JP2004232009A

JP2004232009A - 電池ケース用アルミニウム合金板およびその製造方法ならびにアルミニウム合金製電池ケース

Info

Publication number: JP2004232009A
Application number: JP2003020316A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kobayashi; 一徳小林; Kozo Hoshino; 晃三星野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】薄肉化しても、絞り加工およびしごき加工の際に破断が生じることのない成形性を備えていると共に、電池ケースに成形加工された後に、この電池ケース内部の圧力が上昇した場合でも膨れによる変形量を小さく抑えることができる耐圧性を高くした電池ケース用アルミニウム合金板およびその製造方法ならびにアルミニウム合金製電池ケースを提供する。
【解決手段】電池ケース用アルミニウム合金板は、Ｃｕを０．２質量％を超えて０．５質量％まで、Ｍｇを０．１質量％から０．８質量％まで、およびＭｎを０．６質量％から１．５質量％まで含み、更に、Ｓｉを０．０５質量％から０．５質量％まで、Ｆｅを０．１質量％から１．０質量％まで含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成を有し、かつ、前記組成を有する板材の硬度がビッカース硬さで６８以上８５以下となるように構成した。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池ケース等の電池ケース用アルミニウム合金板に関し、特に、高い強度および優れた成形性が付与され、応力緩和性、耐圧性（耐膨れ性）に優れた電池ケース用アルミニウム合金板およびその製造方法ならびにアルミニウム合金製電池ケースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話やハンディパーソナルコンピュータ等の電源として搭載されているリチウムイオン２次電池には、通常、Ｎｉめっき鋼板またはステンレス鋼板等の金属材料に複数の絞り加工の工程と、しごき加工の工程とを適宜に組み合わせたプレス加工等の成形加工が施されて形成された電池ケースが使用されている。
【０００３】
このようなリチウムイオン２次電池における近時の要求によれば、単位質量当たりのエネルギ出力密度の向上を図ることであり、これを実現するためにリチウムイオン２次電池（以下、単に「電池」という。）の電池ケース（以下、単に「電池ケース」という。）に対して一層の小型化と軽量化を図ることが要求されている。そこで、この電池ケースのより一層の小型化と軽量化とを目的として、この電池ケースにＪＩＳＡ３００３合金等の軽量性と強度とを備えたアルミニウム合金が一部採用されている。
【０００４】
ところで、このような電池ケースでは、電池の充電や放電が行なわれる際に電池ケースの内部の圧力が上昇する。また、夏季において、このような電池ケースが搭載された電子機器を自動車内等の高温環境下に長時間放置したような場合には、電池ケース自体が６０乃至９０℃にも達し、電池ケース用材料自体の内部応力が緩和される。その結果、電池ケースが膨れて変形し、場合によっては電池ケースが破損すると言った問題が生じる。このため、電子機器の性能を損ねる恐れもある。
【０００５】
そこで、このような電池ケースに要求される特性として、電池の充電および放電時はもとより、高温環境下で使用される状況を想定して、これらの使用状況で電池ケースの内圧が上昇した場合にも、電池ケースが所期の形状を保持できることが挙げられる。その一方で、電池の小型化や軽量化および低コスト化を図るべく、電池ケースの薄肉化を図ることが強く要求されている。
【０００６】
しかしながら、このような電池ケースに適用可能なアルミニウム合金素材として前記したＪＩＳＡ３００３合金等を使用し、電池ケースの軽量化を図るべくこのアルミニウム合金素材の板厚をある程度薄くすると、変形が生じ易くなり、その結果、電池ケースの耐圧性（耐膨れ性）が低下して比較的小さな内部圧力が作用しても膨れが生じ易くなるという問題が発生する。
【０００７】
すなわち、従来のＪＩＳＡ３００３合金等のアルミニウム合金素材では、電池ケースで所望とされている軽量化を目指して薄肉化を図ると所要の耐圧性（耐膨れ性）が得られなくなるといったように素材の薄肉化と耐圧性（耐膨れ性）とが二律背反的な関係にあるため、電池ケースに対してアルミニウム合金素材の薄肉化と耐圧性（耐膨れ性）とを両立させて満足させることは困難であった。
【０００８】
このため、ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金にＣｕ等を添加することによりアルミニウム合金の強度を向上させて、このアルミニウム合金板の板厚を薄肉化して電池ケースの軽量化を可能とする技術が開示されている。この技術によれば、所要の強度を確保してある程度の軽量化が可能となり、しかも所要の成形性を有したアルミニウム合金が得られるようになる（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２８４０１４号公報（第２頁２〜１６行）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池ケースとして成形された加工後の側壁部の硬度は、ビッカース硬さで７０以下という値であることが測定されており、この場合、温度上昇しなくても内圧が加わることにより塑性変形が進行し、膨れが生じる。また、電池ケース材料の内部応力の緩和も大きく耐圧性（耐膨れ性）に劣るものであった。また、Ｍｇの添加により強度を高めたものも存在するが、加工硬化性が高まるため、しごき加工性が低下してしまう。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、アルミニウム合金素材を薄肉化しても、絞り加工およびしごき加工の際に破断が生じることのない成形性を備えていると共に、電池ケースに成形加工された後に、充放電あるいは６０乃至９０℃程度への温度上昇により、この電池ケース内部の圧力が上昇した場合でも、電池ケースの膨れによる変形量を小さく抑えることが可能な、成形性、応力緩和性および耐圧性（耐膨れ性）に優れた電池ケース用アルミニウム合金板およびその製造方法ならびにアルミニウム合金製電池ケースを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金の組成で、強度上昇に寄与するＣｕ、Ｍｇ、Ｍｎの含有量を所定の範囲内に規制するとともに、アルミニウム合金中の化合物形成に寄与するＳｉおよびＦｅの含有量を所定の範囲内に規制し、なおかつこのような組成を有するアルミニウム合金で、加工前のアルミニウム合金板材の硬さおよび加工後の電池ケースの側壁硬度が所定の範囲にあるように構成することによって、超硬質にして、優れた成形性（高いしごき加工性）が得られ、電池ケースに加工した後、使用環境温度下での内部応力の緩和を抑えることが可能となることを知見して前記課題を解決することができることを見い出した。
【００１３】
すなわち、前記課題を解決するための本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板は、Ｃｕを０．２質量％を超えて０．５質量％まで（０．２＜Ｃｕ≦０．５）、Ｍｇを０．１質量％から０．８質量％まで（０．１≦Ｍｇ≦０．８）、およびＭｎを０．６質量％から１．５質量％まで（０．６≦Ｍｎ≦１．５）含み、更に、Ｓｉを０．０５質量％から０．５質量％まで（０．０５≦Ｓｉ≦０．５）、Ｆｅを０．１質量％から１．０質量％まで（０．１≦Ｆｅ≦１．０）含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成を有し、かつ、前記組成を有する板材の硬度がビッカース硬さで６８以上８５以下となるように構成した（請求項１）。
【００１４】
このように構成すれば、アルミニウム合金中、強度に寄与するＣｕ、Ｍｇ、Ｍｎの含有量を所定の範囲内に規制して適正化し、さらにアルミニウム合金中に化合物を形成させて成形性に寄与するＳｉおよびＦｅの両方の含有量を所定の範囲内に規制して適正化し、なおかつアルミニウム合金板材のビッカース硬さを所定の範囲内に規制したので、電池ケースに成形された際に使用環境温度下での内部応力の緩和が抑制され、アルミニウム合金板を薄肉化しても、所定の強度と成形性、応力緩和性並びに所望の耐圧性（耐膨れ性）を有する電池ケース用アルミニウム合金板が具現化される。また、板材の硬度を６８以上８５以下とすることにより、絞りしごき加工成形機（以下、単に「加工機」という。）での成形が安定する。
【００１５】
また、アルミニウム合金製電池ケースとしては、Ｃｕを０．２質量％を超えて０．５質量％まで、Ｍｇを０．１質量％から０．８質量％まで、およびＭｎを０．６質量％から１．５質量％まで含み、更に、Ｓｉを０．０５質量％から０．５質量％まで、Ｆｅを０．１質量％から１．０質量％まで含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成を有し、かつ、前記組成を有する板材の硬度がビッカース硬さで６８以上８５以下となる電池ケース用アルミニウム合金板を用い、その電池ケース用アルミニウム合金板を打ち抜いた直径が６０ｍｍのブランク板から絞りしごき加工を行い側壁高さが５０ｍｍの電池ケースとした際に測定した側壁硬度が、ビッカース硬さで７３以上９５以下となると共に、前記絞りしごき加工前の前記電池ケース用アルミニウム合金板材の硬度と、前記アルミニウム合金製電池ケースとした際に測定した側壁硬度との硬度差がビッカース硬さで５〜１０となるように構成した（請求項２）。
【００１６】
このように構成すれば、冷間圧延時の加工硬度が小さなアルミニウム合金の板材に対して所望の強度を付与したので、加工硬化性が適正化され、しごき加工に適した強度を有し、加工機での絞りしごき加工が安定する。また、電池ケースとして薄肉に形成された場合であっても、絞りしごき加工に対する加工性を維持しながら、電池ケースの側壁硬度が確保でき、内部応力の緩和が抑制され所望の耐圧性（耐膨れ性）を有するアルミニウム合金製電池ケースが具現化される。
【００１７】
また、電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法としては、Ｃｕを０．２質量％を超えて０．５質量％まで、Ｍｇを０．１質量％から０．８質量％まで、およびＭｎを０．６質量％から１．５質量％まで含み、更に、Ｓｉを０．０５質量％から０．５質量％まで、Ｆｅを０．１質量％から１．０質量％まで含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成を有すると共に、前記組成を有するアルミニウム合金に対して均熱処理を施す工程と、前記均熱処理が施されたアルミニウム合金に熱間圧延および冷間圧延を施してアルミニウム合金板にする第１圧延工程と、前記第１圧延工程が施されたアルミニウム合金板に対して中間焼鈍を施す中間焼鈍工程と、前記中間焼鈍が施されたアルミニウム合金板に対して冷間圧延を施す第２圧延工程と、前記第２圧延工程が施されたアルミニウム合金板に対して最終焼鈍を行なう最終焼鈍工程とを含み、前記中間焼鈍工程及び第２圧延工程を少なくとも１回施し、前記冷間圧延の最終冷間圧延率が１５〜５０％である構成とした（請求項３）。
【００１８】
また、電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法としては、前記組成を有するアルミニウム合金に対して均熱処理を施す工程と、前記均熱処理が施されたアルミニウム合金に熱間圧延および最終冷間圧延率を１５〜５０％として冷間圧延を施しアルミニウム合金板にする圧延工程と、前記圧延工程が施されたアルミニウム合金板に対して最終焼鈍を行なう最終焼鈍工程とを含む構成とした（請求項４）。
【００１９】
このように構成すれば、冷間圧延時の加工硬化によって所望の強度が付与された、しかも、所定の最終冷間圧延率および最終焼鈍によって、電池ケースの使用環境温度下において、内部応力の緩和を抑制した電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法が具現化される。また、加工機での絞りしごき加工に適した電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法が具現化される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板を、本発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。なお、本発明はこのような実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、適宜に変更することが可能である。
【００２１】
本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板は、一連の成形加工が順次に施されるトランスファープレスによって所望の形状に成形されて、例えば、リチウムイオン２次電池の電池ケースに好適なものである。
【００２２】
すなわち、本発明に係るアルミニウム合金板は、トランスファープレスに含まれる、多段階の絞り−しごき加工のような特に過酷な加工（以下、単に「しごき加工等」という。）に対して優れた加工性を有するものである。
【００２３】
また、前記したようにリチウムイオン２次電池等で放電または充電が繰り返されたり、あるいは高温環境下で使用されたり、電池ケース内部の温度が上昇しそれに伴って圧力が上昇した場合でも、この電池ケースの膨れの変形量を適切に低く抑えることができるものである。このように本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板にあっては、強度と成形性とに優れていることが必要とされる。
【００２４】
〔電池ケース用アルミニウム合金板の構成〕
そこで、まず、強度と成形性とを同時に満足させる電池ケース用アルミニウム合金板を実現するために合金の組成を最適化した。すなわち、電池ケース用アルミニウム合金板の組成は、Ｃｕが０．２質量％を超えて０．５質量％まで、Ｍｇを０．１質量％から０．８質量％まで、およびＭｎを０．６質量％から１．５質量％まで含み、更に、Ｓｉを０．０５質量％から０．５質量％まで、Ｆｅを０．１質量％から１．０質量％まで含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成を有している。
【００２５】
そして、前記アルミニウム合金から所定の製造工程により製造されることで、その電池ケース用アルミニウム合金板の板材の硬度をビッカース硬さで６８以上８５以下としている。なお、このときの板材の耐力は１８０ＭＰａ以上とすることが好ましい。
【００２６】
はじめに、この電池ケース用アルミニウム合金板の組成として、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、さらに、Ｓｉ、Ｆｅの各元素の含有量を特定の値となるように数値限定した理由について説明する。
【００２７】
（Ｃｕの含有量：０．２を超えて０．５質量％）
Ｃｕは、固溶強化によりアルミニウム合金素材の強度を高め、耐圧強度を向上させる作用を有する。また、Ｍｇ、Ａｌと結びついてＳ’（ＣｕＭｇＡｌ_２）相を生成し、応力緩和現象を抑える。Ｃｕの含有量が０．２質量％以下ではこの効果が小さく、一方、Ｃｕの含有量が０．５質量％を超えるとアルミニウム合金素材の成形性を低下させるとともに電池ケースのケース本体部と蓋部とをレーザ溶接等により固着させる際に割れが生じやすくなる。したがって、Ｃｕの含有量は０．２を超えて０．５質量％とする。
【００２８】
（Ｍｇの含有量：０．１〜０．８質量％）
Ｍｇは、固溶強化によりアルミニウム合金素材の強度を高め、耐圧強度（電池ケースの側壁強度）を向上させる作用を有する。また、使用環境温度を高めた際に生ずる応力緩和現象は、原子の拡散及び転位の移動の両者が関与して生じる。一般的に、溶媒原子（この場合は、Ａｌ）よりも原子半径が大きい溶質原子（この場合は、Ｍｇ）が固溶すると、この現象を抑制することが知られている。原子空孔との結合が強く原子の拡散を抑え、転位との相互作用も強く転位の移動も抑えるからである。この応力緩和が小さければ、二次電池ケースの膨れも抑制することができる。また、Ｍｇは、Ｓｉと結びついて析出物（Ｍｇ_２Ｓｉ）を形成したり、Ａｌ及びＣｕと結びついてＳ’（ＣｕＭｇＡｌ_２）相を形成し、応力緩和を抑制することができる。Ｍｇの含有量が０．１質量％未満ではこの効果は小さく、一方、Ｍｇの含有量が０．８質量％を超えると加工硬化性が高まってアルミニウム合金素材の成形性が低下し、また前記レーザ溶接時に割れが生じやすくなる。したがって、Ｍｇ含有量は０．１〜０．８質量％とする。
【００２９】
（Ｍｎの含有量：０．６〜１．５質量％）
Ｍｎは、母相内に固溶して強度を高める作用を有する。Ｍｎの含有量が０．６質量％未満であるとこの効果は小さく、一方、Ｍｎの含有量が１．５質量％を超えると粗大な金属間化合物が生成し、成形時の割れの起点となりやすいため成形性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．６〜１．５質量％とする。
【００３０】
（Ｓｉの含有量：０．０５〜０．５質量％）
Ｓｉは、Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ等と金属間化合物を形成し，成形性を向上させる効果を有する。また、Ｍｇと結びついて析出物（Ｍｇ_２Ｓｉ）を形成し、その作用により応力緩和性も向上する。Ｓｉ量が増加するにしたがってＭｇ_２Ｓｉの形成量が増加し、応力緩和性も向上する。しかし、これらのＳｉ元素の含有量が０．０５質量％未満であるとその効果が小さく、一方、Ｓｉ元素の含有量が０．５質量％を超えると金属間化合物が粗大化し、成形時の割れの起点となりやすいため成形性が低下する。したがって、Ｓｉ元素の含有量は、０．０５〜０．５質量％とする。
【００３１】
（Ｆｅの含有量：０．１〜１質量％）
Ｆｅは、Ｓｉと同様に金属間化合物を形成するため、成形性を向上させる効果を有する。しかし、Ｆｅ元素の含有量が０．１質量％未満であると化合物の形成量が少なくその効果が小さく、一方、Ｆｅ元素の含有量が１．０質量％を超えると金属間化合物が粗大化し、成形時の割れの起点となりやすいため成形性が低下する。したがって、Ｆｅ元素の含有量は、０．１〜１．０質量％とする。
【００３２】
（不可避的不純物）
本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板に含まれる不可避的不純物としては、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ等が挙げられる。本発明の効果を奏するためには、これらの不可避的不純物の含有量を各々０．３質量％未満に抑える必要がある。
【００３３】
〔電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法〕
アルミニウム合金板は、高いしごき性および耐圧性（耐膨れ性）が付与されるためにアルミニウム合金を冷間圧延する際の最終冷間圧延率の規制および最終冷間圧延後に最終焼鈍工程を設けることにより、超硬質化が図られ、適正な加工硬化性を有すると共に、内部応力緩和現象が抑制されることになる。ここでは、電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法で、アルミニウム合金を熱間圧延および最終冷間圧延率を１５〜５０％として冷間圧延した後、最終焼鈍を行なうようにしている。また、熱間圧延および冷間圧延する第１圧延工程の後、中間焼鈍工程及び冷間圧延する第２圧延工程を少なくとも１回経て、最終焼鈍工程を行う製造方法であってもよい。そして、前記第２圧延工程の最終冷間圧延は最終冷間圧延率１５〜５０％で行う。また、中間焼鈍は、例えば、４５０〜５５０℃程度で行なわれる。このような製造方法により、加工機での使用に適した電池ケース用アルミニウム合金板が得られる。
【００３４】
（最終冷間圧延率：１５〜５０％）
この冷間圧延は、所望の板厚に調整すると同時に、加工硬化によってアルミニウム合金素材の強度を所望の強度に向上させるために行なわれる。なお、最終冷間圧延率を１５〜５０％に調整することにより、内部応力緩和現象が抑制されて耐圧性（耐膨れ性）が向上することとなる。また、加工機でのしごき加工等の作業が安定する。
【００３５】
（最終冷間圧延後の最終焼鈍工程）
この焼鈍を行うことによって、アルミニウム合金中に後記する微細析出物が析出する。一般的に、微細析出物は、転位の移動を抑制する働きを有することが知られている。前記したアルミニウム合金成分においては、最終の冷間圧延後に、好ましくは、８０〜２００℃にて焼鈍することで、Ｍｇ_２ＳｉまたはＳ’（ＣｕＭｇＡｌ_２）相が析出し、応力緩和現象を抑える。また、前記析出物（Ｍｇ_２Ｓｉ）またはＳ’相の生成により、加工硬化特性が上昇し、プレス加工後の強度が高まる。また、加工機でのしごき加工等の作業が安定する。
【００３６】
そして、８０℃未満での焼鈍では、Ｍｇ_２ＳｉまたはＳ’相が十分生成されない可能性があり、また、２００℃を超えた焼鈍では、Ｍｇ_２ＳｉまたはＳ’相が粗大に成長しすぎて転位の移動を抑制する働きが低下する可能性があるため、最終冷間圧延後の焼鈍温度は、８０〜２００℃に制御することが好ましい。なお、この場合、昇温速度が１０乃至２００℃／時、保持時間が１乃至１０時間のバッチ方式の焼鈍であることが好ましい。また、連続焼鈍の場合には、焼鈍温度を基本的に高温度範囲にシフトして、例えば、１５０〜２８０℃で処理時間をバッチ方式より短くして行なわれることが好ましい。
【００３７】
また、本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法において、前記のような最終冷間圧延率で冷間圧延が施されたアルミニウム合金板の素材は、加工機における加工性が高くなる。そして、電池ケース用アルミニウム合金板のしごき加工等を行う前の硬度を、マイクロビッカース硬度計において、荷重を３００ｇで２０秒間加えることにより測定すると、ビッカース硬さにおいて６８〜８５の範囲となるように、硬度を設定して構成する。このときの耐力が１８０ＭＰａ以上となるように設定されていると都合がよい。即ち、ビッカース硬さが６８未満、かつ耐力が１８０ＭＰａ未満であると、加工機での電池ケース成形後の側壁部の硬度が低く、膨れ等の変形を生じる可能性が高い。一方、ビッカース硬さが８５を超え、かつ耐力が１８０ＭＰａ未満であると、加工機を使用して、しごき加工等を行う場合に適切な加工結果を得られない可能性が高い。
【００３８】
そして、加工機を使用して、後記するしごき加工等を行った後の電池ケースの側壁硬度を、前記と同様の測定方法で測定すると、ビッカース硬さにおいて７３〜９５の範囲内となるようにする。これは，従来のＪＩＳ３００３合金板の加工前の硬度よりも著しく高い値である。加工機を使用して、電池ケースに形成されたときに、その側壁硬度が、ビッカース硬さにおいて７３未満であると、膨れ等の変形を生じる可能性が高い。また、電池ケースに形成されたときに、その側壁硬度が、ビッカース硬さにおいて９５を超えていると、アルミニウム合金板からの加工硬化が大きく絞りしごき加工性が劣る可能性が高い。
【００３９】
また、加工機を使用して、しごき加工等を行った後の成形品である電池ケースの側壁硬度から、しごき加工等を行う前の板の硬度を引いた硬度差が、ビッカース硬さで５〜１０になるように構成されている。硬度差が５未満では、加工機による成形加工後の側壁部の硬度が低くなり、膨れ性が劣るものとなる。一方、１０を超えると、加工硬化が大きくなり、加工機での絞りしごき加工性が劣る。
【００４０】
〔電池ケースの製造方法〕
そして、前記した電池ケース用アルミニウム合金板を所定形状にカットし、これに複数回にわたって絞りあるいはしごき加工を行い、徐々に有底筒形状の側壁面を高く成形することで、所定の側壁高さ底面積を備える電池ケースを製造する。例えば、直径６０ｍｍのブランク板から側壁高さが５０ｍｍの電池ケースを製造する。そして、この電池ケースの側壁硬度をビッカース硬度計で測定したときの値を前記した電池ケースの側壁硬度とし、その硬度を７３〜９５としている。
【００４１】
また、電池ケース用アルミニウム合金板は、加工前の板厚さを０．３〜０．８ｍｍ程度から加工後０．１〜０．４ｍｍ程度への絞り、しごき加工を行うようにしており、直方体の角型形状になるように成形される。なお、この電池ケース用アルミニウム合金板により成形されるアルミニウム合金製電池ケース等の成型品の形状は、絞り、しごき加工を施して有底筒形状となれば、特に限定されるものではない。
【００４２】
また、しごき加工等を行う前後の板厚減少率の適正範囲は、３０〜８０％であることが好ましい。この板厚減少率が３０未満である場合、あるいは、板厚減少率が８０を超える場合は、形成する電池ケースの所望の側壁厚さを達成することが困難となる。
【００４３】
【実施例】
以下、電池ケース用アルミニウム合金板を実際に製造して得られた、本発明の必要条件を満足する電池ケース用アルミニウム合金板の実施例と、本発明の必要条件を満足しない比較例とを対比させて本発明について詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて適宜に変更することが可能である。
【００４４】
〔第１の実施例〕
表１には、本発明の必要条件を満足する実施例の構成と、本発明の必要条件を満足しない比較例の構成とをそれぞれ示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜２１のそれぞれの組成を有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の鋳塊に均質化処理を施した。その後、熱間圧延し、冷間圧延と中間焼鈍を繰返し、最終冷間圧延率を３０％として冷間圧延を施し、板厚が０．６ｍｍのアルミニウム合金板とした。更に、最終焼鈍として、１２０℃で４時間の熱処理を施した。
【００４７】
すなわち、表１に示す通り、本発明の必要条件を満足する実施例（Ｎｏ．１〜１０）はいずれも本発明で規制した組成を有するものであり、本発明の必要条件を満足しない比較例（Ｎｏ．１１、１２）は、各々Ｓｉの含有量が、各々本発明で規制した範囲の下限値未満または上限値超えである。また、比較例（Ｎｏ．１３、１４）は、Ｆｅの各々本発明で規制した範囲の下限値未満または上限値超えであり、比較例（Ｎｏ．１５、１６）は、各々Ｃｕの本発明で規制した範囲の下限値未満または上限値超えであり、比較例（Ｎｏ．１７、１８）はＭｎの含有量が、本発明で規制した範囲の下限値未満または上限値超えであり、比較例（Ｎｏ．１９、２０）は、各々Ｍｇの本発明で規制した範囲の下限値未満または上限値超えである。また、比較例（Ｎｏ．２１）はＪＩＳＡ３００３合金であって、Ｓｉの範囲が上限値超であり、Ｍｇの値が不明なものである。
【００４８】
次に、このようにして作製したアルミニウム合金板に対して、引張試験、電池ケース形状（角型）への成形加工試験、成形加工前後の硬度測定、応力緩和試験および電池ケース封孔後の耐圧性試験（耐膨れ試験）を行った。
【００４９】
〔引張試験〕
各アルミニウム合金板について、引張り方向が圧延方向と平行になるようにＪＩＳ５号による引張り試験片を作製した。その後、引張り試験を実施し引張強さ及び耐力を求めた。
【００５０】
〔成形加工試験〕
成形加工試験は、加工機を使用して、側壁のしごき加工率を５０％として、縦５ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ５０ｍｍの角形ケースを成形し、成形可能であったものは成形性が良好であり問題なしとして「◎」、わずかに肌荒れ「○」、割れ又は肌荒れが著しく発生したものは成形性が不良であるとして「×」と評価した。
【００５１】
〔成形加工前後の硬度測定〕
成形加工前の硬度測定は、アルミニウム合金板の任意の３ポイントの部位の硬度をマイクロビッカース硬度計を用いて測定し、平均値を求めた。なお、測定条件は、荷重３００ｇで時間２０秒である。また、成形加工後の硬度測定は、図１に示すように、側壁の広幅面の底部から１／４，２／４，３／４の測定ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３の部位の硬度をマイクロビッカース硬度計を用いて測定し、平均値を求めた。なお、測定条件は、荷重３００ｇで時間２０秒である。
【００５２】
〔応力緩和試験〕
先ず、アルミニウム合金板に、電池ケースへの成形加工を想定し最終冷間圧延率５０％の冷間圧延を行い、図２に示すように、幅１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試験片に切り出した。その後、日本電子材料工業会標準規格ＥＭＡＳ−３００３に記載の片持ち梁式により、試験片１００ｍｍ（Ｌ）の位置に１２０ＭＰａの応力を付加し変形させ（δ０）、その状態で８０℃、２４時間保持した後に応力を除去し、試験片の変形量（たわみ量：ε）を測定した。なお、この場合、変形量が大きいほど、応力緩和特性に劣ることとなる。
【００５３】
〔耐圧性試験（耐膨れ性試験）〕
また、耐圧試験は、電池ケースを封孔して２９４ｋＰａ（３ｋｇ／ｃｍ^２）の内圧を作用させた状態で、１００℃の温度に加熱して２時間保持した後、室温に戻し、その後電池ケース側面の膨れの変位量を測定した。この膨れ変位量が１．２ｍｍ以下であったものは耐圧性が優として「◎」、１．２ｍｍ〜１．５ｍｍであったものは耐圧性が良好であるとして「○」、１．５ｍｍを超えたものは不良であるとして「×」とした。
これらの試験結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】

【００５５】
表２に示す通り、本発明の必要条件を満足する実施例（Ｎｏ．１〜１０）は、アルミニウム合金板の組成、成形加工前後の硬度がいずれも本発明で規制した範囲内にあるため、優れたしごき成形加工性、耐圧性を示している。
【００５６】
一方、比較例（Ｎｏ．１１）は、表１に示すようにＳｉの含有量が本発明で規制した範囲の下限値未満であり、また、比較例（Ｎｏ．１２）は上限値を超えるため、しごき成形加工性が劣るものとなっている。比較例（Ｎｏ．１３）は、Ｆｅの含有量が表１に示すように本発明で規制した範囲の下限値未満であるため、比較例（Ｎｏ．１４）は上限値を超えるため、しごき成形加工性が劣るものとなっている。
【００５７】
また、比較例（Ｎｏ．１５）は、Ｃｕの含有量が本発明で規制した範囲の下限値未満であるため、応力緩和特性が低く耐圧性が劣るものとなっている。一方、比較例（Ｎｏ．１６）は、Ｃｕの含有量および成形前後の硬度差が本発明で規制した範囲の上限値を超えているため、しごき成形加工性が劣るものとなっている。
【００５８】
さらに、比較例（Ｎｏ．１７）は、Ｍｎの含有量および成形加工前後の硬度が本発明で規制した範囲の下限値未満であるため、耐圧性が劣るものとなっている。比較例（Ｎｏ．１８）は、Ｍｎの含有量が本発明で規制する上限値を超えているため、しごき成形加工性が劣るものとなっている。比較例（Ｎｏ．１９）は、Ｍｇの含有量、成形後の硬度が本発明で規制した範囲の下限値未満であるため、耐圧性が劣るものとなっている。比較例（Ｎｏ．２０）は、Ｍｇ含有量および成形前後の硬度差が本発明で規制した範囲の上限値を超えているため、しごき成形加工性が劣るものとなっている。また、比較例（Ｎｏ．２１）は、Ｓｉ含有量が本発明で規制した範囲の上限値を超え、また、成形後の硬度が本発明で規制した範囲の下限値未満であるため、耐圧性に劣るものとなっている。
【００５９】
〔第２の実施例〕
前記の第１の実施例であるところの表１に示される、実施例（Ｎｏ．１）の組成を有するアルミニウム合金鋳塊に均質化処理を施した後、熱間圧延を行い、冷間圧延と中間焼鈍を繰返し、最終冷間圧延率を３０％として冷間圧延を施し、板厚が０．６ｍｍのアルミニウム合金板とし、最終焼鈍として熱処理を施したもの（実施例（Ｎｏ．２２、２３）、比較例（Ｎｏ．２５））と施さないもの（比較例（Ｎｏ．２４））とを作製した。実施例（Ｎｏ．２２、２３）、比較例（Ｎｏ．２４、２５）の組成は実施例（Ｎｏ．１）と同一組成である。このようにして作製した各種のアルミニウム合金板について、第１の実施例と同様の試験を行い評価した。これらの評価結果を表３に示す。
【００６０】
【表３】

【００６１】
表３に示す通り、本発明の必要条件を満足する実施例（Ｎｏ．２２、２３）は、いずれもアルミニウム合金板の組成及び成形加工前後の硬度が本発明で規制した範囲内にあるため、優れたしごき加工性、耐圧性を示している。
【００６２】
一方、本発明の必要条件を満足しない比較例（Ｎｏ．２４）は、最終焼鈍を施さず、成形後の硬度も本発明で規制した範囲の下限値未満であるため、耐圧性が劣るものとなっている。また、比較例（Ｎｏ．２５）は、最終焼鈍温度が高く、成形後の硬度が本発明で規制した範囲の下限値未満であるため、耐圧性が劣るものとなっている。
【００６３】
〔第３の実施例〕
前記の第１の実施例であるところの表１に示される、実施例（Ｎｏ．１）の組成を有するアルミニウム合金鋳塊に均質化処理を施した後、熱間圧延を行い、冷間圧延と中間焼鈍を繰返し、最終冷間圧延率を１０〜６０％の５水準として冷間圧延を施し、板厚が０．６ｍｍのアルミニウム合金板とし、最終焼鈍として１２０℃で４ｈの熱処理を施したものを作製した。このようにして作製した各種のアルミニウム合金板について、第１の実施例と同様の試験を行い評価した。これらの評価結果を表４に示す。
【００６４】
【表４】

【００６５】
表４に示す通り、本発明の必要条件を満足する実施例（Ｎｏ．２６〜２８）は、いずれもアルミニウム合金板の組成及び成形加工前後の硬度が本発明で規制した範囲内にあるため、優れたしごき加工性、耐圧性を示している。
【００６６】
一方、本発明の必要条件を満足しない比較例（Ｎｏ．２９）は、最終冷間圧延率が本発明で規制した範囲の下限値未満、または、成形後の硬度が本発明で規制した範囲の下限値未満であるため、耐圧性が劣るものとなっている。また、比較例（Ｎｏ．３０）は、最終冷間圧延率が本発明で規制した範囲の上限値超、または、成形前の硬度が本発明で規制した範囲の上限値を超えるため、しごき成形加工性が劣るものとなっている。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明した通りに構成される本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明によれば、アルミニウム合金中、強度に寄与するＣｕ、Ｍｇ、Ｍｎの含有量を適正化し、さらに成形性に寄与するＳｉおよびＦｅの両方の各元素の含有量を適正化し、なおかつ加工前の板材の硬度について適正化したので、使用環境温度下での内部応力の緩和が抑制され、所定の強度と成形性、並びに薄肉化された状態での内圧、温度の変化に対応できる電池ケースを形成することができる電池ケース用アルミニウム合金板を提供することができる。
【００６８】
本発明によれば、アルミニウム合金中、強度に寄与するＣｕ、Ｍｇ、Ｍｎの含有量を適正化し、さらに成形性に寄与するＳｉおよびＦｅの両方の各元素の含有量を適正化し、なおかつ加工前の板材の硬度および電池ケースの側壁硬度について適正化し、さらには加工前後の硬度差を所定範囲内に規制して加工硬化性を適正化したので、使用環境温度下での内部応力の緩和が抑制され、所定の強度と成形性、並びに薄肉化された状態での内圧、温度の変化に対応できるアルミニウム合金製電池ケースを提供することができる。
【００６９】
本発明によれば、アルミニウム合金中、強度に寄与するＣｕ、Ｍｇ、Ｍｎの含有量を適正化し、さらに成形性に寄与するＳｉおよびＦｅの両方の各元素の含有量を適正化し、なおかつアルミニウム合金板の製造において所定範囲（１５〜５０％）の最終冷間圧延率での圧延工程および最終焼鈍工程が施されるので、使用環境温度下での内部応力の緩和が抑制され、所定の強度と成形性、並びに薄肉化された状態での内圧、温度の変化に対応できる電池ケースを形成することができる電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法を提供することができる。
【００７０】
本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板は、薄肉化してもしごき加工に対して適切な強度と成形性を有する組成および硬度が適切に規定されている。その結果、リチウムイオン２次電池の電池ケース等の容器形状に成形するためのしごき加工等における成形性が優れていると共に、ケース内部の圧力が上昇しても膨れ変形量が少なく、耐圧性（耐膨れ性）が高いアルミニウム合金製電池ケースを得ることができる。このような本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板からアルミニウム合金製電池ケースを成形すれば、リチウムイオン２次電池の電池ケースをはじめとする各種の容器に対して求められている、近時の軽量化や小型化の要求を充分に満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電池ケース用アルミニウ合金板の加工後における電池ケースでのビッカース硬さの測定部位を示す模式図である。
【図２】本発明におけるアルミニウム合金板での応力緩和試験の模式図である。
【符号の説明】
１電池ケース
Ｐ１測定ポイント
Ｐ２測定ポイント
Ｐ３測定ポイント

Claims

Ｃｕを０．２質量％を超えて０．５質量％まで、Ｍｇを０．１質量％から０．８質量％まで、およびＭｎを０．６質量％から１．５質量％まで含み、更に、
Ｓｉを０．０５質量％から０．５質量％まで、Ｆｅを０．１質量％から１．０質量％まで含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成を有し、かつ、
前記組成を有する板材の硬度がビッカース硬さで６８以上８５以下となることを特徴とする電池ケース用アルミニウム合金板。
Ｃｕを０．２質量％を超えて０．５質量％まで、Ｍｇを０．１質量％から０．８質量％まで、およびＭｎを０．６質量％から１．５質量％まで含み、更に、
Ｓｉを０．０５質量％から０．５質量％まで、Ｆｅを０．１質量％から１．０質量％まで含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成を有し、かつ、前記組成を有する板材の硬度がビッカース硬さで６８以上８５以下となる電池ケース用アルミニウム合金板を用い、その電池ケース用アルミニウム合金板を打ち抜いた直径が６０ｍｍのブランク板から絞りしごき加工を行い側壁高さが５０ｍｍの電池ケースとした際に測定した側壁硬度が、ビッカース硬さで７３以上９５以下となると共に、
前記絞りしごき加工前の前記電池ケース用アルミニウム合金板材の硬度と、前記アルミニウム合金製電池ケースとした際に測定した側壁硬度との硬度差がビッカース硬さで５〜１０となることを特徴とするアルミニウム合金製電池ケース。
Ｃｕを０．２質量％を超えて０．５質量％まで、Ｍｇを０．１質量％から０．８質量％まで、およびＭｎを０．６質量％から１．５質量％まで含み、更に、Ｓｉを０．０５質量％から０．５質量％まで、Ｆｅを０．１質量％から１．０質量％まで含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成を有すると共に、
前記組成を有するアルミニウム合金に対して均熱処理を施す工程と、
前記均熱処理が施されたアルミニウム合金に熱間圧延および冷間圧延を施してアルミニウム合金板にする第１圧延工程と、
前記第１圧延工程が施されたアルミニウム合金板に対して中間焼鈍を施す中間焼鈍工程と、
前記中間焼鈍が施されたアルミニウム合金板に対して冷間圧延を施す第２圧延工程と、
前記第２圧延工程が施されたアルミニウム合金板に対して最終焼鈍を行なう最終焼鈍工程とを含み、
前記中間焼鈍工程及び第２圧延工程を少なくとも１回施し、前記冷間圧延の最終冷間圧延率が１５〜５０％であることを特徴とする電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法。
Ｃｕを０．２質量％を超えて０．５質量％まで、Ｍｇを０．１質量％から０．８質量％まで、およびＭｎを０．６質量％から１．５質量％まで含み、更に、Ｓｉを０．０５質量％から０．５質量％まで、Ｆｅを０．１質量％から１．０質量％まで含み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなる組成を有すると共に、
前記組成を有するアルミニウム合金に対して均熱処理を施す工程と、
前記均熱処理が施されたアルミニウム合金に熱間圧延および最終冷間圧延率を１５〜５０％として冷間圧延を施しアルミニウム合金板にする圧延工程と、
前記圧延工程が施されたアルミニウム合金板に対して最終焼鈍を行なう最終焼鈍工程と、を含むことを特徴とする電池ケース用アルミニウム合金板の製造方法。