[發明專利]改善電池安全性能的鋁箔及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710909591.8
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107785532B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 梅丹妮
• 申請（專利權）人: 梅丹妮
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 北京格旭知識產權代理事務所(普通合伙) 11443
• 代理人: 雒純丹;陳麗霞

本發明涉及一種改善鋰離子電池安全性能的鋁箔及其制備方法和應用。該鋁箔含有Si 0.09?0.40wt％，Fe 0.39?1.1wt％，Ti 0.0049?0.025wt％，V0.008?0.014wt％，Cu 0?0.004wt％，Mn 0?0.005wt％，Mg 0?0.003wt％和Zn0?0.01wt％。該鋁箔通過在工業級10XX，11XX及80XX鋁錠基材的基礎上再添加上述少量合金元素制得，厚度較薄，強度提高。利用該鋁箔制備的鋰離子電池安全性能尤其是穿釘性能大幅度提升，自放電行為減輕，能量密度有較大的提高。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池用鋁箔，更具體地涉及一種改善鋰離子電池安全性能的鋁箔及其在制備鋰離子電池上的應用。

背景技術

鋰離子電池由于具有能量密度高、工作電壓高、應用溫度范圍寬、循環壽命長等優點，而被廣泛用作各種移動設備的電源，甚至在航空、航天、航海、汽車、醫療設備等領域中逐步取代其他的傳統電池，尤其是其高能量密度特點更是為移動設備的小型化做出了重要貢獻。

雖然鋰離子電池比金屬鋰離子電池在安全性方面有了很大的提高，但仍存在著安全隱患，尤其是在濫用的情況下。這也是許多生產廠商及用戶都十分關注的問題。鋰離子電池在濫用的情況下其溫度會急劇升高，甚至會導致出現冒煙、著火、爆炸等情況。以早期的鈷酸鋰/石墨體系為例，在充電時，石墨中的鋰不是離子態，而且碳對其引力也不是很強，因此仍具有一定活性，可以與空氣中水分發生放熱反應，反應放出熱量進一步激活鋰亞原子，使其具有更高活性，導致反應進一步加劇，電池的溫度會上升。導致電解液分解產生大量氣體，內壓急劇上升造成電池爆炸。此外，鋰離子電池過熱(150℃以上)同樣會發生爆炸。

國際電工委員會標準IEC 60086-4:2000《原電池第4部分:鋰電池安全要求》第2版中對鋰電池的安全問題作了詳細的定義，此外保險商實驗室公司(UL)也制訂了(UL-1642)安全標準作為鋰電池生產商及用戶的評估標準。

其中UL1642的穿釘測試標準是用直徑為2.5mm的鋼針沿鋰離子電池正面以一定速度刺穿滿充電狀態的單體鋰離子電池(如圖1所示)，電池內部將發生局部短路，電池電壓會迅速/逐步下降到零，電池內部因短路放電發熱溫度逐漸升高，當溫度超過120℃后，鋰電池中的電解液及隔離膜會受到破壞，這樣會進一步加劇溫度的上升，最終的結果是鋰離子電池起火燃燒。

用于鋰離子電池的鋁箔用帶坯料的生產一般采用兩種方式生產：熱軋法和鑄軋法。

熱軋法是將鋁液精煉、凈化處理后鑄成大扁錠，經過銑床銑面，去除扁錠表面的氧化物和缺陷，然后加熱，再在高于再結晶溫度氫氣保護氣條件下軋制至幾毫米厚鋁坯備用。

鑄軋法是讓鋁液通過一套裝置引導到兩個軋輥之間形成的“輥縫”中，通過兩個軋輥的強行冷卻、結晶和變形后，得到厚度為6mm-8mm的鑄軋卷坯。

有文獻表明，鋁箔的加工工藝及鋁箔的合金成分對鋁箔用帶坯料的結構及強度有較大的影響，只有好的帶坯料才有可能進一步軋成10μm左右的鋰離子電池用鋁箔集流體。

代祖讓等(開發鋁熱軋大扁錠、熱軋坯料加工技術的分析，云南冶金，2004，Vol 6，p21-24)的研究表明熱軋法所用鋁錠的體積較大，在大塑性變形過程中，內部組織經歷了多次回復、再結晶，使坯料在內部組織的均勻化、晶粒的尺寸與形狀、點缺陷與線缺陷濃度變化等方面，均獲得顯著的改善。而鑄軋法的鋁液在兩個軋輥之間的較窄輥縫中受到兩軋輥的急劇冷卻而結晶，凝固后的坯料同時受到兩軋輥一定程度的軋制變形，所得到的鑄軋板的內部組織屬于半鑄態結構，晶體的方向性較強。

楊鋼等(軋制0.005mm鋁箔用鑄軋坯料的工藝研究，輕合金加工技術，2007.Vol.35.p16-19)選用1235型鑄軋鋁材制備0.005mm鋁箔，他們認為鑄軋材料的成分控制很重要。并且在鑄軋時控制氫氣含量，并提出鋁材中第二晶相晶粒組織小于0.03mm時將導致材料加工硬化率提高，變形抗力增大，塑性降低。