CN101135020A - 电池壳体用铝合金板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有充分的强度与优良的蠕变特性的，拉深－减薄拉深性优良的，可用激光焊接进行封口处理的，且适于能够抑制充放电循环时壳体厚度增加的方形锂离子电池壳体使用的电池壳体用铝合金板及其制造方法，其特征在于，包括Mg：0.2～0.8％、Cu：0.4～1.5％、Mn低于0.4％；作为杂质将Si控制在0.2％以下、Fe控制在0.4％以下；余量为Al及不可避免的杂质。

Description

电池壳体用铝合金板及其制造方法

技术领域

本发明涉及电池壳体用铝合金板，详细地说，涉及适合作为携带电话或笔记本电脑使用的方形锂离子电池等的壳体用的铝合金板及其制造方法。

背景技术

在携带电话或笔记本电脑中组装的部件，强烈希望其质轻，因此，对于其中使用的方形锂离子电池的壳体材料，也要用A3003铝合金板代替起初的钢板或不锈钢板。方形电池的壳体采用激光焊接技术，用纯铝或铝合金板封口。

将多个工序的拉深及减薄拉深加以组合而成型的方形电池壳体中，Al-Mn类A3003铝合金，是可以保持光泽的美丽的表面状态，同时能够使壳体薄壁化的原材料，薄壁化是直接使电池内容积增加，谋求电池特性高容量化的重要因素。

但是，反复进行充放电的锂离子电池，其在反应时有时候内压会上升，温度也会上升。由于电池壳体用材料要承受因其使用环境而产生的内部压力所引起的拉伸应力，在这种使用环境下，Al-Mn类铝合金板材发生蠕变(クリ—プ)变形，作为结果会产生电池壳体的厚度增加(膨胀)的问题。当该厚度变形量大时，则存在对仪器产生影响(故障、破损等)之虑。

近几年来，对锂离子电池要求更加轻量化、高容量化，对方形电池壳体也要求进一步的薄壁化。如上所述，薄壁化是谋求电池特性高容量化的重要因素，在保持电池壳体的外形尺寸的同时增加内容积、或相同容量下的小型化已成为研究课题。另外，对厚度的允许误差也逐年严格，因此要求原材料高性能化。

所谓原材料的必要性能，可以举出：(1)蠕变变形难；(2)壳体成型时的可拉深一减薄拉深；(3)采用激光焊进行焊接时不产生破裂等缺陷。此前，有人提出几种除Mn外添加Mg或Cu的电池壳体用铝合金板材(例如，日本特许公开2004-232009号公报、日本特许公开2005-336540号公报)，但任何一种其蠕变特性或激光焊接性等作为方形电池壳体用材料所要求的性能未必充分。

另外，本发明人等此前提出过一种电池壳体用铝合金板，其在添加Mn、Mg、Cu的电池壳体用铝合金板材中，通过与特定量的Mn、Mg、Cu组合以及控制杂质量，而具有经过改善的蠕变特性，但是经验告诉我们，即使在这些电池壳体用材料中，因使用环境的不同，蠕变特性也未必充分，并会发生电池壳体的厚度增加(膨胀)的问题。

发明内容

本发明人等对上述提案的电池壳体用铝合金板中的Mn、Mg、Cu的含量及其组合，进行了进一步悉心试验和探讨，结果发现通过进一步减少Mn含量可以得到作为电池壳体的充分的强度与优良的特性的组合。

本发明是基于上述发现而作出的，其目的在于，提供一种作为电池壳体具有充分的强度与优良的蠕变特性的，拉深一减薄拉深性优良的，可以用激光焊接进行封口处理的，且适于能够抑制充放电循环时壳体厚度增加的方形锂离子电池壳体使用的电池壳体用铝合金板及其制造方法。

本发明用于达成上述目的的技术方案1涉及一种电池壳体用铝合金板，其特征在于，包括Mg：0.2～0.8％(质量％，以下相同)、Cu：0.4～1.5％、Mn：低于0.4％；作为杂质将Si控制在0.3％以下、Fe控制在0.4％以下；余量为Al及不可避免的杂质。

技术方案2涉及的电池壳体用铝合金板，其特征在于，在技术方案1中还含有Zr：0.01～0.2％、Cr：0.01～0.3％、V：0.01～0.2％中的1种或2种以上。

技术方案3涉及的电池壳体用铝合金板，其特征在于，在技术方案1或2中，上述Mg与Cu的含量比为Mg％/Cu％在0.6以下。

技术方案4涉及的电池壳体用铝合金板，其特征在于，在技术方案1～3的任何一项中，还含有Ti：0.01～0.2％、B：5～100ppm。

技术方案5涉及一种电池壳体用铝合金板的制造方法，其特征在于，在具有上述技术方案1～4中任何一项所述的组成的电池壳体用铝合金板的制造中，将最终的冷轧加工度设定为10～70％，然后，于100～300℃的温度下实施热处理。

按照本发明，可以提供一种作为电池壳体具有充分的强度与优良的蠕变特性的，拉深—减薄拉深性优良的，可以用激光焊接进行封口处理的，并适于能够抑制充放电循环时壳体厚度增加的方形锂离子电池壳体使用的电池壳体用铝合金板及其制造方法。

具体实施方式

对本发明的电池壳体用铝合金板中的合金成分的意义及其限定理由加以说明。

Mg：Mg是用于提高强度，同时提高成型性的有效元素。Mg的优选含量在0.2～0.8％的范围，当低于0.2％时，强度及成型性的提高效果不充分，当Mg含量过多时，激光焊接性劣化，故优选将Mg含量控制在低于0.8％。Mg的更优选的含量范围为0.3～0.6％。

Cu：Cu是用于提高强度或蠕变特性的有效元素。Cu的优选含量在0.4～1.5％的范围，当Cu的含量低于0.4％时，强度或蠕变特性提高的效果不充分，当Cu增多时，激光焊接性降低，故优选控制在1.5％以下。Cu的更优选的含量范围为0.4～1.2％，尤其优选的含量范围为0.7～1.0％。

另外，由于Mg与Cu有相互作用，故希望Mg与Cu的含量比Mg％/Cu％在0.6以下。

Mn：Mn是用于提高强度的有效元素。另外，具有使减薄拉深加工时的板表面性质达到良好状态的功能。但是，当Mn的含量超过0.4％时，蠕变特性因使用环境而有时会发生劣化，且铸造性也降低。Mn的优选含量为低于0.4％的范围。Mn的更优选的含量范围在0.2％以下。

Si：Si作为杂质而含有。当Si量超过0.3％时，成型性恶化，故希望控制在0.3％以下。另外，为降低Si量必需采用高纯度的Al板胚(地金)，这将导致制造成本的上升，故优选在0.05～0.2％的范围。

Fe：Fe作为杂质而含有。当Fe量超过0.4％时，成型性恶化，故希望控制在0.4％以下。另外，为降低Fe量，必需采用高纯度的Al板胚，这将导致制造成本的上升，故优选其在0.1～0.3％的范围。

Zr、Cr、V：Zr、Cr及V是用于提高蠕变特性的同时使组织细微化，并提高成型性有效元素。优选的含量是Zr：0.01～0.2％、Cr：0.01～0.3％、V：0.01～0.2％的范围，若低于各自的下限时，则上述效果不充分，若含量分别超过上限时，则铸造时生成粗大的化合物，使成型性降低。

Ti、B：Ti及B具有使晶粒细微化，防止成型加工时破裂、表面粗糙等的功能。优选的含量是Ti：0.01～0.2％、B：5～100ppm的范围，若低于各自的下限时，则上述效果不充分，若含量分别超过上限时，则铸造时生成粗大的化合物，使成型性降低。

本发明的电池壳体用铝合金板，是按通常的方法对进行造块的铸锭进行均质化处理、热轧后，进行或不进行冷轧，然后进行以重结晶为目的的中间热处理，再进行最终的冷轧而制造。

此时，最终冷轧加工度优选达到10～70％。当冷轧加工度低于10％时，则有时作为电池壳体的罐体强度会不足，当冷轧加工度超过70％时，由于材料强度增高，变形能力也降低，故不耐方形壳体成型中的多段减薄拉深加工，壳体易破裂。更优选的最终冷轧加工度为20～60％的范围。最终冷轧加工后，通过再于100～300℃下进行热处理，可以缓和加工变形，提高成型性、蠕变特性。

按上述方法制造的铝合金板材，通过多段减薄拉深加工，能够不发生壳体破裂或外观污染而成型为方形壳体，采用通常的激光焊接进行封口处理后也不发生裂缝或针孔，具有优良的蠕变特性。

实施例

下面，把本发明的实施例与比较例加以对比进行说明，验证其效果。这些实施例表示本发明的一实施方案，本发明又不限于此。

实施例1

对具有表1所示的组成的铝合金，采用半连续铸造进行造块，所得到的铸锭经过均质化处理、热轧、冷轧、中间退火、最终冷轧的工序，制成厚度0.5mm的板。将最终冷轧加工度设定为30％，然后于280℃下进行热处理。将所得到的板材作为试验材料，按以下的方法评价拉伸性能、成型性、激光焊接性、蠕变特性。将其结果示于表2中。还有，表1中，处于本发明条件以外的情形的用下划线表示。

拉伸性能：制作JIS5号试片，于室温下进行拉伸试验，拉伸强度超过180MPa者、伸长率超过3％者为合格。拉伸强度为180MPa以下者，强度不足，伸长率为3％以下者及耐力为250MPa以上者，成型性差，为不合格。

成型性：将壁面的减薄拉深加工率定为55％，成型成厚度8mm、宽度35mm、高度50mm的方形壳体，不发生破裂或表面粗糙者为合格(○)、发生破裂或表面粗糙者为不合格(×)。

激光焊接性：采用与试验材料同样板厚的A1100-○材，进行对接焊，焊道部不发生微小裂缝者为合格(○)，发生微小裂缝者为不合格(×)。

蠕变特性：采用达到与上述成型性评价中成型的方形壳体壁面同样板厚的冷轧板，进行于95℃的温度下施加100MPa应力200小时的蠕变试验，测定其变形量。蠕变试验后的变形率0.2％以下者为合格(○)，超过0.2％者为不合格(×)。

表1

合金	组成(质量％)
											Mg	Cu	Mn	Si	Fe	Zr	Cr	V	Ti	B
	1	0.4	0.9	0.1	0.15	0.25	-	-	-	-											-
2											0.4	0.9	0.02	0.14	0.28	-	-	-	0.02	30
	3	0.5	0.8	0.3	0.15	0.25	-	-	-	0.02											30
4											0.5	1.1	0.2	0.20	0.21	-	-	-	0.02	30
	5	0.6	0.9	0.1	0.15	0.25	0.14	-	-	0.02											30
6											0.5	0.9	0.1	0.15	0.25	-	0.12	-	0.02	30
	7	0.4	0.8	0.1	0.15	0.25	-	-	0.15	0.02											30
8											0.1	0.9	0.2	0.15	0.25	-	-	-	0.02	30
	9	0.5	0.2	0.2	0.15	0.25	-	-	-	0.02											30
10											1.5	0.9	0.2	0.15	0.25	-	-	-	0.02	30
	11	0.5	1.8	0.2	0.15	0.25	-	-	-	0.02											30
12											0.4	0.9	1.3	0.15	0.25	-	-	-	0.02	30
	13	0.5	0.9	0.2	0.15	0.25	0.35	-	-	0.02											30
14											0.5	0.9	0.2	0.15	0.25	-	-	-	0.3	30

(表注)B量为ppm

表2

试验材料	合金	拉伸强度(Mpa)	耐力(Mpa)	伸长率(％)	成型性	激光焊接性	蠕变变形率(％)
								1	1	210	171	5	O	○	0.16(○)
2	2	192	166	6	○	○	0.16(○)
								3	3	223	188	5	O	○	0.17(○)
4	4	241	201	4	○	○	0.16(○)
								5	5	238	207	5	○	○	0.17(○)
6	6	236	206	6	○	○	0.18(○)
								7	7	238	204	5	○	○	0.17(○)
8	8	162	138	4	○	○	0.24(×)
								9	9	158	143	5	○	○	0.28(×)
10	10	265	238	5	×	×	0.17(○)
								11	11	272	246	6	×	×	0.16(○)
12	12	262	234	5	○	○	0.32(×)
								13	13	235	211	4	×	○	0.19(○)
14	14	232	209	4	×	○	0.19(○)

如表2所示，本发明的试验材料1～7，任何一种的拉伸强度均具有超过180MPa的高强度，而且，其耐力低于250MPa、伸长率超过3％，具有良好的成型性，也具有优良的蠕变特性，激光焊接性也优良。

与此相比，试验材料8由于Mn量少，试验材料9由于Cu量少，其任何一种的拉伸强度都不充分，蠕变特性也差。试验材料10由于Mg量多，试验材料11由于Cu量多，其任何一种的成型性、激光焊接性都差。试验材料12由于Mn量多，蠕变特性差。试验材料13及试验材料14，由于各自的Zr、Ti添加量过多，成型性差。

Claims (6)

1.一种电池壳体用铝合金板，其特征在于，包括Mg：0.2～0.8质量％、Cu：0.4～1.5质量％、Mn：低于0.4质量％；且作为杂质将Si控制在0.3质量％以下、Fe控制在0.4质量％以下；且余量为Al及不可避免的杂质。

2.按照权利要求1所述的电池壳体用铝合金板，其特征在于，还含有Zr：0.01～0.2质量％、Cr：0.01～0.3质量％、V：0.01～0.2质量％中的1种或2种以上。

3.按照权利要求1所述的电池壳体用铝合金板，其特征在于，上述Mg与Cu的含量比为Mg质量％/Cu质量％在0.6以下。

4.按照权利要求2所述的电池壳体用铝合金板，其特征在于，上述Mg与Cu的含量比为Mg质量％/Cu质量％在0.6以下。

5.按照权利要求1～4中任何一项所述的电池壳体用铝合金板，其特征在于，还含有Ti：0.01～0.2质量％、B：5～100ppm。

6.一种电池壳体用铝合金板的制造方法，其特征在于，在具有权利要求1～5中的任何一项所述的组成的铝合金板的制造中，将最终冷轧加工度设定为10～70％，然后，在100～300℃的温度下实施热处理。