專利名稱：一種鎳鋁復(fù)合帶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬功能材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于制作鋰電池電極板的鎳鋁復(fù)合帶的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，電子和電器產(chǎn)品飛速發(fā)展，作為其動(dòng)力來源的各類電池產(chǎn)品也得到了極大的發(fā)展，同時(shí)也帶來了作為電池材料的鎳帶產(chǎn)品的大量應(yīng)用。這幾年來對(duì)筆記本電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品的要求向輕型高效的方向發(fā)展，而在這些電子產(chǎn)品中重量的最主要來源之一是電池，因此電池產(chǎn)品也朝著質(zhì)輕、高能量密度的方向發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，現(xiàn)在許多電池的外殼材料已從傳統(tǒng)的鋼鐵材料改為使用鋁型材，但是由此帶來了鎳帶與鋁材之間的焊接問題。理想的方法是在外引極與外殼鋁型材之間使用一種鎳/鋁復(fù)合材料，一方面利用純鎳材料良好的耐蝕性和導(dǎo)電性作為電池外引極端，另一方面利用鋁層提供與外殼鋁材之間的良好的焊接過渡層。目前國(guó)際市場(chǎng)上純鎳的價(jià)格不斷上漲，也給電池產(chǎn)品的價(jià)格帶來了很大的壓力，如果材料采用鎳/鋁復(fù)合帶，可以大量節(jié)省鎳的使用量。例如，一般鎳/鋁復(fù)合帶的材料比例為2 I甚至1: 1，那么就可以節(jié)約鎳材30%-50%。因此鎳/鋁復(fù)合帶的開發(fā)具有非常重大的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于金屬?gòu)?fù)合帶的生產(chǎn)往往采用固-固相復(fù)合法和液-固相復(fù)合法。固-固相復(fù)合法常用的工藝包括爆炸復(fù)合法，擠壓復(fù)合法，爆炸焊接-熱軋法，軋制復(fù)合法，擴(kuò)散焊接法等。而液-固相復(fù)合法包括復(fù)合澆鑄法，反向凝固法，噴鍍復(fù)合法，釬焊法，鑄軋法等。綜合工藝控制難度，成本等因素，鎳鋁復(fù)合帶的生產(chǎn)往往采用軋制復(fù)合法。但是由于鎳、鋁兩個(gè)組元的熔點(diǎn)和再結(jié)晶溫度有很大的差異，兩者的塑性流變行為也有很大的差異。因此，采用傳統(tǒng)的軋制工藝生產(chǎn)鎳鋁復(fù)合帶時(shí)復(fù)合層的結(jié)合強(qiáng)度以及復(fù)合層的厚度及厚度均勻性要求都難以達(dá)到，同時(shí)也會(huì)再炸形成纏輥問題導(dǎo)致軋制失效。更進(jìn)一步在復(fù)合加工后兩種材料再結(jié)晶行為的差異使兩種材料在傳統(tǒng)退火工藝下難以實(shí)現(xiàn)同時(shí)軟化，造成復(fù)合帶的硬度控制難度大。在本發(fā)明中，其一，提出了利用純鋁帶的預(yù)軋制和純鎳帶的預(yù)完全退火來調(diào)整鎳和鋁材料的形變抗力，從而實(shí)現(xiàn)在溫軋過程中兩種材料的協(xié)調(diào)變形，達(dá)到形變復(fù)合和提高成品率的要求；其二，在擴(kuò)散退火前提出了預(yù)先回復(fù)，利用鋁高層錯(cuò)能的快速回復(fù)的特點(diǎn)，調(diào)整兩種材料再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)差異，使得兩種材料在擴(kuò)散退火中一方面通過擴(kuò)散提高界面強(qiáng)度，另一方面通過退火再結(jié)晶提高導(dǎo)電率；達(dá)到簡(jiǎn)化工藝，控制產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率、成材率的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)鎳、鋁材料自身的力學(xué)性能具有較大差異，不利于傳統(tǒng)軋制方法軋制復(fù)合的特點(diǎn)出發(fā)，提出了利用鋁的加工硬化和鎳的完全軟化來調(diào)整兩種材料形變抗力的一種軋制方法；根據(jù)鎳、鋁兩種材料的再結(jié)晶溫度和動(dòng)力學(xué)具有較大差異的特點(diǎn)，提出了利用預(yù)先回復(fù)退火，利用鋁的回復(fù)調(diào)整再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的方式，協(xié)調(diào)了后續(xù)擴(kuò)散過程中兩種材料的再結(jié)晶行為；利用這種工藝制備鎳鋁復(fù)合帶消除了軋制過程中的纏輥失效問題，提高了復(fù)合帶產(chǎn)品的厚度控制精度，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的成材率。具有工藝簡(jiǎn)單、易于操作、成本低的特點(diǎn)。本發(fā)明提出的生產(chǎn)工藝主要針對(duì)用于鋰電池電極板的鎳鋁復(fù)合帶產(chǎn)品的生產(chǎn)，其主要特征為鎳和鋁的復(fù)合材料，鎳作為電極材料具有良好的電性能和耐腐蝕性能，鋁作為外層材料可以與電池的鋁外殼材料良好地焊接。鎳鋁復(fù)合帶產(chǎn)品的應(yīng)用一方面解決了電極材料與鋁外殼材料的焊接問題，另一方面可以大大減少鎳的使用，有效降低了電極材料的成本。本發(fā)明所提供的一種鎳鋁復(fù)合帶的制備方法，該方法的具體步驟如下(I)將純度為95. 0%到99. 9999%，厚度為10_30毫米的鎳帶，經(jīng)熱軋、冷軋和中間退火軋制成厚度為O. 05-2. O毫米的鎳帶，冷軋后經(jīng)450-700°C，30-240分鐘的軟化退火；(2)將純度為95. 0%到99. 9999%，厚度為10-100毫米的鋁帶，經(jīng)熱軋、冷軋和中間退火軋制成厚度為O. 05-3. O毫米的鋁帶，中間退火后的冷軋壓下量需達(dá)到30%以上；(3)將上述步驟(I)、(2)軋制得到的鎳帶和鋁帶進(jìn)行表面清洗后，按照鎳帶與鋁帶的形變抗力，鎳帶與鋁帶的厚度以及最終產(chǎn)品的厚度要求進(jìn)行配合，配合后進(jìn)行溫車L，溫軋的溫度為25-200°C，溫軋?jiān)谄胀夥栈蚨栊詺怏w的保護(hù)下進(jìn)行，其軋制壓下量為30-80% ；(4)將步驟(3)溫軋之后的鎳鋁復(fù)合帶在氫氣或惰性氣體的保護(hù)下，在150-300°C下保溫5-30分鐘，然后在300-550°C保溫30-300分鐘進(jìn)行擴(kuò)散退火最終得到本發(fā)明的目標(biāo) 產(chǎn)品鎳鋁復(fù)合帶。利用本發(fā)明方法生產(chǎn)的鎳鋁復(fù)合帶產(chǎn)品具有如下的特征厚度在O. 05-2毫米，其中鎳帶和鋁帶的厚度可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)整，其界面結(jié)合強(qiáng)度在30MPa以上，復(fù)合帶的電阻率小于O. 073 Ω mm2/m。本發(fā)明方法中，利用純鋁帶的預(yù)軋制和純鎳帶的預(yù)完全退火調(diào)整了鎳和鋁材料的形變抗力，實(shí)現(xiàn)在軋制過程中兩種材料的協(xié)調(diào)變形，達(dá)到形變復(fù)合和提高成品率的要求；在擴(kuò)散退火前的預(yù)回復(fù)，調(diào)整了兩種材料再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)差異，使得兩種材料在擴(kuò)散退火中提高界面強(qiáng)度并協(xié)調(diào)再結(jié)晶提高電導(dǎo)率達(dá)到了簡(jiǎn)化工藝、控制產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和成材率的目的。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 :選用純度為99. 99%的鎳板,厚度為14毫米,經(jīng)熱軋,冷軋和中間退火獲得O. 17毫米的鎳帶；選用純度為99. 9%的鋁板，厚度為14毫米，經(jīng)冷軋至O. 13毫米。將鎳帶在650°C退火120分鐘，，利用氫氣作為保護(hù)氣氛。將退火后的鎳帶和冷軋的鋁帶在進(jìn)行表面清洗后，按1:1. 5的長(zhǎng)度配合進(jìn)行溫軋。溫軋的溫度為65°C，壓下量為50%，最終鎳鋁復(fù)合帶產(chǎn)品的厚度為O. 15毫米，其中鎳帶的厚度為O.1毫米，鋁帶的厚度為O. 05毫米。將軋制之后的鎳鋁復(fù)合帶在150°C保溫10分鐘后進(jìn)行擴(kuò)散退火，擴(kuò)散退火420°C保溫20分鐘，保護(hù)氣氛為氫氣。經(jīng)過擴(kuò)散退火后，鎳鋁復(fù)合帶的界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到45Mpa，電阻率為
O.067 Ω mm2/m。
實(shí)施例2 :選用純度為98. 99%的鎳板，厚度為20毫米，經(jīng)熱軋，冷軋和中間退火獲得O. 2毫米的鎳帶；選用純度為97. 9%的鋁板，厚度為20毫米，經(jīng)冷軋至O. 14毫米。將鎳帶在680°C退火120分鐘，，利用氫氣作為保護(hù)氣氛。將退火后的鎳帶和冷軋的鋁帶在進(jìn)行表面清洗后，按1:1. 3的長(zhǎng)度配合在氫氣作為保護(hù)氣氛進(jìn)行溫軋。溫軋的溫度為100°C，壓下量為55. 8%，最終鎳鋁復(fù)合帶產(chǎn)品的厚度為O. 15毫米，其中鎳帶的厚度為O.1毫米，鋁帶的厚度為O. 05毫米。將軋制之后的鎳鋁復(fù)合帶在200°C保溫10分鐘后進(jìn)行擴(kuò)散退火，擴(kuò)散退火450°C保溫20分鐘，保護(hù)氣氛為氫氣。經(jīng)過擴(kuò)散退火后，鎳鋁復(fù)合帶的界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到50Mpa，電阻率為O. 065 Qmm2/m。實(shí)施例3 :選用純度為97. 99%的鎳板，厚度為18毫米，經(jīng)熱軋，冷軋和中間退火獲得O.1毫米的鎳帶；選用純度為97. 9%的鋁板，厚度為18毫米，經(jīng)冷軋至O. 125毫米。將鎳帶在640°C退火150分鐘，，利用氫氣作為保護(hù)氣氛。將退火后的鎳帶和冷軋的鋁帶在進(jìn)行表面清洗后，按1:1. 2的長(zhǎng)度配合在氫氣作為保護(hù)氣氛進(jìn)行溫軋。溫軋的溫度為150°C，壓下量為55. 5%，最終鎳鋁復(fù)合帶產(chǎn)品的厚度為O. 10毫米，其中鎳帶的厚度為O. 05毫米，鋁帶的厚度為O. 05毫米。將軋制之后的鎳鋁復(fù)合帶在200°C保溫15分鐘后進(jìn)行擴(kuò)散退火，擴(kuò)散退火470°C保溫25分鐘，保護(hù)氣氛為氫氣。經(jīng)過擴(kuò)散退火后，鎳鋁復(fù)合帶的界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到55Mpa，電阻率為O. 065 Qmm2/m。實(shí)施例4 :選用純度為99. 99%的鎳板,厚度為15毫米,經(jīng)熱軋,冷軋和中間退火獲得O. 08毫米的鎳帶；選用純度為99. 9%的鋁板，厚度為15毫米，經(jīng)冷軋至O. 11毫米。將鎳帶在600°C退火200分鐘，利用氫氣作為保護(hù)氣氛。將退火后的鎳帶和冷軋的鋁帶在進(jìn)行表面清洗后，按1:1. 4的長(zhǎng)度配合進(jìn)行溫軋。溫軋的溫度為100°C，壓下量為47.3%，最終鎳鋁復(fù)合帶產(chǎn)品的厚度為O. 10毫米，其中鎳帶的厚度為O. 05毫米，鋁帶的厚度為O. 05毫米。將軋制之后的鎳鋁復(fù)合帶在200(TC保溫30分鐘后進(jìn)行擴(kuò)散退火，擴(kuò)散退火450°C保溫30分鐘，保護(hù)氣氛為氫氣。經(jīng)過擴(kuò)散退火后，鎳鋁復(fù)合帶的界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到45Mpa，電阻率為 O. 070Qmm2/m。
權(quán)利要求
1.一種鎳鋁復(fù)合帶的制備方法，其特征在于通過加工硬化鋁和軟態(tài)鎳進(jìn)行軋制復(fù)合，配合擴(kuò)散退火制備而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳鋁復(fù)合帶的制備方法，其特征在于所述的硬化鋁是將純度為95. 0%到99. 9999%，厚度為10-100毫米的鋁帶，經(jīng)熱軋、冷軋和中間退火軋制成厚度為0. 05-3. 0毫米的鋁帶，中間退火后冷軋壓下量需達(dá)到30%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳鋁復(fù)合帶的制備方法，其特征在于所述的軟態(tài)鎳是將純度為95. 0%到99. 9999%，厚度為10-30毫米的鎳帶，經(jīng)熱軋、冷軋和中間退火軋制成厚度為0. 05-2. 0毫米的鎳帶，冷軋后經(jīng)450-700°C，30-240分鐘的軟化退火生成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鎳鋁復(fù)合帶的制備方法，屬于金屬功能材料領(lǐng)域，用于制作鋰電池極板。本發(fā)明通過加工硬化鋁和軟態(tài)鎳進(jìn)行軋制復(fù)合，配合擴(kuò)散退火構(gòu)成鎳鋁復(fù)合帶產(chǎn)品。利用這一方法可以通過鋁板的預(yù)先形變量調(diào)整鋁的形變抗力，并通過完全退火來軟化鎳帶，使兩者的形變抗力盡可能接近，從而良好地控制其形變行為和復(fù)合帶厚度。此種方法生產(chǎn)鎳鋁復(fù)合帶具有工藝簡(jiǎn)單、易于操作、成本低、界面強(qiáng)度好及產(chǎn)品性能優(yōu)異的特點(diǎn)，從而能夠很好地滿足廣大用戶對(duì)電池用鎳鋁復(fù)合帶產(chǎn)品性能的需求。
文檔編號(hào)B21B1/38GK103056162SQ20121057557
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者林克同 申請(qǐng)人:安徽鑫源達(dá)有色金屬材料有限公司