺对于铜箔“超薄规格、低成本、高性能”特性不能兼顾的难题。
24、与现有的电解铜箔和压延铜箔相比，本发明的有益效果为：
25、1.本发明提供一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔及其制备方法，以薄规格的电解铜箔为原料进行轧制，结合电解铜箔(低成本)与压延铜箔(高性能)的优势，获得re铜箔最薄厚度为1μm。
26、2.本发明采用电解铜箔为原料进行异步轧制，工艺简单，道次少，成本低。异步轧制的强剪切变形有利于获得更薄的箔材，轧制过程的压力加工使得铜箔组织致密，力学性能提升，增加铜箔作为集流体在电池中长期充放电循环的结构稳定性。
27、3.本发明增加了一道次的粗糙辊面平整轧制可以有效改变铜箔表面粗糙度，减小铜箔与电极材料之间的接触电阻，增加铜箔比表面积，为电化学反应提供了更多的活性点位，增加电池的电化学性能，铜箔的耐腐蚀性能得到显著提升，有助于提高电池的使用寿命和安全性。
技术特征：
1.一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔，其特征在：包括所述铜箔厚度为1～12μm，表面粗糙度为0.5～5.0μm，抗拉强度为250～550mpa，re铜箔在电解液中的腐蚀电流密度低于5.0×10–3ma/cm2，电荷转移电阻低于50ω。
2.根据权利要求1所述一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔的制备方法，其特征在于，所述乙醇溶液中超声清洗时间约为10min，干燥温度为30～60℃，干燥时间20～30min。
4.如权利要求2所述的一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔的制备方法，其特征在于，所述电解铜箔原料的厚度为4.5～100μm。
5.如权利要求2所述的一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔的制备方法，其特征在于，所述轧机采用极薄带轧机，所述极薄带轧机为四辊异步轧机，其参数为：支承辊直径为100～400mm，工作辊直径为20～100mm，工作辊粗糙度为0.02～5μm，轧辊的辊速为0.3～45m/min，快速辊与慢速辊速度比为1.02～1.50。
6.如权利要求2所述的一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔的制备方法，其特征在于，所述异步轧制的前张应力为3～100mpa，后张应力为3～100mpa，轧制力为5～20kn，异速比为1.0～1.5，轧制速度为1～30m/min，异步轧制过程中无中间退火。
7.如权利要求2所述的一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔的制备方法，其特征在于，所述粗糙辊面轧辊的粗糙度为约为0.02～5μm。
8.如权利要求2所述的一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔的制备方法，其特征在于，所述对轧机进行轧制前再次调整，重新设置张力，其中前张应力为3～50mpa，后张应力为3～50mpa，轧制力为5～50kn，压下率小于10％。
技术总结
本发明一种超薄规格、低成本、高性能动力电池集流体铜箔及其制备方法，该方法包括以下步骤：将清洗完成的铜箔原料利用重卷机放入轧机的一端的收卷轴套上；将收卷完成的铜箔拉出并穿入辊缝中，并将铜箔固定在轧机另一端的收卷轴套上；对轧机进行轧制前调整，同步启动上工作辊、下工作辊传动电机，此时上工作辊、下工作辊的速度相同，实现同步轧制，进行初步轧制；轧制速度稳定后，将前张力、后张力在线增大至设定张力值；依次进行第1、2…N‑1道次轧制，当进行第A道次轧制时的过程如下，其中A＝1…N‑1；进行第N道次轧制，轧件减薄至目标厚度；所述N次轧制过程如下：将轧辊抬起，并更换粗糙辊面轧辊；直至轧件得到所需粗糙度满足要求。
技术研发人员：陈敬琪,郑淋匀,赵威,宋孟,陈旭阳
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23