專利名稱：能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要用于聚合物鋰離子電池所用的軟包裝材料鋁塑復(fù)合膜的鋁箔，特別是能滿足冷沖成型軟包材料物理機械性能指標的鋁箔材料?？梢哉J為本發(fā)明還可以用于日常生活中藥品、食品的包裝、電氣和建筑等領(lǐng)域有著廣泛的用途的鋁箔。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中鋁塑復(fù)合膜必須是符合GB12255-90質(zhì)量標準，表面光潔、平整、無折皺，無劃傷，斷面整齊，卷曲緊密，駁口處有明顯的標記且駁口不能多于2個，駁口識標放在文字正面的左邊，鋁箔表面允許有對光用肉眼可見的針孔，但針孔不得密集，藥用鋁箔針孔直徑彡0. 3mm,并且不能超過5個/tfharmst. cn,有良好冷沖壓成型性的復(fù)合膜。在鋁箔用合金成分上，不再是“什么成分都可以”，“或純度越高越好”，而是要考慮鋁箔產(chǎn)品的綜合性能?，F(xiàn)有技術(shù)認為工業(yè)純鋁Al-Fe-Si合金的i^e/Si比一般控制在0. 25-3%,Fe/Si比大于 5%時，會導(dǎo)致加工硬化率提高。鈦Ti含量過高(>0.0幻易產(chǎn)生粗大化合物，時針孔率增加。近年隨著聚合物鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展，鋁塑復(fù)合膜包裝材料在鋰離子電池領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用，鋰離子電池已開始采用鋁塑膜包裝代替鋼殼。采用鋁塑軟包裝材料做外殼將是不同種類鋰離子電池今后發(fā)展的方向。聚合物鋰離子電池芯軟包裝材料是由鋁箔、多種塑料及多種粘接樹脂粘合劑所組成的復(fù)合軟包裝材料。它的設(shè)計、制造及其軟包裝應(yīng)用技術(shù)是聚合物鋰離子電池行業(yè)要解決的三大技術(shù)難題之一。聚合物鋰離子電池芯周邊有銅網(wǎng)和鋁網(wǎng)的毛刺，在抽真空收縮時，毛刺會猛刺內(nèi)膜，可能會刺穿內(nèi)膜直至鋁箔，那么電芯內(nèi)的氫氟酸將直通鋁箔造成點狀腐蝕，加速電化學(xué)腐蝕，改變電解液的組成，嚴重時將鋁箔腐蝕穿而漏液，同時也會造成短路，導(dǎo)致電池報廢。 為了使電芯表面平整光潔，方正，封邊平整，封口嚴密牢固，進一步減小電芯外部尺寸，利于機械化生產(chǎn)，提高勞動生產(chǎn)率和成品率，降低成本，通常要求軟包裝膜具備良好的冷沖壓成型的特性，但鋁塑復(fù)合中間的鋁箔在冷沖壓成型過程中容易產(chǎn)生復(fù)合膜產(chǎn)生針孔或裂紋， 層間分層，變形等問題。而成品鋰電池暴露在有一定濕度的大氣環(huán)境中，空氣中的水分對包裝材料有透過作用。普通鋁箔的水蒸汽透過率cm7(m2 · 24h · 0. IMpa)。由于鋰離子蓄電池對非水條件的要求十分苛刻，且水分會直接影響電池循環(huán)壽命，因此包裝材料各復(fù)合層的阻隔性能極為重要。而各層材料中起到阻隔作用的關(guān)鍵在于鋁箔。由于鋁箔厚度小到一定程度不可避免地要出現(xiàn)傳遞氧氣和水蒸氣的針孔。因此，鋁箔材料的合金體系和合金相、 鋁箔的性能、鋁箔的生產(chǎn)工藝、鋁箔的組織控制、鋁箔材料中的高、中、低溫相變、化學(xué)成分對鋁箔組織和性能都會影響到鋁箔包裝的成型質(zhì)量。由于用于聚合物鋰離子電池軟包裝材料的鋁塑復(fù)合鋁箔層，必須具有極高的阻隔性水蒸氣的透過量必須小于IX 10_4g/m2 -d. Iatm ；氧氣透過量必須< 0. lcm3/m2 -d. Iatm0 這個要求比普通鋁塑復(fù)合材料的阻隔性高10000倍左右。軟包裝材料的鋁箔厚度要大于 40 μ m的厚度才能避免水蒸氣的緩慢滲透。一般來說，40 μ m厚的鋁箔成型深度不超過4mm，
3成型后鋁箔的厚度不能小于30 μ m，所以普通復(fù)合材料很難達到要求。目前國際上軟質(zhì)鋁箔加工工藝和技術(shù)條件，認為^ym以上的軟質(zhì)鋁箔無針孔，對氧氣或其它流體可起到絕對的阻隔作用。但實驗證明鋁箔出現(xiàn)針孔的最小厚度是 0. 038mm,因此選用厚度大于30 μ m的軟質(zhì)鋁箔對提高阻隔性能沒有實際意義，且會增加質(zhì)量、厚度和成本。鋁箔表面允許的最高溫度是350°C，在更高的溫度下他的表面將變黑，失去絕熱性能。對于厚度小于0. 012mm的軟質(zhì)鋁，抗拉強度不到50Mpa，伸長率不到3%，破裂強度不足3N/cm2，且很容易拉斷。實驗證明，鋁箔的針孔超過直徑5 μ m、數(shù)量1000個/m2的臨界值，就會影響到鋁箔的防潮、保鮮、遮光和耐腐蝕性。在阻隔性上，難度最大的冷沖壓成型軟包裝材料的冷沖壓成型深度、鋁箔伸長率和冷沖壓前后鋁箔厚度變化之間的關(guān)系，對冷沖壓成型深度為3-12mm ；不允許分層、破裂、 針孔漏光；形狀保持性，變形度a < 50來說，有些指標要求只能定性描述，還沒有國際標準可循。鋁箔在尼龍PA或PET復(fù)合后，除少數(shù)國家外，國內(nèi)目前還沒有可以達到冷沖壓深度為3-12mm以上，不分層、不破裂的技術(shù)水平。在冷沖壓成型過程中常出現(xiàn)難以解決的冷沖壓脫層或破裂現(xiàn)象。目前鋁箔絕大部分是由99. 0% -99. 5%的工業(yè)純鋁加工制成的。目前鋁箔或鋁板材通常的化學(xué)成分含量主要有
化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，不大于)/% 現(xiàn)在鋁箔的包裝大都采用8011合金箔，厚度為0. 02mm，狀態(tài)為H18。8XXX系列鋁箔。常用系列的化學(xué)成分硅Si 0. 40，銅Cu :1. 2 2. 0，鎂Mg :2. 1 2. 9，鋅Si :5. 1 6. 1，錳Mn 0. 30?，F(xiàn)有技術(shù)中的8011合金鋁箔抗拉強度偏低，僅達到168NPmm2，延伸率僅達到> 4，杯突值2 3。按照鋁及鋁箔的新標準(GB/T 13198-2003)鋁箔8001系列的力學(xué)性能，0狀態(tài)的0. 14 0. 2mm厚度的鋁箔的抗拉強度RM/ (Nmm2) 60 115，伸長率A/% 不小于14。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種物理機械性能的優(yōu)良，阻隔性極高，并達到軟包材料沖深值和沖深直角要求，特別是能夠滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料的鋁箔材料。本發(fā)明的上述目的可以通過下述技術(shù)措施予以實現(xiàn)，一種能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料，至少含有鐵鋁Al、Fe、硅Si、銅Cu、錳Mn和/或鎂Mg，其中， i^e+Si 的含量之和為 0. 69% 2. (wt)、銅 Cu :0. 006 % 0. 03 % (wt)、錳 Mn 和 / 或鎂 Mg 0. 003% 0. 038t% (wt)、鋁Al為余量，其它添加合金微量元素含量合計不大0. 10% (wt)。在上述鋁箔的組合物中，如果與鈦Ti同時添加<硼0. 0005細化晶粒更佳。加入少量的銅Cu，銅Cu溶入α固溶體中，可以提高強度。加入少量的Mn或鎂Mg < 0.003%可以消除鐵Fe、硅Si的有害影響。銅Cu、Mn、Mg固溶于Al基體中將減少Fe、Si的析出量。小于Mn的含量可以提高鋁箔合金的強度和耐腐蝕性。Mg在Al中的溶解度很大，在共晶溫度450度左右時這Mg的溶解度高達15%左右。添加微量的鉻Cr可以提高鋁箔合金的耐腐蝕性。鉻Cr在鋁中的溶解度極小，能抑制晶核形成和晶粒脹大。些組分的組合以及各組分的上述百分比范圍，是通過大量試驗確定的，上述組合以及百分比范圍使本發(fā)明鋁箔組合物形成的具有上述物理機械性能的優(yōu)良平衡。本發(fā)明通過對8011合金中的化學(xué)成分相應(yīng)的調(diào)整，克服了現(xiàn)有技術(shù)所謂“鋁箔含鐵量超過0.9重量％時，鋁的柔軟性遭到損害，作為層合體其制袋性變差”的偏見。通過大量的實驗，本發(fā)明最終形成的鋁箔的物理特性及機械性能0狀態(tài)，抗拉強度大于80 98Mpa 以上，延伸率> 21%，杯突值彡6. 10以上，0.2%屈服強度455Mpa，彈性模E/Gpa :71。本發(fā)明采用合適的熱處理工藝和加工變形工藝，使鋁合金中的軋制硬化元素狗、 Si的成分析出。因為析出物地數(shù)量越多，析出越充分，F(xiàn)e、Si在鋁基體中的固溶度越低，并形成均勻分布，<5μ細小的質(zhì)點。利用本發(fā)明和其它復(fù)合材料，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)同步延伸、流動，并能滿足聚合物鋰離子電池所用鋁塑復(fù)合膜軟包裝材料沖深深度4mm 15mm或以上，滿足聚合物鋰離子電池所用鋁塑復(fù)合膜軟包裝材料外層PET和尼龍BOPA最內(nèi)層PP，CPP、PE的復(fù)合強度以達到?jīng)_深值和沖深直角的要求。該鋁箔用于聚合物鋰離子電池軟包裝材料的復(fù)合鋁箔層，具有極高的阻隔性 由于產(chǎn)生的針孔率極低，水蒸汽透過量和氧氣透過量幾乎為Og/m2 · d. Iatm經(jīng)過試驗，鋁箔表面可達到無油標準，潤濕表面張力可達到34X10_3NRii。把工作輥的粗糙度由原來的 0. Iym,提高到0. 15 μ m,使粘合力大大提高
具體實施例方式下面通過實施例和對比例進一步說明本發(fā)明。在以下實施例和對比例中，Al、鐵狗、硅Si、銅Cu、錳Mn和/或鎂Mg為主要化學(xué)成分進行組分，其中，硅 Si 0. 09wt% 0. 9wt%、鐵 Fe :0. 6wt % 1. 5wt %、則有 Fe+Si 的含量之和為 0.69% 2. 1% (Wt)JIfCu :0. 006wt% 0. 03wt%、、猛 Mn 和鎂 Mg :0. 04% 0. 05% (wt)、或錳 Mn 0. 03wt% 0. 05wt%，或鎂 Mg :0. 005wt% 0. 010wt%，招 Al 為余量，一般地 Al-Fe-Si 合金的Fe/Si比大于1.6% 6.0%。鋁Al余量可以為99. 0%或以上。按上述范圍任意取值。其它添加合金微量元素含量合計不大0. . 10% (wt)。優(yōu)選地，硅Si :0. 2% 0. 6% (wt)、鐵 Fe :0· 9% 1. (wt)、銅 Cu :0· 007% 0.8% (wt)、錳Mn :0. 033% 0.036% (wt)、鋁Al為余量，其它金屬合金含量合計小于 0. 12% (wt)。按上述范圍任意取值。
優(yōu)選地，娃Si :0.5% 0.8% (wt)、鐵 Fe :1.2% 1.35% (wt)、銅 Cu :0· 008% 0. 9% (wt)、鎂 Mg 0. 005wt% 0. 010wt%,M Mn :0. 003wt% 0. 038wt%、鋁 Al 為余量， 其它金屬合金含量合計小于0.10% (wt)。按上述范圍任意取值。其它金屬合金微量元素含量，優(yōu)選地Si :0. 004wt % 0. Olwt %、鈦 TiO. 018wt% 0. 03wt%，鉻 Cr :0. 008wt% 0. 0014wt%，鎳 Ni :0. Olwt% 0. 03wt%、鈹 BeO. OOlwt0. 003wt%o 或在加入稀土 Y 的同時加入鈹 Be :0. OOlwt0. 003wt%Jt 它金屬合金含量合計最大0. 0747，小于0. 10% (wt)。在常溫常壓下，分別按表1、表2中指定的各組分，將熔體連鑄連扎板作為鋁箔毛料，在扎材機上經(jīng)過5-6次地冷扎成箔材。表 權(quán)利要求
1.一種能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料，至少含有鐵鋁Al、Fe、 硅Si、銅Cu、錳Mn和/或鎂Mg，其中，F(xiàn)e+Si的含量之和為0. 69 % 2. 1% (wt)、銅Cu: 0.006% 0.03% (wt)、錳 Mn 和 / 或鎂 Mg :0. 003% 0. 038t% (wt)、鋁 Al 為余量，其它添加合金微量元素含量合計不大0. 10% (wt)。
2.如權(quán)利要求1所述的能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料，其特征在于，所述其它金屬合金主要包括，鋅Si、鈦Ti，鉻Cr、鎳Ni、鈹Be、稀土Y中的至少兩種以上。
3.如權(quán)利要求1所述的能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料，其中，硅 Si :0.2% 0.6% (wt)、鐵 Fe :0.9% 1. 1% (wt)、銅 Cu :0. 007 % 0. 8 % (wt)、錳 Mn: 0.033% 0.036% (wt)、鋁Al為余量，其它金屬合金含量合計小于0. 12% (wt)。
4.如權(quán)利要求1所述的能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料，其中，硅 Si 0. 5%~ 0. 8% (wt)、鐵 Fe 1. 2%~ 1. 35% (wt)、銅 Cu 0. 008% 0. 9% (wt)、鎂 Mg 0. 005wt% 0. 010wt%,llMn :0. 003% 0. 038t% (wt)、鋁 Al 為余量，其它金屬合金含量合計小于0. 10% (wt)。
5.如權(quán)利要求1所述的能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料，其特征在于，所述其他金屬合金含量，Zn 0. 004wt% 0. Olwt%、鈦=TiO. 018wt%~ 0. 03wt%，鉻 Cr :0. 008 0. 14wt%，鎳 Ni :0. Olwt% 0. 03wt%、鈹 BeO. OOlwt% 0. 003wt%。
6.如權(quán)利要求1所述的能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料，其特征在于，所述其他金屬合金含量，Zn :0. 003% 0. 08% (wt)、鈦TiO. 016% 0. 02% (wt)，鉻 Cr :0. 009% 0. 0013% (wt), If Ni :0. 008% 0. 028% (wt)、稀土 Y :0. 002% 0. 0035% (wt) t。
7.如權(quán)利要求1所述的能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料，其特征在于，Al-Fe-Si合金的Fe/Si比大于1. 6% 6. 0%。
8.—種制造權(quán)利要求1所述能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料的方法，其特征在于包括如下步驟坯料檢驗一軋制一合卷一軋制一分切一檢查和包裝，其中退化工藝采用230°觀小時+270° 34小時。
9.如權(quán)利要求8所述的制造鋁箔材料的方法，其特征在于，0.28mm鋁箔毛料用四個道次，軋到0. 04mm 0. 12mm，用290°中間退火，18小時。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種能滿足沖深4mm以上冷沖成型軟包材料的鋁箔材料，旨在提供一種物理機械性能的優(yōu)良，阻隔性極高，并達到軟包材料沖深值和沖深R角很小狀態(tài)下要求的鋁箔。本發(fā)明可以通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)它含有鐵鋁Al、Fe、硅Si、銅Cu、錳Mn和/或鎂Mg，其中，F(xiàn)e+Si的含量之和為0.69％～2.1％(wt)、銅Cu0.006％～0.03％(wt)、錳Mn和/或鎂Mg0.003％～0.038t％(wt)、鋁Al為余量，其它添加合金微量元素含量合計不大0.10％(wt)。本發(fā)明抗拉強度能夠達到98Mpa以上，延伸率＞21％，杯突值≥6.10。和其它材料復(fù)合，能夠?qū)崿F(xiàn)同步延伸、流動，并能滿足聚合物鋰離子電池所用鋁塑復(fù)合膜軟包裝材料沖深深度3～15mm。本發(fā)明特別適應(yīng)于鋰電池、藥品、食品的軟包裝。
文檔編號C22C21/00GK102329984SQ20111015969
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者劉繼福 申請人:劉繼福