本发明涉及一种用于二次电池、双电层电容器等的电极集流体，特别是涉及一种高强度正极集流体用铝合金箔及其制造方法。
背景技术：
锂离子电池具有诸多优点，比如高能量密度、高工作电压、长循环寿命、低自放电率、高安全性、无记忆效应等。这些优点使其应用在各种电子设备上作为电源供给，例如手机、耳机、音响、笔记本电脑等。除此之外，由于全球环境问题日益加重，各国政府、组织、汽车生产商也在积极推动绿色能源汽车的发展，随着插电式混合动力汽车和纯电动汽车的普及，锂离子电池在汽车领域的应用也愈发广泛。
正极集流体是锂离子电池的重要组成部分，在锂离子电池中主要作用是承载活性物质并将电极活性物质产生的电流汇集并输出，有利于降低锂离子电池的内阻，提高电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能。铝箔为锂离子电池常用的正极集流体。集流体虽然对锂离子电池的容量没有直接贡献，但是在保证电导率的要求下提高铝箔的强度，可以达到减小铝合金箔的厚度并能在铝合金箔表面涂覆更多活性物质的目的，这样可以达到减轻重量和增加电池比能量的效果。
目前，大多数锂离子电池主要采用导电性较好的1xxx铝合金作为集流体用铝箔的材料，但是其强度较低，常常需要通过增加厚度的方式来防止正极活性物质在涂覆过程中发生断裂，这样还会增加电池重量。在消费电子领域，产品不仅仅要求更高的电池容量来达到更高的性能和更长的续航，还要求更轻的重量以满足便携性的要求。轻质高强的正极集流体铝箔能够为电池整体的轻量化做出贡献，所以这也成为正极集流体考量的重点。很多情况下市场需要在满足电导率的要求同时强度又能远高于1xxx铝合金的正极集流体。
专利cn102747251a通过添加fe、si、cu等元素得到冷轧后抗拉强度为170mpa以上且电导率大于60.3％iacs的锂离子电池正极集流体铝箔。但是未报道干燥工序加热处理可能引发的强度降低问题，并且电导率虽高，但强度仍然较低，不能进一步增加比能量。
专利cn102245788a通过添加fe、si、cu、mn、mg、zn、ti、zr等元素得到冷轧后强度超过200mpa的锂离子电池正极集流体用铝箔，该集流体的成分设计较复杂，不易调控。
技术实现要素：
本发明鉴于上述情况而完成，目的是提供高强度和热处理后仍保持高强度的一种高强度正极集流体用铝合金箔及其制造方法，以替代常用的低强度正极集流体用铝合金箔。最终得到热处理后抗拉强度大于230mpa、电导率大于50％iacs的正极集流体用铝合金箔。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
正极集流体用铝合金箔，其成分的重量百分比是：fe：0.1～0.35wt％、mn：0.1～0.3wt％、la：0.1～0.15wt％，余量为铝以及其他一些不可避免的杂质。
另外本发明提供一种高强度正极集流体用铝合金箔的制造方法，其具体步骤是：
(1)首先将工业铝锭熔化，按照上述比例在熔炼炉中依次加入al-75wt％fe、al-80wt％mn、al-20wt％la的中间合金。控制成分含量fe：0.1～0.35wt％、mn：0.1～0.3wt％、la：0.1～0.15wt％，余量为铝以及其他一些不可避免的杂质。
(2)将得到的铝合金铸锭进行均质化处理，温度设定为590～600℃，保温时间为8～24小时。均质化处理之后实施热轧，热轧是在470～500℃的温度下，控制压下量为70～85％，热轧至3mm左右厚度。
(3)将热轧板材直接冷轧至0.05～0.09mm，得到冷轧铝合金箔。
(4)将冷轧后的铝合金箔在125℃下热处理5小时。
本发明的高强度高延伸率铝合金与对比例铝合金的成分对比见表1。
表1本发明铝合金与对比例铝合金成分(wt％)
本发明用两个锂离子电池集流体用铝合金箔专利和一个锂离子电池集流体常用铝合金作为对比例。对比例1为专利cn102747251a，给出了一种高电导率集流体用铝合金箔及其制造方法。对比例2为专利cn102245788a，给出了一种高强度集流体用铝合金箔及其制备方法。对比例3为1070铝合金。
从表1中可以看出本发明铝合金与对比例1的铝合金成分相比，本发明缩小了fe元素的含量范围，没有添加常用合金元素si，而是添加了mn元素和la元素。添加fe元素可以提高铝合金强度，fe元素在铝基体中的固溶度很小，大多以第二相的形式析出，故fe元素以第二相强化为主，但是添加过多的fe会使析出的第二相变多且第二相尺寸变大，大尺寸第二相会造成韧性降低、轧制困难，并且容易作为断裂源引发断裂，故而缩小了fe元素含量范围。不添加si元素可避免硬脆相al9fe2si2的生成，改善合金铸造性能，有利于后续轧制加工。mn元素在al中的溶解度显著高于fe的溶解度，可以通过固溶强化提高合金强度，提升效果明显，但掺杂过多会降低电导率，所以要控制含量。
与对比例2的铝合金成分相比，本发明合金成分设计较为简单，不含si、cu、mg、ti、zn、zr元素，同时fe和mn的范围更小。少量的fe和mn元素可以通过第二相强化和固溶强化达到增加强度的目的，同时因为添加量不大，所以对电导率的降低不明显，可以更好地满足综合要求。
与对比例3的铝合金成分相比，本发明合金成分设计简单，不含si、mg、cu、ti、v、zn元素，有更大范围的fe含量，有利于强度的提升。另外la元素的添加能够细化合金晶粒，促进铝合金中al3fe第二相以细小球状形态析出，还会生成alfela新相，进一步强化合金。
根据本发明制备的铝合金箔是一种满足电导率要求，且热处理后仍具高强度的锂离子电池正极集流体用铝合金箔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行详细说明，当然，本实施例仅为一个例子，本发明并不限定于这些实施例。
利用真空感应熔炼法对表2所示成分的铝合金进行熔炼并铸造成厚度为20mm以上的合金铸锭。在590～600℃范围保持8-10小时的均质化处理。将加工后的坯料在470～500℃温度下热轧到3mm厚度。然后将其直接冷轧到最终厚度为0.05-0.09mm。最后在125℃热处理5小时获得正极集流体用铝合金箔。箔材的最终厚度如表2所示。
表2铝合金成分
对上述成分的铝合金箔进行抗拉强度、延伸率、电导率测试，结果如表3所示。
对上述实施例中不同成分的铝合金样品所进行的性能测试如下：
(1)室温拉伸实验：按照国标gb/t228-2002制成标准拉伸试样，在zwickz20万能拉力试验机上进行拉伸，拉伸速度为1mm/min，引伸计长度为40mm，测得抗拉强度和延伸率；测试用拉伸样品由铝合金箔沿轧制方向切割得到。
(2)电导率测试：采用sigmatest2.069电导率测量仪测试铝合金试样的电导率。
表3测试结果汇总
实施例1～4合金箔材在满足电导率(≥50％iacs)的情况下，热处理后具有很高的抗拉强度，拉伸强度均大于230mpa，最高可达到260mpa，远超过对比例1和对比例2。能够完全满足铝合金箔涂覆正极活性物质的要求，同时可以多涂覆活性物质，保证比能量的提升。
本发明通过采用合理的成分设计使得上述实施例合金具有良好力学性能。适量fe元素的添加使得铝合金实现强度的提高，并兼顾了电导率。少量mn元素通过固溶强化的形式达到提升合金强度的效果。la元素的添加可以细化合金晶粒，促进铝合金中al3fe第二相的细小球状析出，抑制不规则的大块含fe析出相，同时还会生成alfela新相，进一步强化合金。
在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
1.一种高强度正极集流体用铝合金箔，其特征在于：成分重量百分比包括fe：0.1～0.35wt％、mn：0.1～0.3wt％、la：0.1～0.15wt％，其余为铝。
2.根据权利要求1所述的铝合金箔，其特征在于，该材料组分中锰的优选重量配比为：0.1～0.2wt％。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金箔，其特征在于，冷轧后得到的铝箔在125℃下热处理5小时，其抗拉强度大于230mpa，电导率大于50％iacs。
4.一种权利要求1～2中所述铝合金箔的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
a)合金熔炼过程中加入了含有稀土元素的al-20％la的中间合金。
b)将熔炼后所得的铝合金铸块在590-600℃保持8-10小时的均质化处理。
c)实施热轧和冷轧，得到厚度为0.05～0.09mm的铝合金箔。
d)将冷轧后的铝合金箔在125℃下热处理5小时。
技术总结