鋰電池鋁箔表面潤濕張力影響因素研究

覃新芝，黎政東

(廣西南南鋁箔有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530299)

隨著鋰電池行業(yè)的發(fā)展，客戶對鋰電池鋁箔的表面質(zhì)量要求日益提高，特別對表面潤濕張力提出了嚴(yán)苛要求，要求達(dá)因值穩(wěn)定在32mN/m。因此基于我公司現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝，急需改善鋰電池鋁箔這一問題。

1 潤濕張力與達(dá)因值的測量

1.1 潤濕張力

潤濕張力也稱為表面張力，是分子力的一種表現(xiàn)。鋁箔表面附著軋制油，且顯微觀察鋁箔表面存在一定的凹坑和條紋，直接測量接觸角是不可行的。在生產(chǎn)檢測、試驗等過程都通過達(dá)因值檢測來反饋潤濕張力，達(dá)因值越高，潤濕性能越優(yōu)良，反之，則潤濕性能越差。

1.2 達(dá)因值的測量

采用達(dá)因筆進(jìn)行潤濕張力的測定，測定方法參照GB/T22638.4-2008《鋁箔試驗方法 第4部分：表面潤濕張力的測定》。潤濕張力值最低要求為30mN/m，因此目前達(dá)因筆規(guī)格型號均從30mN/m開始，小于30mN/m結(jié)果表示為<30mN/m。針對不同品牌達(dá)因筆測量結(jié)果不同的特點，對常用的達(dá)因筆進(jìn)行分析對比，選用我公司達(dá)因筆品牌ACCU、客戶使用達(dá)因筆品牌A.Shine和翠遠(yuǎn)。對3份樣品分別使用3個品牌的達(dá)因筆進(jìn)行檢測，具體結(jié)果見表1。不同品牌的達(dá)因筆之間檢測結(jié)果有所出入，為保證檢驗的統(tǒng)一性，本文中后續(xù)達(dá)因值檢測選擇達(dá)因值測量使用的達(dá)因筆品牌均為ACCU。

表1 不同達(dá)因筆的測試結(jié)果

2 表面潤濕張力值的影響因素

2.1 原因分析

在鋰電池鋁箔生產(chǎn)過程中，鋁箔經(jīng)過軋制，軋制油的粘度、添加劑配比會影響到鋰電池鋁箔的表面帶油情況，即成品下線時鋰電池鋁箔表面的帶油量直接影響達(dá)因值。這里需要補(bǔ)充說明的是，軋制油由基礎(chǔ)油加添加劑所組成，添加劑主要成分為醇、酯、酸類。不同的添加劑功能不一樣，在實際生產(chǎn)中多以復(fù)合添加的形式加入，并且在生產(chǎn)過程中會有消耗，根據(jù)油品理化指標(biāo)監(jiān)測進(jìn)行補(bǔ)充。添加劑的作用在于增強(qiáng)軋制油的油膜強(qiáng)度，達(dá)到軋制使所需的摩擦系數(shù)，提高軋制油的潤滑性能。在軋制油中各組分揮發(fā)性對比情況為基礎(chǔ)油揮發(fā)性大于各類添加劑的揮發(fā)性。

2.2 改進(jìn)方向

通過調(diào)整軋制油中添加劑含量配比，減少軋制油在鋰電池鋁箔表面的殘留。在保證產(chǎn)品性能的同時，調(diào)整生產(chǎn)工藝，例如調(diào)整軋制速度、成品道次加工率等，使得生產(chǎn)下線成品鋰電池鋁箔產(chǎn)品表面溫度升高，加大鋁箔表面軋制油的揮發(fā)、減少表面殘油量，從而提升鋰電池鋁箔表面潤濕張力值。

3 改善方案與過程

3.1 材料

基礎(chǔ)油為淮安清江石化A1-80#。添加劑選用特普朗克型號A6添加劑(成分為酯)、A12添加劑(成分為醇、酯，比例為10∶1)、月桂酸。鋁箔樣品及鋁箔卷，選用表面質(zhì)量良好的1235-H18作為樣品。

3.2 過程方法

(1)實驗室方法。選定樣品為0.23mm表面質(zhì)量良好的鋁箔樣，裁成40mm×200mm的長條狀。在酒精浸泡1h后擦拭并放置烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干處理，為了除去樣品表面的雜質(zhì)；測試當(dāng)前樣品潤濕張力達(dá)因值均為42mN/m，并以此為參照基準(zhǔn)。然后選取不同配比的溶液，均勻涂抹在樣品表面，在70℃馬弗爐內(nèi)烘4h，確保表面無殘留液體。最后使用達(dá)因筆測試涂抹試劑后樣品表面的潤濕張力達(dá)因值。

(2)生產(chǎn)過程試驗方法。選定生產(chǎn)工序為1235-H18箔軋成品生產(chǎn)道次，根據(jù)試驗要求工藝設(shè)定參數(shù)，進(jìn)行試產(chǎn)；下線后取樣使用達(dá)因筆測鋁箔表面的潤濕張力達(dá)因值。

3 結(jié)果與分析

3.1 實驗室結(jié)果與分析

(1)A6添加劑對潤濕張力的影響。A6添加劑按照不同比例加入80#基礎(chǔ)油內(nèi)配成溶液，具體結(jié)果見表2。由數(shù)據(jù)可知，潤濕張力較未涂抹前均呈現(xiàn)降低，表明不同濃度A6添加劑影響表面潤濕張力。

表2 不同添加劑比例的基礎(chǔ)油潤濕張力結(jié)果

(2)A12添加劑對潤濕張力的影響。A12添加劑按照不同比例加入80#基礎(chǔ)油內(nèi)配成溶液，具體結(jié)果見表3。由數(shù)據(jù)可知，潤濕張力較未涂抹前均呈現(xiàn)降低，表明A12添加劑也影響表面潤濕張力。

表3 不同添加劑比例的基礎(chǔ)油潤濕張力結(jié)果

(3)添加劑混合對潤濕張力的影響。A6、A12按照不同配比加入80#基礎(chǔ)油內(nèi)配成溶液。具體結(jié)果見表4。由數(shù)據(jù)可知，潤濕張力兩種添加劑的混合均不利于表面潤濕張力。不同比例的添加劑潤濕張力結(jié)果差異不大，因此認(rèn)為一定范圍含量內(nèi)添加劑對潤濕張力有影響但影響不大。

表4 不同添加劑比例的基礎(chǔ)油潤濕張力結(jié)果

(4)酸添加劑對潤濕張力的影響。月桂酸按照不同比例加入80#基礎(chǔ)油內(nèi)配成溶液，具體結(jié)果見表5。由數(shù)據(jù)可知，月桂酸較添加劑A6和A12更不利于表面潤濕張力，且隨著酸比例的提高潤濕張力呈現(xiàn)下降趨勢。

表5 添加不同月桂酸比例潤濕張力結(jié)果

(5)鋰電池鋁箔用軋制油的添加劑含量以上述實驗結(jié)果作為指導(dǎo)，進(jìn)行調(diào)整添加劑含量配比，并結(jié)合油品管控要求，控制鋰電池鋁箔用軋制油理化指標(biāo)(表6)，并進(jìn)行日常理化指標(biāo)監(jiān)測。

表6 鋰電池鋁箔軋制油技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 生產(chǎn)過程試驗結(jié)果與分析

(1)生產(chǎn)現(xiàn)狀潤濕張力情況。統(tǒng)計原有生產(chǎn)工藝下，跟蹤3個批次鋰電池鋁箔生產(chǎn)情況，潤濕張力分布情況見表7。由表7可知，現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，達(dá)因值達(dá)32mN/m平均占比56%。第2批次的平均軋制力、平均速度以及平均成品道次加工量均高于第1批次和第3批次，其潤濕張力達(dá)因值最優(yōu)。因此我們認(rèn)為加大軋制力、提高平均速度、加大成品道次加工量，有提高潤濕張力的趨勢。

表7 原有生產(chǎn)工藝潤濕張力分布情況

(2)提升軋制速度對潤濕張力的影響。按不同成品厚度進(jìn)行提升軋制速度調(diào)整生產(chǎn)試驗，并保持原有其他工藝參數(shù)不變，試驗結(jié)果見表8。由表8可知，提升速度后，潤濕張力較原有生產(chǎn)工藝有明顯提高，達(dá)因值達(dá)32mN/m平均占比81%。

表8 提升軋制速度潤濕張力分布情況

(3)加大成品道次加工率對潤濕張力的影響。按不同成品厚度進(jìn)行加大成品道次加工率生產(chǎn)試驗，并保持原有其他工藝參數(shù)不變，試驗結(jié)果見表9。由表9可知，加大成品道次加工率后，潤濕張力較原有生產(chǎn)工藝亦有明顯改善，達(dá)因值達(dá)32mN/m平均占比94%。

表9 加大成品道次潤濕張力分布情況

4 結(jié)論

綜上所述，通過軋制油添加劑含量的配比調(diào)整以及軋制速度、成品道次加工率等生產(chǎn)工藝的調(diào)整，可以達(dá)到提升鋰電池鋁箔表面潤濕張力的目的