成形性、散熱性和焊接性優(yōu)良的電池殼體用鋁合金板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于鋰離子電池等二次電池用容器的成形性、散熱性以及焊接性優(yōu)良 的鋁合金板。
【背景技術(shù)】
[0002] Al-Mn系的3000系合金由于強(qiáng)度、成形性和激光焊接性比較優(yōu)良，因此逐漸被用 作制造鋰離子電池等二次電池用容器時(shí)的原材料。在成形為所希望的形狀后通過(guò)激光焊接 進(jìn)行密封，作為二次電池用容器使用。以上述3000系合金和現(xiàn)有的3000系合金為基礎(chǔ)，還 進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了提高了強(qiáng)度和成形性的二次電池容器用鋁合金板。
[0003] 例如專利文獻(xiàn)1中，記載了具有以下特征的方形電池殼體用鋁合金板：作為鋁合 金板的組成具有JISA3003所規(guī)定的組成，制耳率為8%以下，重結(jié)晶晶粒的平均粒徑為 50ym以下的同時(shí)，電導(dǎo)率在45IACS%以下。
[0004] 另一方面，作為電池殼體，還開(kāi)發(fā)了在高溫內(nèi)壓負(fù)荷時(shí)耐膨脹性優(yōu)良的電池殼體 用鋁合金板。專利文獻(xiàn)2中，記載了具有以下特征的耐高溫膨脹性優(yōu)良的電池殼體用鋁合 金板：含有MnO. 8~2. 0% (質(zhì)量％，以下相同），且作為雜質(zhì)的Fe量限制在0. 6%以下、Si 量限制在0. 3%以下，剩余部分由Al以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并且Mn固溶量在0. 75%以 上且Mn固溶量與Mn添加量的比在0. 6以上，而且屈服強(qiáng)度值在185~260N/mm2的范圍內(nèi)。
[0005] 進(jìn)一步，專利文獻(xiàn)3中記載了具有以下特征的成形性和耐蠕變性優(yōu)良的密閉型 方形電池用鋁合金制殼體材料的制造方法：對(duì)含有0. 5~1. 5%的Mn、0. 1~0. 5%的Si、 0. 3~1. 0%的Fe、剩余部分由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋁合金鑄塊實(shí)施熱軋以及冷軋， 在上述冷軋后保存450°C以上的溫度，之后實(shí)施以1°C/秒以上的冷卻速度冷卻至200°C的 退火處理。
[0006] 但是，已知在將3000系合金作為基底且對(duì)其組成進(jìn)行了改良的鋁合金板中，有時(shí) 會(huì)產(chǎn)生異常焊珠，在激光焊接性上存在問(wèn)題。于是，還開(kāi)發(fā)了將1000系作為基底的激光焊 接性優(yōu)良的二次電池容器用鋁合金板。專利文獻(xiàn)4中，記載了一種在激光焊接A1000系鋁材 時(shí)，不產(chǎn)生特別參差不齊的焊珠的、激光焊接性優(yōu)良的鋁合金板。由此，在鋁合金板中含有 0.02~0. 10質(zhì)量％的51，F(xiàn)e含量限制在0.30質(zhì)量％以下，剩余部分由Al以及不可避免 的雜質(zhì)構(gòu)成，圓當(dāng)量直徑為1. 5~6. 5ym的金屬間化合物粒子的個(gè)數(shù)限制在1000~2400 個(gè)/W0
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第3620955號(hào)公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利第3843368號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利第4244252號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)4 :日本專利特開(kāi)2009-256754號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0014] 確實(shí)，雖然1000系焊接性穩(wěn)定、成形性優(yōu)良，但存在強(qiáng)度低的問(wèn)題。因此，在鋰離 子電池的大型化的過(guò)程中，預(yù)計(jì)還要求高強(qiáng)度特性，直接使用1000系的鋁板材時(shí)還存在問(wèn) 題。
[0015] 如上所述，3000系的合金板的情況下，雖然可獲得強(qiáng)度和高溫內(nèi)壓負(fù)荷時(shí)的耐膨 脹性，但是與1000系的合金板相比，有成形性較差、異常焊珠數(shù)多的傾向。此外，在鋰離子 電池的大型化的過(guò)程中，預(yù)計(jì)來(lái)自充放電時(shí)的鋰離子電池的發(fā)熱量增加，還要求散熱特性 優(yōu)良。而且，通常3000系鋁合金板的Mn固溶量高，作為大型鋰離子電池容器由于其成分組 成而有時(shí)屈服強(qiáng)度過(guò)高，還存在沖壓成形后容易發(fā)生彈性變形恢復(fù)，不能穩(wěn)定為規(guī)定的設(shè) 計(jì)形狀的、所謂的形狀凍結(jié)性的問(wèn)題。
[0016] 本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而提出的發(fā)明，其目的是提供一種具有能夠用于大型 鋰離子電池容器的散熱特性，且成形性、形狀凍結(jié)性優(yōu)良，激光焊接性也優(yōu)良的3000系鋁 合金板。
[0017] 解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0018] 本發(fā)明的成形性、焊接性優(yōu)良的電池殼體用鋁合金板為了實(shí)現(xiàn)該目的，具有以下 成分組成且電導(dǎo)率設(shè)為超過(guò)45%IACS;所述成分組成是：含有超過(guò)0. 2且低于1. 4質(zhì)量％ 的Fe、0. 5~2. 0質(zhì)量％的此、超過(guò)0. 2至I. 1質(zhì)量％的51、0. 05~1.0質(zhì)量％的&1，剩余 部分由Al以及雜質(zhì)構(gòu)成，Mg低于0. 05質(zhì)量％。
[0019] 在作為冷軋退火材料的情況下，0.2%屈服強(qiáng)度在3010^以上且低于8510^，金相 中的圓當(dāng)量徑為2ym以上的第二相粒子數(shù)低于1800個(gè)/mm2。此外，在作為冷軋材料的情 況下，0.2%屈服強(qiáng)度在9010^以上且低于18010^，金相中的圓當(dāng)量徑為2 11111以上的第二相 粒子數(shù)低于1800個(gè)/mm2。
[0020] 作為上述冷軋退火材料的制造方法，優(yōu)選將具有上述化學(xué)組成的鋁合金熔液通過(guò) 雙帶式連續(xù)鑄造機(jī)鑄造為5~IOmm的薄平板，不實(shí)施熱軋而是直接卷取在輥上，實(shí)施冷軋 以達(dá)到最終板厚，再實(shí)施最終退火處理。
[0021] 此外，作為上述冷軋材料的制造方法，優(yōu)選將具有上述化學(xué)組成的鋁合金熔液通 過(guò)雙帶式連續(xù)鑄造機(jī)鑄造為5~IOmm的薄平板，不實(shí)施熱軋而是直接卷取在輥上，對(duì)其實(shí) 施冷軋，在適當(dāng)?shù)陌搴裣聦?shí)施中間退火，再實(shí)施最終冷軋率為5~20%的最終冷軋。
[0022] 發(fā)明的效果
[0023] 由于本發(fā)明的鋁合金板在具有高熱傳導(dǎo)性的同時(shí)，成形性也優(yōu)良，且具有優(yōu)良的 激光焊接性，因此可以以低成本來(lái)制造密閉性能優(yōu)良且提高了散熱特性的二次電池用容 器。
[0024] 尤其在冷軋退火材料的情況下，由于在呈現(xiàn)10%以上的伸長(zhǎng)率、體現(xiàn)優(yōu)良的焊接 性的同時(shí)，屈服強(qiáng)度在30MPa以上且低于85MPa，因此沖壓成形時(shí)的彈性變形恢復(fù)得到抑 制，其結(jié)果是形狀凍結(jié)性也優(yōu)良。
[0025] 此外在冷軋材料的情況下，由于在呈現(xiàn)3%以上的伸長(zhǎng)率值、體現(xiàn)優(yōu)良的成形性的 同時(shí)，屈服強(qiáng)度在90MPa以上且低于180MPa，因此沖壓成形時(shí)的彈性變形恢復(fù)得到抑制，其 結(jié)果是形狀凍結(jié)性也優(yōu)良。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是對(duì)焊接缺陷數(shù)量的測(cè)定/評(píng)價(jià)方法進(jìn)行說(shuō)明的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 二次電池通過(guò)在容器內(nèi)放入電極體后，利用焊接等蓋上蓋子并密封來(lái)進(jìn)行制造。 如果將這樣的二次電池用于移動(dòng)電話等中，則有時(shí)在充電時(shí)容器內(nèi)部的溫度會(huì)上升。為此， 存在如果形成容器的材料的熱傳導(dǎo)性低則散熱特性變差，進(jìn)而導(dǎo)致鋰離子電池的短壽命化 的問(wèn)題。因此，作為所使用的材料，要求具有高熱傳導(dǎo)性。
[0028] 此外，由于作為形成容器的方法通常使用沖壓法，因此要求使用的材料本身具有 優(yōu)良的沖壓成形性。而且，也預(yù)計(jì)今后將加速在大型鋰離子電池容器中的原材料的薄壁化。 當(dāng)然，如果原材料發(fā)生薄壁化，則在沖壓成形后容易發(fā)生彈性變形恢復(fù)，難以得到規(guī)定的設(shè) 計(jì)形狀的問(wèn)題有可能變得明顯。因此，要求所使用的材料自身具有優(yōu)良的形狀凍結(jié)性。
[0029] 而且，作為蓋上蓋子并密封的方法，使用焊接法，因此還要求焊接性優(yōu)良。而且，作 為制造二次電池用容器等時(shí)的焊接法，采用激光焊接法的情況較多。由于本發(fā)明的3000系 鋁合金板具有高熱傳導(dǎo)性，因此在對(duì)沖壓成形而得的容器和蓋子進(jìn)行脈沖激光接合的情況 下，需要提高每個(gè)脈沖的能量，在更嚴(yán)酷的條件下進(jìn)行接合。然而，如果在這樣的比較嚴(yán)苛 的條件下進(jìn)行激光焊接，則存在在焊接焊珠上產(chǎn)生切口（7 ''一力V卜，undercut)、或 稱為氣孔的焊接缺陷的問(wèn)題。
[0030] 通過(guò)這樣的脈沖激光的照射，推測(cè)接合中的焊接焊珠的表面溫度局部達(dá)到2000°C 以上的高溫。鋁為高反射材料，反射激光射束的約7成。另一方面，存在于鋁合金板的表面 附近的第二相粒子，如Al-(FeWn)-Si等金屬間化合物，與母相的鋁相比，即使在室溫下其 比熱、熱傳導(dǎo)率也小，溫度優(yōu)先上升。這些金屬間化合物的熱傳導(dǎo)率隨著溫度上升而進(jìn)一步 降低，其光吸收率以加速度上升，僅金屬間化合物被急劇加熱熔化。脈沖激光的一次脈沖的 照射時(shí)間是稱為毫微秒、飛秒的非常短的時(shí)間。因此，基質(zhì)的a-Al熔化并向液相進(jìn)行相轉(zhuǎn) 移時(shí)，由于Al-(Fe?Mn)-Si等金屬間化合物先一步到達(dá)沸點(diǎn)而蒸發(fā)，因此體積急劇膨脹。
[0031] 于是本發(fā)明中，對(duì)冷軋退火材料采用將具有特定化學(xué)組成的鋁合金熔液通過(guò)雙帶 式連續(xù)鑄造機(jī)鑄造為5~IOmm的薄平板，不實(shí)施熱乳而是直接卷取在棍上的制造方法。通 過(guò)雙帶式連續(xù)鑄造機(jī)鑄造5~IOmm的薄平板時(shí)，由于在鑄塊厚度1/4附近的冷卻速度為 40~200°C/秒左右，所以可得到具有Al-(Fe^MrO-Si等金屬間化合物細(xì)小地分散的金相 的薄平板。其結(jié)果是，可將最終板的金相中的圓當(dāng)量徑為2ym的第二相粒子數(shù)限制為低于 1800個(gè)/mm2,可減少在激光焊接部產(chǎn)生的焊接缺陷數(shù)。
[0032] 但是，這樣的狀態(tài)下基質(zhì)中的Mn、Si等的固溶量過(guò)高，所以雖然能夠充分確保高 溫內(nèi)壓負(fù)荷時(shí)的耐膨脹性，但會(huì)形成成形性、熱傳導(dǎo)性差的最終板。于是，采用：（1)對(duì)卷取 的輥實(shí)施冷軋以達(dá)到最終板厚，再實(shí)施最終退火處理的制造方法；或者（2)對(duì)卷取的輥實(shí) 施冷軋，在適當(dāng)?shù)陌搴裣聦?shí)施中間退火，再實(shí)施最終冷軋率為5~20%的最