JP2012158809A - 電池ケース用アルミニウム合金板および電池ケース - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム合金材を対象として、電池ケース用としての角形または丸形の容器を成形加工にて製造する際に焼き付きの発生が防止され、連続生産に好適であり、かつ優れたパルスレーザー溶接性を有する深絞り加工用の電池ケース用アルミニウム合金板、および、この電池ケース用アルミニウム合金板を用いた電池ケースを提供する。
【解決手段】Ｆｅ：０．１〜２．０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％を含有し、Ｔｉ：０．０４質量％未満、Ｂ：１０質量ｐｐｍ未満に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる電池ケース用アルミニウム合金板において、前記電池ケース用アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部において、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率が０．３〜３．５％であり、かつ最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数が１４０個／ｍｍ^２以下であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車に搭載されるリチウム電池ケース用のアルミニウム合金板およびこのアルミニウム合金板を使用して成形加工された電池ケースに係り、特には、電池ケースに成形する深絞り加工における連続生産に好適な深絞り加工用のアルミニウム合金板およびこのアルミニウム合金板を使用して成形加工された電池ケースに関する。

自動車用燃料電池としては、従来、ニッケル水素電池が主として使用されてきたが、近年、携帯電話およびパーソナルコンピュータ等で使用されているリチウムイオン電池が、軽量であること、およびエネルギー密度等が高いこと等の理由で一部に採用されている。

リチウムイオン電池は、その構成上、胴体および蓋を含めた電池ケースに電極としての作用を持たせており、電池ケース用材料には、導電性が高いアルミニウム材が使用されている。また、アルミニウム材は、深い絞り加工が可能であるため、電池ケース用としての角形または丸形の容器を成形加工にて製造することができる。

ここで、携帯電話等の電池を単体で使用する場合は、膨れ防止のため、電池ケースの胴体および蓋に高強度なＪＩＳＡ３０００系アルミニウム合金が使用されている。この電池ケースは、アルミニウム合金材からなる胴体と蓋とを、蓋の周縁に沿ってレーザー溶接することにより接合されている。

例えば、特許文献１には、ＪＩＳＡ３００３アルミニウム合金からなる有底角筒形の外装缶の開口部に、ＪＩＳＡ３００３アルミニウム合金からなる蓋体をレーザー溶接により接合して、リチウムイオン二次電池を製造する方法が開示されている。なお、特許文献１には、電池ケースの材質として、ＪＩＳＡ１０５０アルミニウム材も記載されている。

前記のごとく、従来のリチウムイオン電池は、携帯電話およびパーソナルコンピュータに使用されており、ケースの膨れ防止のために、電池ケース用材料としては、高強度のＪＩＳＡ３０００系アルミニウム合金が使用されている。しかし、自動車用燃料電池は、複数個の燃料電池をその間に樹脂スペーサを介在させて積層するように配置されているので、高強度の素材でなくても膨れ等の問題が生じない。このため、自動車用燃料電池用のリチウムイオン電池では、ＪＩＳＡ３０００系に比べて低強度ではあるが、高導電率のＪＩＳＡ１０００系アルミニウム材（純アルミニウム材）が使用されている。

例えば、特許文献２には、ＪＩＳＡ１０００系のアルミニウム合金からなる電池ケース材において、Ｔｉ含有量を０．０１質量％以下に規制することにより、パルスレーザー溶接により溶接した場合の局所的な異常部（イレギュラービード）の形成を防止することができる電池ケースが開示されている。また、特許文献３には、ＪＩＳＡ１０００系のアルミニウム合金からなる電池ケース材において、粘性パラメータを適性範囲とするためにＢ等の不純物含有量を規制することにより、同様の作用を発現できることが開示されている。

さらに、これら特許文献２、３に記載されるＪＩＳＡ１０００系のアルミニウム合金材は、電池封印時に内容物と局所的な異常部とが熱反応することによる爆発を回避するためのアルミニウム板の厚肉化が必要ないので、薄肉化によるコストダウン効果が得られるものと予想される。

特開２０００−１２３８２２号公報（段落００２２、００５１〜００６１） 特開２００９−１２７０７５号公報（段落００１７〜００２０） 特開２００９−２８７１１６号公報（段落００２０〜００２５）

しかしながら、従来の電池ケース用アルミニウム合金板および電池ケースでは、以下に示す問題がある。
近年では、ハイブリッド自動車や電気自動車の需要が堅調なことから、電池ケースの生産数量も著しく増加する傾向にあり、そのため、電池ケースの大量の連続生産が行われるようになってきた。しかし、連続生産を行うと、角形または丸形の容器を成形加工（深絞り加工）にて製造する際に焼き付きが発生するという問題がある。よって、角形または丸形の容器を成形加工にて製造する際の焼き付きの発生の防止が要求されている。

また、携帯電話の電池ケース用アルミニウム材のように板厚の薄い材料と異なり、自動車用の電池ケースにおいては、板厚がある程度厚いことから、所定の溶接部強度を得るためには、溶け込み深さを深くする必要がある。しかし、ＪＩＳＡ１０００系アルミニウム合金においては、溶け込み深さが０．２５ｍｍを超えると著しく溶接ビードの形状安定性が低下し、パルスレーザー溶接において、イレギュラービードの発生率が急激に増加する。このイレギュラービードは、場合によっては被溶接材の裏面にまで突き抜ける溶け込みとなり、導電性および動作電圧等の性能に悪影響を与える問題を生じる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、アルミニウム合金材を対象として、電池ケース用としての角形または丸形の容器を成形加工にて製造する際に焼き付きの発生が防止され、連続生産に好適であり、かつ優れたパルスレーザー溶接性を有する深絞り加工用の電池ケース用アルミニウム合金板、および、この電池ケース用アルミニウム合金板を用いた電池ケースを提供することを課題とする。

本発明者らは、焼き付きの発生の防止に加え、パルスレーザー溶接における異常部（イレギュラービード）の発生を防止するため、イレギュラービードの発生に関し、以下の事項について検討した。
イレギュラービードの発生は、以下に説明するように、パルスレーザー溶融時（６６０〜７５０℃）から再凝固（６６０〜６４０℃）する間にビード内に残留するポロシティ欠陥の発生度と関連すると推測される（特許文献２参照）。溶接時、パルスレーザー照射部は溶融状態となり、その溶融池内には、水素、シールドガス、金属蒸気等による気泡が存在する。１パルスのパルスレーザー照射が完了すると、パルスレーザー照射部は凝固過程へと移行するが、溶融池から気泡が抜けにくい場合には、そのままポロシティ欠陥として残留しやすい。パルスレーザー溶接の場合、凝固完了したビードに新たにビードが重なるように次のパルスレーザー光が照射される。そして、凝固完了したビードがパルスレーザー光の照射により再溶融した際には、残留したポロシティにパルスレーザー光が照射されることになり、ポロシティが膨張して、通常パルスレーザー光照射により形成されるキーホールが肥大化し、レーザー光が奥深くまで入り込みやすくなる。その結果、溶け込みが深く形成されて、非定常溶け込み部となる。この非定常溶け込み部が凝固して、溶接部におけるイレギュラービードが発生する。

ＪＩＳＡ１０００系アルミニウム合金板を、０．２５ｍｍ以下の溶け込み深さでパルスレーザー溶接した場合は、大入熱で溶接してもイレギュラービードは発生しないが、溶け込みが０．２５ｍｍを超えた辺りで急激に発生率が高くなる。そこで、本発明者らは、リチウムイオン電池ケース用の素材として優れているＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金板の利点を生かしつつ、パルスレーザー溶接による溶け込み深さを深くした場合であっても、イレギュラービードの発生を防止できる素材を開発すべく、種々実験研究した。その結果、本発明者らは、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金に微量に含有する成分であるＴｉとＢが、パルスレーザー溶接におけるイレギュラービードの発生に大きな影響を与えていること、および、この合金に含まれるＴｉやＢの含有量を適正な範囲に規制することによって、イレギュラービードの発生を防止できることを見出した。

すなわち、前記課題を解決するために、本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板（以下、適宜、アルミニウム合金板という）は、Ｆｅ：０．１〜２．０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％を含有し、Ｔｉ：０．０４質量％未満、Ｂ：１０質量ｐｐｍ未満に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる電池ケース用アルミニウム合金板において、前記電池ケース用アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部において、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率が０．３〜３．５％であり、かつ最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数が１４０個／ｍｍ^２以下であることを特徴とする。

このような構成によれば、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｍｎを所定量含有することによって、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物の形成により加工時の潤滑性が向上し、アルミニウム合金板の焼付き等が防止される。また、Ｓｉ，Ｍｎを所定量含有することによって、それぞれの元素が母相内に固溶し、アルミニウム合金板の強度（耐圧強度）が向上する。そして、Ｔｉ，Ｂを含有する場合に所定量未満に規制することによって、パルスレーザー溶接照射による素材の溶融時に、凝固ビード内に気泡が残留しにくくなり、溶接部におけるイレギュラービードの発生が防止される。さらに、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率を所定に規定することで、加工時の潤滑性が向上し、アルミニウム合金板の焼付き等が防止されると共に、成形時の割れが防止され、最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数を所定に規定することで、成形割れの起点となる原因が抑制されて、成形時の割れが防止される。

また、本発明に係るアルミニウム合金板は、さらに、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｍｇ：１．０質量％以下のうち１種以上を含有することを特徴とする。
このような構成によれば、Ｃｕ，Ｍｇのうち１種以上を所定量含有することによって、それぞれの元素が母相内に固溶し、アルミニウム合金板の強度（耐圧強度）がさらに向上する。また、Ｍｇを所定量含有することによって、ＭｇがＳｉと結び付いてＭｇ_２Ｓｉが形成される。

本発明に係る電池ケースは、前記記載の電池ケース用アルミニウム合金板を用いたことを特徴とする。
このような電池ケースは、本発明のアルミニウム合金板を使用して成形加工されたものであるため、焼付きに起因する表面の変色や縦スジ模様がなく、また、強度、耐圧性（耐膨れ性）が向上したものとなる。

本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板によれば、電池ケースに成形される際に優れた成形性（しごき加工性）を有し、角形または丸形の容器を成形加工にて製造する際の焼き付きの発生を防止することができる。また、パルスレーザー溶接性に優れ、パルスレーザー溶接において、イレギュラービードの発生を防止することができると共に優れた耐溶接割れ性を有する。さらに、ＪＩＳＡ１０００系アルミニウム材を用いたものとしては、優れた強度、耐圧性（耐膨れ性）を有する電池ケースとすることができる。

また、本発明に係る電池ケースは、本発明の電池ケース用アルミニウム合金板を使用するため、焼付きに起因する表面の変色や縦スジ模様のないものとなる。また、ＪＩＳＡ１０００系アルミニウム材を用いたものとしては、優れた強度、耐圧性（耐膨れ性）を有する。

以下、本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板（以下、適宜、アルミニウム合金板という）を実現するための形態について説明する。

〔アルミニウム合金板の構成〕
本発明に係るアルミニウム合金板は、Ｆｅ，Ｓｉ，Ｍｎを所定量含有し、Ｔｉ，Ｂを所定量未満に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金板であり、アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部における所定の金属間化合物の面積率（占有面積率）および個数を所定に規定したものである。また、さらにＣｕ，Ｍｇのうち１種以上を所定量含有してもよい。
以下、各成分の限定理由および金属間化合物の分布の規定理由について説明する。

（Ｆｅ：０．１〜２．０質量％）
Ｆｅは、Ａｌ、Ｓｉ、ＭｎらとＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を形成して、微細な前記金属間化合物の数を増やせることにより電池ケースに成形加工する際の潤滑効果に寄与するため、アルミニウム合金板の成形性（耐焼付き性）を向上させる効果がある。Ｆｅ含有量が０．１質量％未満では、１μｍ長さ以上の前記金属間化合物の数が不足するため、前記効果が小さい。一方、Ｆｅ含有量が２．０質量％を超えると、１１μｍ以上の粗大な前記金属間化合物の数が増え、成形時の割れの起点となりやすいため、アルミニウム合金板の成形性が低下する。したがって、Ｆｅ含有量は、０．１〜２．０質量％とし、好ましくは０．６５〜２．０質量％とする。

（Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％）
Ｓｉは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Ｓｉ含有量増加に伴いその効果が向上し、電池ケースとしたときの耐圧強度を高めることができる。また、Ｓｉは、Ａｌ、Ｆｅ、ＭｎらとＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を形成して、微細な前記金属間化合物の数を増やせることにより、電池ケースに成形加工する際の潤滑効果に寄与するため、アルミニウム合金板の成形性（耐焼付き性）を向上させる。Ｓｉ含有量が０．０５質量％未満では、１μｍ長さ以上の前記金属間化合物の数が不足するため、前記効果が小さい。一方、Ｓｉ含有量が０．５質量％を超えると融点が低下するので、パルスレーザー溶接において、溶接割れが生じる。したがって、Ｓｉ含有量は、０．０５〜０．５質量％とし、好ましくは０．１〜０．４質量％とする。

（Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％）
Ｍｎは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Ｍｎ含有量増加に伴いその効果が向上し、電池ケースとしたときの耐圧強度を高めることができる。また、Ｍｎは、Ａｌ、Ｆｅ、ＳｉらとＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系金属間化合物、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を形成して、微細な前記金属間化合物の数を増やせることにより、電池ケースに成形加工する際の潤滑効果に寄与するため、アルミニウム合金板の成形性（耐焼付き性）を向上させる。Ｍｎ含有量が０．０５質量％未満では、固溶強化が発揮されず、また、１μｍ長さ以上の前記金属間化合物の数が不足するため、前記効果が小さい。一方、Ｍｎ含有量が０．５質量％を超えると、１１μｍ以上の粗大な前記金属間化合物の数が増え、成形時の割れの起点となりやすいため、アルミニウム合金板の成形性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は、０．０５〜０．５質量％とし、好ましくは０．１〜０．４質量％とする。

（Ｔｉ：０．０４質量％未満）
Ｔｉは、アルミニウム合金鋳造組織を微細化、均質化（安定化）する効果があり、圧延用スラブの造塊時の鋳造割れ防止を目的に、０．０１〜０．１質量％の範囲で常用されている。しかし、添加量が０．１質量％を超えると、それらの効果が飽和するため、鋳造組織微細化や鋳造割れ防止を目的としたそれ以上の添加は不要である。しかし、前記組成のアルミニウム合金の場合、Ｔｉを０．０４質量％以上含有すると、パルスレーザー照射による素材の溶融時（６６０〜７５０℃）に凝固ビード内にポロシティが残留し易くなる。このため、次のパルスレーザー照射で凝固ビードが再溶融したとき、先に説明したとおり、溶け込みが深く形成され（非定常溶け込み部を形成）、これが凝固して溶接部に異常部（イレギュラービード）が発生する。本発明に係るアルミニウム合金において、Ｔｉは地金（スクラップ含む）中に不可避的不純物として含まれ、または前記効果を目的に中間合金として必要に応じて添加される元素である。いずれにしても、その含有量は０．０４質量％未満（０％を含む）に規制する必要がある。

（Ｂ：１０質量ｐｐｍ未満）
Ｂは、前記のようにアルミニウム合金のスラブ造塊時の鋳造割れ防止を目的に、Ｔｉ−Ｂ母合金としてＴｉと共に、積極添加にて常用されている元素である。しかしながら、前記組成のアルミニウム合金の場合、Ｂ含有量が１０質量ｐｐｍ以上では、前記のＴｉと同様に、パルスレーザー照射部の凝固ビード内にポロシティが残留し易くなり、次のパルスレーザー照射で凝固ビードが再溶解したとき溶け込みが深く形成され、これが凝固して異常部（イレギュラービード）が発生する。本発明に係るアルミニウム合金において、Ｂは地金（スクラップ含む）中に不可避的不純物として含まれ、または前記効果を目的に中間合金として必要に応じて添加される元素である。いずれにしても、その含有量は１０質量ｐｐｍ未満（０ｐｐｍを含む）に規制する必要がある。好ましくは９質量ｐｐｍ以下、更に好ましくは４ｐｐｍ未満である。

（Ｃｕ：０．５質量％以下）
Ｃｕは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Ｃｕ含有量増加に伴いその効果が向上し、電池ケースとしたときの耐圧強度を高めることができる。しかし、Ｃｕ含有量が０．５質量％を超えると融点が低下するので、パルスレーザー溶接において、溶接割れが生じる。したがって、Ｃｕを添加する場合は、Ｃｕ含有量は、０．５質量％以下とする。なお、前記の効果をより発揮させるため、０．１質量％以上添加することが好ましい。

（Ｍｇ：１．０質量％以下）
Ｍｇは、母相内に固溶して、アルミニウム合金板の強度を高める効果があり、Ｍｇ含有量増加に伴いその効果が向上し、電池ケースとしたときの耐圧強度を高めることができる。また、Ｍｇは、Ｓｉと結び付いてＭｇ_２Ｓｉを形成もする。しかし、Ｍｇ含有量が１．０質量％を超えると、アルミニウム合金板の加工硬化性が高くなって成形性が低下する。また、融点が低下するため、パルスレーザー溶接において、溶接割れが生じると共に、Ｍｇ原子が突発的に蒸気化飛散する割合が増加して溶接異常部が発生する。したがって、Ｍｇを添加する場合は、Ｍｇ含有量は、１．０質量％以下とする。なお、前記の効果をより発揮させるため、０．０２質量％以上添加することが好ましい。

ここで、Ｍｇ原子やＺｎ原子は蒸気圧が高いため、突発的に蒸気化飛散する割合が増加して、同時に溶融したアルミも飛散してビードの周辺に粒状や塊状に付着したり、ビード形状がくずれたりする溶接異常部が発生することが多い。イレギュラービードはビード形状が大きく、貫通するなどの場合もある異常であるが、溶接異常部とはビード周辺部にアルミが飛散して付着する異常部（ビードの一部分がくずれた形状となる場合もある）である。

（残部：Ａｌおよび不可避的不純物）
アルミニウム合金板の成分は前記の他、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。なお、不可避的不純物として、例えば、地金や中間合金に含まれている、通常知られている範囲内のＺｎ、Ｇａ、Ｖ、Ｎｉ等は、本発明の効果を妨げるものではないため、このような不可避的不純物の含有は許容される。

（最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率：０．３〜３．５％）
アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部における最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率を、０．３〜３．５％とする。なお、断面の板厚方向中心部とは、具体的には、板厚方向中心を中心とした板厚の１８〜５０％における領域を指す。

面積率が０．３％未満では、しごき加工時において、ポンチやダイスに凝固したアルミニウム母地を除去する潤滑効果が不足して、アルミニウム合金板に焼付き等が発生するため、アルミニウム合金板の成形性が低下する。一方、面積率が３．５％を超えると、粗大な金属間化合物が多く、成形割れの起点になりやすいため、アルミニウム合金板の成形性が低下する。
なお、前記範囲内において、１μｍ未満の化合物が含まれていても、これらの面積率については成形性に影響を与えるものではなく、前記範囲内にこれらの金属間化合物が含まれていてもよい。また、最大長の上限については、定めはなく、面積率には、最大長が１１μｍ以上の金属間化合物も含まれている。

（最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数：１４０個／ｍｍ²以下）
アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部における最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数を、１４０個／ｍｍ²以下とする。
個数が１４０個／ｍｍ²を超えると、粗大な前記金属間化合物の数が多く、成形時の割れの起点となりやすいため、アルミニウム合金板の成形性が低下する。
なお、前記範囲内において、１１μｍ未満の化合物が含まれていても、これらの個数については、成形性に影響を与えるものではなく、前記範囲内にこれらの金属間化合物が含まれていてもよい。また、最大長の上限については、定めはなく、個数については、０であってもよい。
そして、これら金属間化合物の分布は、前記Ｆｅ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｍｇの各含有量により制御する。また、後記するように、アルミニウム鋳塊を鋳造する鋳造条件範囲を適正化することや、均質化熱処理工程の後に、圧延用スラブを常温まで冷却し、その後、再加熱することによって、金属間化合物の面積率を増やすことができる。

金属間化合物の検出手段には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の適用が一例として挙げられる。最大長が１μｍ以上の金属間化合物はＳＥＭの組成（ＣＯＭＰＯ）像において母相とのコントラストで識別でき、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物はＡｌ母相より白く写り、Ｍｇ−Ｓｉ系金属間化合物はＡｌ母相より黒く写る。アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部における金属間化合物においては、アルミニウム合金板を切り出して、圧延方向と板厚方向を含む切断面を研磨して鏡面に仕上げて観察面とし、アルミニウム合金板の板厚方向中心を中心とした板厚の１８〜５０％における領域を観察する。この領域から好ましくは複数の視野を合計１ｍｍ^２以上観察、撮影し、画像処理装置等を用いて指定サイズの金属間化合物についての面積率および個数密度を測定する。

〔アルミニウム合金板の製造方法〕
次に、本発明に係るアルミニウム合金板の製造方法の一例について説明する。
まず、前記組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊を作製し、この鋳塊に面削を施した後に、４８０℃以上かつ前記アルミニウム合金の融点未満の温度で均質化熱処理を施す。次に、この均質化熱処理された鋳塊を、熱間圧延および冷間圧延して圧延板を作製する。そして、この圧延板を、３００〜４００℃の温度範囲内で焼鈍を施すことでアルミニウム合金板を製造する。

さらに、前記本発明に係るアルミニウム合金板の製造方法の内、アルミニウム鋳塊を鋳造する鋳造条件範囲を適正化することによって、金属間化合物の面積率を増やすことが好ましく、これにより加工性が優れたものとなる。その場合の鋳造条件は、鋳造速度は６０ｍｍ/ｍｉｎ以下、鋳込み温度は７１０℃以下の鋳造条件で行うことが好ましい。なお、鋳込み温度は６９０℃以上で行うことにより、鋳造時にトラブルが発生することも防止できる。さらに、前記本発明に係るアルミニウム合金板の製造方法の内、均質化熱処理工程の後に、圧延用スラブを常温まで冷却し、その後、再加熱することによっても、金属間化合物の面積率を増やして適正化することができ、これにより加工性が優れたものとなる。その場合の鋳塊の再加熱条件は、昇温速度：１〜４０℃／ｈｒ、到達温度：４００〜５１０℃、保持時間：２時間以上の再加熱処理を行った後に、熱間圧延を行えばよい。

〔電池ケース〕
次に、本発明に係る電池ケースについて説明する。本発明に係る電池ケースは、前記アルミニウム合金板を用いて作製したものである。
以下、本発明に係るアルミニウム合金板から電池ケースおよび二次電池を作製する方法の一例を説明する。

＜電池ケースおよび二次電池の作製方法＞
ケース本体部とする本発明に係るアルミニウム合金板は、最終冷間圧延にて０．５〜１．５ｍｍ程度の板厚とする。このアルミニウム合金板を、所定の形状に切断し、絞り加工またはしごき加工により有底筒形状に成形する。さらにこの加工を複数回繰り返して徐々に側壁面を高くして、トリミング等の加工を必要に応じて施すことで、所定の底面形状および側壁高さに成形してケース本体部とする。電池ケースの形状は特に限定されるものではなく、円筒形、偏平形の直方体等、二次電池の仕様に従い、ケース本体部は上面が開放された有底筒形状とする。

また、ケース本体部と同じアルミニウム合金で、１．０〜２．５ｍｍ程度の板厚とした本発明に係るアルミニウム合金板で蓋部を作製する。このアルミニウム合金板をケース本体部の上面に対応した形状に切断し、注入口等を形成して蓋部とする。前記ケース本体部に二次電池材料（正極材料、負極材料、セパレータ等）を格納し、上面に前記蓋部を溶接する。ケース本体部と蓋部との溶接は、波形制御されたパルスレーザーによる溶接が一般的である。そして、電池ケースに注入口から電解液を注入して、注入口を封止して二次電池とする。

本発明の電池ケース用アルミニウム合金板は、例えば自動車用の電池ケースとして用いる場合、ある程度厚い板厚（例えば０．５ｍｍ以上）のものが用いられる。前記電池ケース用アルミニウム合金板は、溶け込み深さが０．２５ｍｍを超える深さの場合でも、パルスレーザー溶接におけるイレギュラービードの発生を防止することができる。そして前記したように、電池ケースはケース本体と蓋材からなり、両者はパルスレーザー溶接される。前記電池ケース用アルミニウム合金板は、電池ケースのケース本体および蓋材として用いられる。ただし、蓋材としては、ＪＩＳＡ１０５０アルミニウム合金やＪＩＳＡ３００３アルミニウム合金等の他のアルミニウム合金に代えることもできる。

以上、本発明を実施するための形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

〔供試材作製〕
表１に示す組成のアルミニウム合金を、溶解、鋳造（鋳込み温度：７００℃、鋳造速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ）して鋳塊とし、この鋳塊に面削を施した後に、所定温度にて４時間の均質化熱処理を施した。この均質化した鋳塊に、熱間圧延、さらに冷間圧延を施して、板厚１．０ｍｍ程度の圧延板とした。そして、この圧延板を３６０℃に加熱して焼鈍を行い、アルミニウム合金板を作製した。
成分組成を表１に示す。なお、表中、本発明の範囲を満たさないものは、数値等に下線を引いて示し、成分を含有しないものは、「−」で示す。また、Ｂが「−」の材料の微細化剤は、Ａｌ−Ｔｉ微細化剤を使用し、Ｎｏ．２３、２４、４０は、Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ微細化剤を使用した。Ｎｏ．３９のＢは不可避的不純物として含有するものである。

〔金属間化合物の分布〕
次に、金属間化合物の分布を以下の方法により測定した。
まず、アルミニウム合金板を切り出して樹脂埋めし、圧延方向と板厚方向を含む面を観察面となるように研磨して鏡面とし、この鏡面化された面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて、加速電圧２０ＫＶ，倍率５００倍の組成（ＣＯＭＰＯ）像で２０視野（合計１ｍｍ^２）観察した。観察視野は、板厚方向中心を中心として板厚方向に、厚み方向の両側（上方向および下方向）を合わせて、０．１９ｍｍの範囲内とした。母相より白く写る部分をＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物またはＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物と見なし、母相より黒く写る部分をＭｇ−Ｓｉ系金属間化合物と見なして、画像処理により最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積の合計を求め、面積率を算出した。また、最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数をカウントし、単位面積当たりの個数（個数密度）を算出した。アルミニウム合金板の断面の板厚中心部における金属間化合物の面積率および個数密度を表２に示す。

〔評価〕
得られたアルミニウム合金板にて以下の評価を行い、結果を表２に示す。なお、表中、金属間化合物の分布が本発明の範囲を満たさないものは、数値に下線を引いて示す。
（強度）
アルミニウム合金板から、引張方向が圧延方向と平行になるようにＪＩＳ５号による引張試験片を切り出した。この試験片で、ＪＩＳＺ２２４１による引張試験を実施し、引張強さ、耐力（０．２％耐力）、および伸びを測定した。

（成形性）
アルミニウム合金板から、プレス加工機を使用して、側壁のしごき加工率を２０％として、底面が縦１５ｍｍ×横１２０ｍｍ、側壁の高さ９０ｍｍの箱体の角型電池ケース本体を成形した。この際、割れがなく成形可能であり、成形後に焼付きに起因する表面の変色や縦スジ模様のないものを成形性が優れているとして「◎」、割れがなく成形可能であり、わずかに変色や縦スジが発生したものを成形性が良好であるとして「○」、成形時に割れが発生したもの、または著しい変色や縦スジが発生したものを成形性が不良であるとして「×」と評価した。

（パルスレーザー溶接性（耐溶接割れ性および耐イレギュラービード））
板厚１．０ｍｍのアルミニウム合金板の表面上にレーザー照射を移動させ、連続的に溶融させる、いわゆるビードオンプレート溶接を行った。１個のパルスレーザーにより溶融池が形成されて固化した円状の溶接部がレーザーの移動により、連続的に溶接線に沿って重なり合いながら形成される。溶接機は、パルス発振のＹＡＧレーザーを使用し、ピーク出力４０００ｗ、溶接速度１０ｍｍ／秒にて行った。

評価については、溶接割れの有無を肉眼および光学顕微鏡にて観察し、割れの無い健全なビードが得られたものを「○」、割れが生じたものを「×」と判定した。また、イレギュラービード発生個数（ビード長さ９０ｍｍ当たり）を光学顕微鏡にて観察し、イレギュラービードが発生しなかった場合を、ビード形状が良好であるとして「○」、イレギュラービードが１個でも発生した場合を、ビード形状が不良であるとして「×」と評価した。そして、耐溶接割れ性および耐イレギュラービードの両方が「○」のものをパルスレーザー溶接性が良好であるとして総合「○」、いずれか一方あるいは両方が「×」のものをパルスレーザー溶接性が不良であるとして総合「×」と評価した。

表２に示すように、実施例であるＮｏ．１〜２４は、本発明の範囲を満たすため、成形性、パルスレーザー溶接性のいずれにおいても優れていた。

一方、比較例であるＮｏ．２５〜４０は、本発明の範囲を満たさないため、以下の結果となった。
Ｎｏ．２５は、Ｆｅ含有量が下限値未満のため、金属間化合物が不足して、成形性に劣った。Ｎｏ．２６は、Ｆｅ含有量が上限値を超えるため、金属間化合物が多発かつ粗大化して、成形性に劣った。

Ｎｏ．２７は、Ｓｉ含有量が下限値未満のため、金属間化合物が不足して、成形性に劣った。Ｎｏ．２８は、Ｓｉ含有量が上限値を超えるため、ビードに割れが生じ、パルスレーザー溶接性に劣った。Ｎｏ．２９は、Ｃｕ含有量が上限値を超えるため、ビードに割れが生じ、パルスレーザー溶接性に劣った。Ｎｏ．３０は、Ｍｎ含有量が下限値未満のため、金属間化合物が不足して、成形性に劣った。

Ｎｏ．３１は、Ｍｎ含有量が上限値を超えるため、金属間化合物が多発かつ粗大化して、成形性に劣った。Ｎｏ．３２は、Ｍｇ含有量が上限値を超えるため、ビードに割れが生じ、パルスレーザー溶接性に劣った。また、成形性に劣った。Ｎｏ．３３は、Ｍｎ含有量、Ｍｇ含有量が上限値を超えるため、金属間化合物が多発かつ粗大化したこと等により、成形性に劣り、またビードに割れが生じ、パルスレーザー溶接性に劣った。Ｎｏ．３４は、Ｔｉ含有量が上限値を超えるため、イレギュラービードが発生し、パルスレーザー溶接性に劣った。

Ｎｏ．３５は、Ｆｅ含有量が上限値を超えるため、金属間化合物が多発かつ粗大化して、成形性に劣った。Ｎｏ．３６、３７は、Ｓｉ含有量が上限値を超えるため、ビードに割れが生じ、パルスレーザー溶接性に劣った。Ｎｏ．３８、３９は、Ｍｎを含有していないため、金属間化合物が不足して、成形性に劣った。Ｎｏ．４０は、Ｂ含有量が上限値を超えるため、イレギュラービードが発生し、パルスレーザー溶接性に劣った。

なお、Ｎｏ．３８、３９のアルミニウム合金板は、それぞれ特許文献２、特許文献３に記載された従来のアルミニウム合金板を想定したものである。本実施例で示すように、これら従来のアルミニウム合金板は、前記の評価において一定の水準を満たさないものである。従って、本実施例によって、本発明に係るアルミニウム合金板が従来のアルミニウム合金板と比較して、優れていることが客観的に明らかとなった。

以上、本発明に係る電池ケース用アルミニウム合金板および電池ケースについて実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて改変・変更等することができることはいうまでもない。

Claims (3)

1. Ｆｅ：０．１〜２．０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｍｎ：０．０５〜０．５質量％を含有し、Ｔｉ：０．０４質量％未満、Ｂ：１０質量ｐｐｍ未満に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる電池ケース用アルミニウム合金板において、
   前記電池ケース用アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部において、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率が０．３〜３．５％であり、かつ最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数が１４０個／ｍｍ^２以下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。
2. さらに、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｍｇ：１．０質量％以下のうち１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の電池ケース用アルミニウム合金板。
3. 請求項１または請求項２に記載の電池ケース用アルミニウム合金板を用いたことを特徴とする電池ケース。