專利名稱：電池殼體用鋁合金板和電池殼體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子二次電池殼體等所使用的電池殼體用鋁合金板和電池殼體。
背景技術(shù)：
作為移動(dòng)電話和筆記本型個(gè)人電腦等的電源，鋰離子二次電池被廣泛使用。作為該二次電池的外殼的殼體(以下適宜稱為電池殼體)的材料中，歷來為了電池的小型化和輕量化，還有為了滿足用于成形為電池殼體(主要是電池殼主體)的加工性(成形性)等而使用鋁合金材。作為這樣的電池殼體用的鋁合金，一直以來大多使用JIS1000和3000系的招合金。在專利文獻(xiàn)I中，對(duì)于3000系(Al-Mn系)鋁合金進(jìn)行均質(zhì)化處理后，經(jīng)熱軋、冷車U固溶淬火處理及冷軋的工序而成為板，在專利文獻(xiàn)2中，對(duì)于相同的Al-Mn系鋁合金進(jìn)行預(yù)備加熱后，經(jīng)熱軋、冷軋、固溶淬火處理、冷軋和調(diào)質(zhì)退火的工序而成為板。制造的鋁合金板，通過擠壓加工(拉深和引縮加工)而成形為殼體后，與蓋進(jìn)行脈沖激光焊接。先行技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I專利第3760262號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2001-131666號(hào)公報(bào)移動(dòng)電話用等所使用的鋰離子電池，因?yàn)樾⌒颓冶谝脖。匀鐚＠墨I(xiàn)1、2的實(shí)施例所述，在與蓋的 焊接中，使用熱發(fā)生量比較少，容易控制線能量的脈沖激光焊接。另一方面，若鋰離子電池被汽車采用，則因?yàn)槭谴笕萘?，收納空間寬，因此與移動(dòng)電話用等相比則殼體大型，為了確保安全性(確保強(qiáng)度)，壁厚也變厚。在這種大型的電池殼體的情況下，在殼體和蓋的焊接中應(yīng)用脈沖激光焊接時(shí)，難以確保對(duì)于殼體厚度充分的熔透深度，焊接操作的生產(chǎn)率也低。另外，脈沖激光焊接對(duì)于焊接部的線能量是斷斷續(xù)續(xù)的，加熱/熔融和冷卻/凝固以短周期內(nèi)反復(fù)，熔融鋁的冷卻速度大，因此熔融鋁不能填補(bǔ)凝固收縮的間隙，特別是大量含有作為強(qiáng)化元素的Mg、Cu時(shí)，在焊接部容易發(fā)生裂紋。此外，專利文獻(xiàn)1、2所述的Al-Mn系鋁合金板，均是通過加工硬化使強(qiáng)度提高的H材，若看實(shí)施例，則具有200MPa左右或更高的屈服強(qiáng)度。之所以在素材板的階段提高強(qiáng)度，是為了由非熱處理型的Al-Mn系鋁合金板制造高強(qiáng)度的電池殼體，另一面是，因?yàn)槭歉咔?qiáng)度，所以成形加工性降低，具有在成形加工成電池殼體的過程中容易發(fā)生裂紋的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及電池殼體用Al-Mn系鋁合金板，鑒于現(xiàn)有技術(shù)這樣的問題點(diǎn)而形成，其目的在于，提供一種用于制造電池殼體的成形加工性優(yōu)異，能夠確保充分的殼體強(qiáng)度，也能夠消除脈沖激光焊接的所述問題點(diǎn)的電池殼體用鋁合金板，和使用該電池殼體用鋁合金板的電池殼體。本發(fā)明的電池殼體用鋁合金板(以下，適宜稱為鋁合金板)，其特征在于，含有Mn O. 5 1. 5質(zhì)量％、Mg 0. 2 1. 5質(zhì)量％、Cu 0.1 1. O質(zhì)量％，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，屈服強(qiáng)度值為40 IOOMPa的O材(退火材)，連續(xù)振蕩式激光焊接的焊接性優(yōu)
巳升。上述鋁合金，作為添加元素或不可避免的雜質(zhì)，能夠含有S1:0. 6質(zhì)量％以下、Ti O. 02質(zhì)量％以下、B 20質(zhì)量ppm以下、Zr 0. 15質(zhì)量％以下、Cr 0. 40質(zhì)量％以下。另外，作為不可避免的雜質(zhì)，F(xiàn)e限制在O. 8質(zhì)量％以下，Zn限制在O. 3質(zhì)量％以下。該電池殼體用鋁合金板，能夠作為電池殼體的殼體主體和蓋材使用。但是,蓋材也能夠也能夠由其他鋁或鋁合金替代。本發(fā)明的電池殼體用鋁合金板，用于制造電池殼體的成形性(拉深和引縮加工性)優(yōu)異，而且通過伴隨成形而來的加工硬化，能夠確保充分的殼體強(qiáng)度。另外，進(jìn)行連續(xù)振蕩式激光焊接時(shí)，能夠確保充分的熔透深度，并且能夠使焊接操作的生產(chǎn)率提高，此外能夠防止在焊接部發(fā)生裂紋。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)于本發(fā)明的電池殼體用鋁合金板更具體地進(jìn)行說明?！蹭X合金板的構(gòu)成〕本發(fā)明的鋁合金板，是以規(guī)定量含有Mn、Mg、Cu，S1、Fe、T1、B、Zr、Cr、Zn限制在規(guī)定量以下，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋁合金板。以下，對(duì)于各成分的限定理由進(jìn)行說明。(Mn :0· 5 1. 5 質(zhì)量％ )
Mn在母相內(nèi)固溶，提高鋁合金板的強(qiáng)度，具有使耐壓強(qiáng)度提高的作用效果。但是，若Mn含量低于O. 5質(zhì)量％ ,則該作用效果小，另一方面,若Mn含量超過1. 5質(zhì)量％ ,則粗大的金屬間化合物(Al-Fe-Μη系，Al-Fe-Mn-Si系金屬間化合物)生成，這容易成為成形時(shí)裂紋的起點(diǎn)，招合金板的成形性降低。因此，Mn含量為O. 5質(zhì)量％以上，1. 5質(zhì)量％以下。優(yōu)選為O. 8質(zhì)量％以上，1. 3質(zhì)量％以下。(Mg :0· 2 1. 5 質(zhì)量％ )Mg通過固溶強(qiáng)化提高鋁合金板的強(qiáng)度，具有使耐壓強(qiáng)度提高的作用效果。在現(xiàn)有的脈沖激光焊接中，若Mg的含量增加，則容易產(chǎn)生焊接裂紋，特別是在O. 6質(zhì)量％以上的高M(jìn)g域容易發(fā)生焊接裂紋，但在連續(xù)振蕩式激光焊接中，在這樣的高M(jìn)g域也難以發(fā)生焊接裂紋。因此，在本發(fā)明中能夠使Mg含量增加，其結(jié)果是，即使鋁合金板是軟質(zhì)的O材，也能夠通過伴隨成形加工的加工硬化使殼體強(qiáng)度充分提高。若Mg的含量低于O. 2質(zhì)量％，則所述作用效果小，另一方面，若Mn的含量超過1. 5質(zhì)量％，則即使是在連續(xù)振蕩式激光焊接下也容易發(fā)生焊接裂紋，另外加工硬化性這得過大，擠壓加工中發(fā)生裂紋。因此，Mg含量為O. 2 1. 5質(zhì)量％，優(yōu)選為O. 6質(zhì)量％以上，1. O質(zhì)量％以下。(Cu :0· I 1. O 質(zhì)量％ )Cu通過固溶強(qiáng)化提高鋁合金板的強(qiáng)度，具有使耐壓強(qiáng)度提高的作用效果。在現(xiàn)有的脈沖激光焊接中，若Cu的含量增加，則焊接裂紋容易產(chǎn)生，但在連續(xù)振蕩式激光焊接中比較容易產(chǎn)生焊接裂紋。與Mg同樣，在本發(fā)明中通過增加Cu的含量，即使鋁合金板是軟質(zhì)的O材，也能夠通過伴隨成形加工而來的加工硬化使殼體強(qiáng)度充分提高。
Cu含量低于O.1質(zhì)量％時(shí),所述效果不充分,若超過1. O質(zhì)量％ ,則在連續(xù)振蕩式激光焊接中也容易發(fā)生焊接裂紋，另外加工硬化性變得過大，擠壓加工中發(fā)生裂紋。優(yōu)選為O.2質(zhì)量％以上,0. 8質(zhì)量％以下。
(S1:0. 6 質(zhì)量％ 以下)
Si根據(jù)需要而作為添加元素或作為不可避免的雜質(zhì)包含在本發(fā)明的鋁合金中，通過固溶強(qiáng)化提高鋁合金板的強(qiáng)度，使耐壓強(qiáng)度提高，此外具有使鋁合金板的成形性提高的作用效果。
另一方面,若Si含量超過O. 6質(zhì)量％,則Al-Fe-Mn-Si系金屬間化合物粗大化,這容易成為成形加工時(shí)的裂紋的起點(diǎn)，鋁合金板的成形性降低。另外，若Si含量超過O. 6質(zhì)量％，則焊接裂紋容易產(chǎn)生。因此，Si含量為0.6質(zhì)量％以下(含0%)。從防止焊接裂紋的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為O. 35質(zhì)量％以下。
(Fe 0. 8 質(zhì)量％ 以下)
Fe在本發(fā)明的鋁合金中作為不可避免的雜質(zhì)含有，形成Al-Fe-Mn系、 Al-Fe-Mn-Si系金屬間化合物。若Fe含量超過O. 8質(zhì)量是所述金屬間化合物粗大化,這容易成為成形時(shí)的裂紋的起點(diǎn)，鋁合金板的成形性降低。另外，若Fe含量超過0.8質(zhì)量％， 則焊接裂紋容易發(fā)生。因此，F(xiàn)e含量為0.8質(zhì)量％以下(含0%)。
(T1:低于 O. 02 質(zhì)量％ )
Ti有使鋁合金鑄造組織微細(xì)化、均質(zhì)化(穩(wěn)定化)的效果，出于防止軋制用板坯的鑄錠時(shí)的鑄造裂紋的目的，通常添加O. 02質(zhì)量％以上，若過剩添加，則粗大的金屬間化合物結(jié)晶出來，成為成形時(shí)的裂紋的起點(diǎn)，因此認(rèn)為在O. 15質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)。但是，若添加常用的O. 02質(zhì)量％以上，則在連續(xù)振蕩式激光焊接帶來的熔融時(shí)(660 750°C )，在凝固焊道內(nèi)殘留氣孔缺陷，熔深形成得深，其凝固而發(fā)生異常部。
Ti在金屬塊(含廢料)中作為不可避免的雜質(zhì)含有，如果需要也能夠添加，但總之，本發(fā)明的鋁合金需要將Ti含量限制在低于O. 02質(zhì)量％ (含0%)。Ti含量越少，焊接性越提聞，優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％以下。
(B :低于 20 質(zhì)量 ppm)
B是以防止鋁合金的板坯鑄錠時(shí)的鑄造裂紋防止為目的，通常作為T1-B母合金與 Ti 一起添加的元素。但是,若B含量超過20質(zhì)量ppm,則與所述的Ti同樣,在連續(xù)振蕩式激光焊接的凝固焊道內(nèi)殘留氣孔缺陷，熔深形成得深，其凝固而發(fā)生異常部。
B在金屬塊(含廢料)中作為不可避免的雜質(zhì)含有,如果有需要也能夠添加,但總之，本發(fā)明的鋁合金需要將B含量限制在低于20質(zhì)量ppm(含0% )。B含量越少，焊接性越提聞，優(yōu)選為10質(zhì)量ppm以下。
(Zr 0. 15 質(zhì)量％ 以下，Cr 0. 40 質(zhì)量％ 以下)
Zr、Cr根據(jù)需要作為添加元素或作為不可避免的雜質(zhì)包含在本發(fā)明的鋁合金中， 具有使鋁合金組織微細(xì)化，均質(zhì)化(穩(wěn)定化)的效果。使在焊接時(shí)發(fā)生再凝固時(shí)的再結(jié)晶粒微細(xì)化而能夠避免焊接裂紋，因此優(yōu)選含有Zr :0. 05質(zhì)量％以上或/和Cr :0. 05質(zhì)量％ 以上。
另一方面，若Zr、Cr超過各自的規(guī)定含量，粗大的金屬間化合物結(jié)晶出，容易成為成形時(shí)的裂紋的起點(diǎn)，鋁合金板的成形性降低。因此，Zr含量限制在O. 15質(zhì)量 ％以下(含0% ), Cr含量限制在O. 40質(zhì)量％以下(含0% )。
(Zn :0· 3 質(zhì)量％ 以下)
Zn因?yàn)檎魵鈮旱?，所以在激光焊接時(shí)飛散而容易對(duì)周圍造成污染，使鋁合金板的激光焊接性變差。因此，Zn含量限制在O. 3質(zhì)量％以下。
(屈服強(qiáng)度40 IOOMPa)
本發(fā)明的組成的鋁合金板，退火材(O材)的屈服強(qiáng)度大致為40 lOOMPa。因?yàn)樵撲X合金板為軟質(zhì)，所以容易加工，在通過拉深和引縮加工而成形為電池殼體時(shí)，與現(xiàn)有的 H材相比，成形性優(yōu)異。另外，本發(fā)明的鋁合金板成形性優(yōu)異的情況，能夠增加作為強(qiáng)化元素的Mg、Cu的含量，使伴隨成形加工的加工硬化增進(jìn)，能夠使殼體強(qiáng)度充分提高。作為成形后的殼體強(qiáng)度，能夠確保190 280MPa左右的屈服強(qiáng)度。
(連續(xù)振蕩式激光焊接)
連續(xù)振蕩式激光焊接，焊接部的熔融鋁通過連續(xù)線能量被保溫，為容易流動(dòng)的狀態(tài)，因?yàn)橐允谷廴阡X追隨的方式填補(bǔ)焊接部的凝固收縮的間隙，所以與現(xiàn)有的脈沖激光焊接相比，不會(huì)在焊接部殘留應(yīng)力，難以發(fā)生焊接裂紋。因此，與現(xiàn)有的脈沖激光焊接相比，能夠提高作為強(qiáng)化元素的Mg、Cu的含量的允許上限值，其結(jié)果是，能夠使殼體強(qiáng)度充分提高。
另外，因?yàn)檫B續(xù)振蕩式激光焊接為高輸出功率，所以能夠提高焊接速度，使焊接密封操作的生產(chǎn)率提高，確保充分的熔透深度，因此也可以進(jìn)行厚度厚的電池殼體的焊接。
〔鋁合金板的制造方法〕
接下來，對(duì)于本發(fā)明的鋁合金板的制造方法的一例進(jìn)行說明。
首先，熔化鑄造具有所述組成的鋁合金而制作鑄塊，對(duì)該鑄塊實(shí)施端面銑削后，以 480°C以上且低于所述鋁合金的熔點(diǎn)的溫度實(shí)施均質(zhì)化熱處理。其次，對(duì)于該實(shí)施了均質(zhì)化熱處理的鑄塊進(jìn)行熱軋和冷軋，制作軋制板。然后，將該軋制板加熱至300 450°C的溫度域，實(shí)施保持O. 5小時(shí)以上的退火。
〔電池殼體和二次電池的制造方法〕
接著，對(duì)于使用了本發(fā) 明的鋁合金板的電池殼體的制造方法的一例進(jìn)行說明。
將鋁合金板切斷成規(guī)定的形狀，使用順序進(jìn)給型的擠壓機(jī)，通過拉深加工或引縮加工成形為有底筒形狀。再多次反復(fù)該加工，慢慢增高側(cè)壁面，根據(jù)需要實(shí)施切邊等的加工，成形為規(guī)定的底面形狀和側(cè)壁高度而作為殼體主體部。殼體主體部是上表面開放的有底筒形狀。電池殼體的形狀沒有特別限定，為圓筒形、偏平形的直方體等，遵循二次電池的規(guī)格。引縮加工等形成的殼體主體部的側(cè)壁的板厚減少率(引縮加工率)總計(jì)例如為30 80%。
與殼體主體部相同，能夠使用本發(fā)明的鋁合金板，將該鋁合金板切斷成與殼體主體部的上表面對(duì)應(yīng)的形狀，形成注入口等，作為電池殼體的蓋部。但是，蓋部也能夠由 JISA1050等其他的鋁或鋁合金制作。
在所述殼體主體部?jī)?chǔ)藏二次電池材料(正極材料、負(fù)極材料、隔板等)，在上表面焊接所述蓋部。殼體主體部和蓋部的焊接，通過連續(xù)振蕩式激光焊接進(jìn)行。然后，從注入口向電池殼體注入電解液，密封注入口而成為二次電池。
實(shí)施例1
以下，將確認(rèn)到本發(fā)明的效果的實(shí)施例與不滿足本發(fā)明的要件的比較例進(jìn)行對(duì)比，具體地進(jìn)行說明。
〔供試材作制〕
熔化鑄造表I所示的組成的鋁合金成為鑄塊，對(duì)該鑄塊實(shí)施端面銑削后，以550°C 實(shí)施4小時(shí)的均質(zhì)化熱處理。對(duì)于該進(jìn)行了均質(zhì)化的鑄塊實(shí)施熱軋，再實(shí)施冷軋，作為板厚1.Omm的鋁合金板。將冷軋后的軋制板加熱至370°C，在該溫度下保持4小時(shí)的分批式退火， 作為特性評(píng)價(jià)的板材(O材)。
[表 I]
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)振蕩式激光焊接的焊接性優(yōu)異的電池殼體用鋁合金板，其特征在于，是如下的退火材含有Mn :0. 5 1. 5質(zhì)量％、Mg :0. 2 1. 5質(zhì)量％、Cu :0.1 1. O質(zhì)量％，余量是Al和不可避免的雜質(zhì)，屈服強(qiáng)度值為40 lOOMPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)振蕩式激光焊接的焊接性優(yōu)異的電池殼體用鋁合金板，其特征在于，作為添加元素或作為不可避免的雜質(zhì)，含有S1:0. 6質(zhì)量％以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)振蕩式激光焊接的焊接性優(yōu)異的電池殼體用鋁合金板，其特征在于，作為添加元素或作為不可避免的雜質(zhì)，含有T1:低于O. 02質(zhì)量％、B :低于20質(zhì)量ppm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)振蕩式激光焊接的焊接性優(yōu)異的電池殼體用鋁合金板，其特征在于，作為添加元素或作為不可避免的雜質(zhì)，含有Zr :0. 15質(zhì)量％以下、Cr :0. 40質(zhì)量％以下中的I種以上的元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)振蕩式激光焊接的焊接性優(yōu)異的電池殼體用鋁合金板，其特征在于，作為添加元素或作為不可避免的雜質(zhì)，含有Zr :0. 15質(zhì)量％以下、Cr :0. 40質(zhì)量％以下中的I種以上的元素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)振蕩式激光焊接的焊接性優(yōu)異的電池殼體用鋁合金板，其特征在于，作為不可避免的雜質(zhì)，含有Fe :0. 8質(zhì)量％以下、Zn :0. 3質(zhì)量％以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)振蕩式激光焊接的焊接性優(yōu)異的電池殼體用鋁合金板，其特征在于，作為不可避免的雜質(zhì)，含有Fe :0. 8質(zhì)量％以下、Zn :0. 3質(zhì)量％以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)振蕩式激光焊接的焊接性優(yōu)異的電池殼體用鋁合金板，其特征在于，作為不可避免的雜質(zhì)，含有Fe :0. 8質(zhì)量％以下、Zn :0. 3質(zhì)量％以下。
9.一種電池殼體,其特征在于，由權(quán)利要求1或2所述的電池殼體用招合金板構(gòu)成。
10.一種電池殼體，其特征在于，由權(quán)利要求5、7或8中任一項(xiàng)所述的電池殼體用鋁合金板構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明課題在于，得到一種用于制造電池殼體的成形性優(yōu)異，能夠確保成形后充分的殼體強(qiáng)度，且具有優(yōu)異的焊接性的電池殼體用鋁合金板。一種電池殼體用鋁合金板，其含有Mn0.5～1.5質(zhì)量％、Mg0.2～1.5質(zhì)量％、Cu0.1～1.0質(zhì)量％，余量由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，是屈服強(qiáng)度值為40～100MPa的O材(退火材)。該鋁合金板在成形為電池殼體后，與蓋材通過連續(xù)振蕩式激光進(jìn)行焊接。該鋁合金作為添加元素或作為不可避免的雜質(zhì)，能夠含有Si0.6質(zhì)量％以下、Fe0.8質(zhì)量％以下、Ti0.02質(zhì)量％以下、B20質(zhì)量ppm以下、Zr0.15質(zhì)量％以下、Cr0.40質(zhì)量％以下、Zn0.3質(zhì)量％以下。
文檔編號(hào)C22C21/00GK103045912SQ20121036398
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者小林一德, 松本剛 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所