CN108405716A - 一种集流体铝箔的表面织构轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集流体铝箔的织构轧制方法，包括如下步骤：步骤100、利用脉冲激光对轧辊表面进行粗化处理，在轧辊表面形成由独立的圆形单元分布排列构成的织构形貌；步骤200、准备待轧制的铝箔，通过轧制工艺，将轧辊表面的织构形貌复制到铝箔表面。本发明利用圆形单元具有中心对称的特点，通过控制圆形单元的分布，能够获得更好的表面粗糙度各向同性。铝箔表面的挤出物集中形成凸起，具有更强的“卯榫”连接效果，涂层粘附性能更强。铝箔通过轧制生产方法，铝箔表面凹坑的挤出物完全转换成凸起，没有材料损失，比蚀刻铝箔具有更好的力学性能。铝箔表面的凹坑深度一致性好，能够避免对铝箔的局部减薄，比现有的粗化轧制铝箔具有更好的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于电池领域，特别是涉及一种用于锂离子电池、双层电容器上使用的集流体铝箔的表面织构轧制方法。
背景技术
铝箔作为锂离子电池和双电层电容器的集流体来使用。在锂离子电池中，铝箔表面涂布含有正极活性物质的涂层构成正极，该涂层与集流体之间的粘接性能影响了电池的内阻、高倍率放电性能和循环寿命。为了改善集流体和涂层之间的粘附性能，通常对铝箔表面进行粗化处理，增大二者间的接触面积。在双电层电容器中，集流体铝箔的表面也需要涂布含有多孔碳等材料的涂层制成电极，铝箔的表面粗化也有利于提高双电层电容器的性能。
在现有技术中，多用蚀刻的方法对铝箔表面进行粗化，蚀刻等表面粗化的方法对铝箔的晶面结构有一定要求，会增加铝箔成本，同时，蚀刻后铝箔厚度的均匀性变差，力学性能降低，增加了电极制备的难度。
将铝箔表面粗化与轧制工序结合在一起，在铝箔生产阶段对铝箔进行表面粗化是理想的方案，现有技术中有提出对轧辊表面喷丸后镀铬，再通过轧制粗化铝箔表面的方案，但是，由于喷丸及其它类似粗化方法形成的辊面形貌是随机的，粗糙度均匀性差，辊面的异常高的尖峰容易造成铝箔局部减薄，影响铝箔强度。而表面粗糙度的各向差异，也会使涂层与铝箔的粘附性能具有方向性。显然，现有的铝箔表面粗化方法不能满足铝箔作为集流体的使用要求，必须进行优化。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于锂离子电池、双层电容器上使用的集流体铝箔的表面织构轧制方法。
特别地，本发明提供一种集流体铝箔的织构轧制方法，包括如下步骤：
步骤100、利用脉冲激光对轧辊表面进行粗化处理，在轧辊表面形成由独立的圆形单元分布排列构成的织构形貌；
步骤200、准备待轧制的铝箔，通过轧制工艺，将轧辊表面的织构形貌复制到铝箔表面。
在本发明的一个实施方式中，所述圆形单元包括环形的凸圈，和由凸圈围成的凹坑。
在本发明的一个实施方式中，所述圆形单元的直径为50～100μm。
在本发明的一个实施方式中，所述圆形单元的中心距为50～200μm。
在本发明的一个实施方式中，轧辊表面的所述圆形单元复制到铝箔表面后形成一个由环形凹槽环绕中部凸起的形状，该凸起由所述圆形单元的凸圈将铝箔表面挤压后形成。
在本发明的一个实施方式中，铝箔表面的所述环状凹槽的深度为2.5～5μm。
在本发明的一个实施方式中，铝箔表面的所述环状凹槽的宽度为10～20μm。
在本发明的一个实施方式中，铝箔表面的所述凸起的高度为1.5～4μm。
在本发明的一个实施方式中，铝箔表面的所述环状凹槽的深度和表面粗糙度Ra的离散系数均小于0.1。
在本发明的一个实施方式中，通过在所述步骤100中调整轧辊表面的织构参数，和在所述步骤200中调整轧制参数，实现调控影响铝箔表面与涂层间的粘附性能和铝箔力学性能的表面粗糙度。
与现有铝箔轧制表面粗化方法相比，本发明的方法能够制备具有表面特定织构形貌的铝箔，该铝箔具有以下优点：
1.由于圆形单元具有中心对称的特点，通过控制圆形单元的分布，能够获得更好的表面粗糙度各向同性，即涂层与铝箔的粘附性能的各向同性。
2.铝箔表面的挤出物集中形成凸起，具有更强的“卯榫”连接效果，粘附性能更强。
3.铝箔通过轧制生产方法，铝箔表面凹槽的挤出物完全转换成凸起，没有材料损失，比蚀刻铝箔具有更好的力学性能。
4.铝箔表面的凹槽深度一致性好，能够避免对铝箔的局部减薄，比现有的粗化轧制铝箔具有更好的力学性能。
5.通过调整铝箔表面的织构参数，结合轧制工艺，能够调控铝箔表面与涂层间的粘附性能和铝箔的力学性能，使集流体铝箔的综合性能达到最佳。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的织构轧制方法流程示意图；
图2是本发明一个实施方式中轧辊表面圆形单元与铝箔表面轧制出的环形单元的结构示意图；
图3是本发明一个实施方式中铝箔原料的表面照片；
图4是图2所示铝箔一个实施方式中铝箔织构轧制后的表面照片；
图5是图2所示铝箔另一个实施方式中铝箔织构轧制后的表面照片；
图6是图2所示铝箔的实施方式中织构轧制前后铝箔制成的正极极片的典型剥离强度；
图7是图2所示铝箔的实施方式中织构轧制前后铝箔的典型拉伸曲线。
具体实施方式
如图1所示，本发明一个实施方式的一种集流体铝箔的织构轧制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、利用脉冲激光对轧辊表面进行粗化处理，在轧辊表面形成由独立的圆形单元分布排列构成的织构形貌；
该步骤首先使用外圆磨床对轧辊进行表面磨削，然后将轧辊架在车床或类似回转机构上，通过控制轧辊转速、丝杠螺距和脉冲激光的频率在辊面实现由独立圆形单元的分布排列形成的织构。其中的圆形单元可以是具备独立形状的任意结构，以在轧辊表面形成阵列式排布结构，进而使轧制的铝箔表面出现规律的表面形状。
步骤200、准备待轧制的铝箔，通过轧制工艺，将轧辊表面的织构形貌复制到铝箔表面。
将轧辊组装到轧机上，对集流体铝箔进行表面织构轧制，将轧辊表面的织构形貌挤压复制到铝箔表面。
本实施方式利用圆形单元具备中心对称的特点，通过控制圆形单元的分布，能够获得更好的表面粗糙度各向同性，即涂层与铝箔的粘附性能的各向同性。而且采用形状一致的圆形单元进行轧制，可使铝箔表面的凹槽深度保持一致性，能够避免对铝箔的局部减薄，比现有的粗化轧制铝箔具有更好的力学性能。
在本实施方式中，可以通过调整轧辊表面的织构参数和轧制参数，来调控影响铝箔表面与涂层间的粘附性能和铝箔力学性能的表面粗糙度，使集流体铝箔的综合性能达到最佳。
如图2所示，在本发明的一个实施方式中，具体的圆形单元可以包括环形的凸圈，和在凸圈内部由凸圈围成的凹坑；圆形单元的直径可以为50～100μm；相邻圆形单元的中心距可以为50～200μm。
在上述结构下，轧辊表面的圆形单元复制到铝箔表面后形成一个周围由环形凹槽环绕且中部凸起的形状，该凸起由圆形单元的凸圈将铝箔表面挤压后形成；其中，铝箔表面的环状凹槽的深度可以为2.5～5μm，环状凹槽的宽度可以为10～20μm，而凸起的高度可以为1.5～4μm。在该结构下，铝箔表面的环状凹槽的深度和表面粗糙度Ra的离散系数(即标准差与平均数的比值)均小于0.1。
在轧制过程中，轧辊1表面的各独立圆形单元3将复制到铝箔2表面形成相应的独立环形单元4，其中，轧辊1表面的环形凸圈31复制到铝箔2表面形成环形凹槽41，轧辊1表面的凹坑32容纳铝箔2表面环状凹槽41的挤出物，形成铝箔2表面的凸起42。织构轧制后，铝箔2表面的独立环形单元4的直径43与轧辊1表面的独立圆形单元3的直径33相同，铝箔2表面的独立环形单元4的间距6与轧辊1表面的独立圆形单元3的间距5相同。当在铝箔精轧工序后增加表面织构轧制工序时，铝箔2的平均厚度不变，铝箔2表面环形凹槽41的宽度44只与轧制力相关。当织构轧制工序与铝箔的精轧工序结合时候，轧辊和铝箔间存在相对滑动，铝箔2表面环形凹槽41的宽度44与辊箔间的滑动量相关。
本实施方式中铝箔表面的挤出物集中形成凸起，具有更强的“卯榫”连接效果，粘附性能更强。铝箔通过轧制生产方法，铝箔表面环形凹槽的挤出物完全转换成中间的凸起，没有材料损失，比蚀刻铝箔具有更好的力学性能。
实施例1
选择厚度16μm的1235铝箔进行双面织构轧制，轧制工序只复制轧辊1的表面织构，不改变铝箔2的平均厚度。轧辊1表面的独立圆形单元3的环形凸圈31的高度在6～7μm之间，轧辊1表面的独立圆形单元3的中央凹坑32的深度在6～7μm之间，轧辊1表面的独立圆形单元3的直径33为70μm，轧辊1表面的独立圆形单元3的中心距5为70μm，轧辊1表面的独立圆形单元3的边缘相切，轧辊1的表面粗糙度Ra在2.6～2.7μm之间，轧辊1表面的环形凸圈31高度和粗糙度Ra的离散系数均小于0.1。
铝箔原料的表面形状如图3所示，织构轧制后铝箔2的表面形状如图4所示，根据轧制力的不同，轧辊1表面的环形凸圈31的高度向铝箔2表面的环形凹槽41的深度的复制率在30％到70％之间，轧辊1表面的凹坑32的深度向铝箔2表面的凸起42的高度的复制率在30％到50％之间，轧辊1的表面粗糙度Ra向铝箔2的表面粗糙度Ra的复制率在30％-60％，铝箔2表面的环形凹槽和粗糙度Ra的离散系数均小于0.1。
实施例2
选择厚度16μm的1235铝箔进行双面织构轧制，轧制工序只复制轧辊1的表面织构，不改变铝箔2的平均厚度。轧辊1表面的独立圆形单元3的边缘环形凸圈31的高度在4～5μm之间，轧辊1表面的独立圆形单元3的中央凹坑32的深度在5～6μm之间，轧辊1表面的独立圆形单元3的直径为70μm，轧辊1表面的独立圆形单元3的中心距5为90μm，轧辊1表面的圆形单元3的边缘分开，轧辊1的表面粗糙度Ra在1.5～1.6μm之间，轧辊1表面的环形凸圈高度和表面粗糙度Ra的离散系数小于0.1。
织构轧制后铝箔2的表面形状如图5所示，根据轧制力的不同，轧辊1的表面织构的各项粗糙度参数对铝箔2的对应参数的复制率在30％到70％之间。铝箔2表面的环形凹槽和粗糙度Ra的离散系数小于0.1。
在图6中，给出了织构轧制前后铝箔制成的正极极片的典型剥离强度。织构轧制后正极极片的剥离强度提高了60％以上，数据的分散性也明显下降，涂层与铝箔的粘附性能明显提高。在图7中，给出了织构轧制前后铝箔的典型拉伸曲线。织构轧制后铝箔的强度基本不变，延伸率略有降低，具有良好的力学性能，能够满足正极极片的加工要求。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (10)
1.一种集流体铝箔的织构轧制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、利用脉冲激光对轧辊表面进行粗化处理，在轧辊表面形成由独立的圆形单元分布排列构成的织构形貌；
步骤200、准备待轧制的铝箔，通过轧制工艺，将轧辊表面的织构形貌复制到铝箔表面。
2.根据权利要求1所述的织构轧制方法，其特征在于，
所述圆形单元包括环形的凸圈，和由凸圈围成的凹坑。
3.根据权利要求2所述的织构轧制方法，其特征在于，
所述圆形单元的直径为50～100μm。
4.根据权利要求3所述的织构轧制方法，其特征在于，
所述圆形单元的中心距为50～200μm。
5.根据权利要求3所述的织构轧制方法，其特征在于，
轧辊表面的所述圆形单元复制到铝箔表面后形成一个由环形凹槽环绕中部凸起的形状，该凸起由铝箔表面挤压后形成。
6.根据权利要求3所述的织构轧制方法，其特征在于，
铝箔表面的所述环状凹槽的深度为2.5～5μm。
7.根据权利要求3所述的织构轧制方法，其特征在于，
铝箔表面的所述环状凹槽的宽度为10～20μm。
8.根据权利要求3所述的织构轧制方法，其特征在于，
铝箔表面的所述凸起的高度为1.5～4μm。
9.根据权利要求3所述的织构轧制方法，其特征在于，
铝箔表面的所述环状凹槽的深度和表面粗糙度Ra的离散系数均小于0.1。
10.根据权利要求1所述的织构轧制方法，其特征在于，
通过在所述步骤100中调整轧辊表面的织构参数，和在所述步骤200中调整轧制参数，实现调控影响铝箔表面与涂层间的粘附性能和铝箔力学性能的表面粗糙度。
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