JP2013104072A - リチウムイオン電池封口材用アルミニウム合金板材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【構成】質量%で、Mn0.8%以上1.5%以下、Si0.6%以下、Fe0.7%以下、Cu0.20%以下、Zn0.20%以下を含有し、残部Alおよび不可避不純物からなる組成を有し、元板の厚みをT0、プレス加工後の厚みをT1とし、冷間加工度R(%)=[(T0−T1)/T0]×100としたとき、Rが80%の時の引張強さTS80(MPa)とRが96%の時の引張強さTS96(MPa)を比較した場合、(TS96−TS80)が15MPa未満であり、TS80が200MPa以上であることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
Mn:
Mnは、固溶状態で封口材の強度を高めるために機能する元素であるが、同時に加工硬化も促進する働きがある。そこで、加工硬化を抑制するためには、Al−Mn系金属間化合物、あるいはSiとの共存によるAl−Mn−Si系金属間化合物、あるいはSiとFeとの共存によるAl−Mn−Fe−Si系金属間化合物の析出により、Mnの固溶度を低下させる必要がある。そのためのMnの好ましい含有量は0.8%以上1.5%以下の範囲である。0.8%未満では封口材の強度を高める効果が十分ではなく、1.5%を超えて含有すると、鋳造時に最大長数10μmの粗大な晶出物が生成するために、防爆弁加工域である96%の冷間加工後に当該晶出物の周囲にクラックが発生してしまい、電池特性を阻害するほどの防爆弁作動圧の極端な低下を招いてしまう。
Siは、鋳塊の均質化処理時に、Al−Mn−Si系金属間化合物を生成し、Mnの固溶度を低下させる効果があるが、Si含有量が0.6%を超えると、Siが固溶状態で残留し、加工硬化し易くなる。加工硬化し難い特性を得るためには、Si含有量を0.6%以下とするのが好ましく、0.35%以下とするのがより好ましい。
Feが存在することにより、溶湯中のMnの溶解度が低下して、鋳造時にAl−Mn系金属間化合物を晶出し易くなり、Mnの固溶度を低下させる効果や、Al−Mn−Fe−Si系金属間化合物を生成しMnの固溶度を低下させる効果があるが、Fe含有量が0.7%を超えると、鋳造時に最大長数10μmの粗大な晶出物が生成するために、防爆弁加工域である96%の冷間加工後に当該晶出物の周囲にクラックが発生してしまい防爆弁作動圧の低下を招いてしまう。
Cuは材料表面の電位調整を目的として添加される。Cuの好ましい含有量は0.20%以下の範囲であり、0.20%を超えて含有すると、加工硬化を助長するとともに、析出したAl−Cu系金属間化合物を起点とした局所腐食を起こし易くなる。0.05%未満では粒界腐食を起こし易くなるため、0.05%以上含有させるのがより好ましい。
Znの好ましい含有量は0.20%以下の範囲であり、Zn含有量が0.20%を超えると、加工硬化を助長するとともに、材料表面の電位が卑になり、全面腐食を起こし易くなる。
表1に示す合金成分値に調整したアルミニウム合金(A〜L)を常法に従って半連続鋳造法により厚さ500mmの鋳塊に造塊し、得られた鋳塊を450℃で6h均質化処理した後、圧延面を各8mm面削、除去し、その後、450℃で熱間圧延を開始し、230℃で熱間圧延を終了して、厚さ5.0mmの熱間圧延板を得た。
晶出物の観察は、試験材に対して冷間加工度を96%とする冷間圧延を行い、得られた冷間圧延板の表面を、SEM(走査型電子顕微鏡)にて、1000倍で晶出物の周囲を観察し、クラックがあるか否か観察した。クラックが認められる場合は、防爆作動圧の低下を招いてしまい評価に値しないため、以下の評価を取り止めた。
金属間化合物の分布数と最大長の平均値は、1000倍の光学顕微鏡写真(各3視野、5400μm2)に対し、NIRECO製画像解析装置LUZEX−APを用いて、最大長1.0μm以上の金属間化合物を除外した後に、最大長1.0μm未満の金属間化合物数(個/μm2)と、5400μm2の視野の金属間化合物の最大長の平均値を計測した。
試験材の加工硬化特性は、試験材に対して冷間加工度を80%、96%とする冷間圧延を行い、得られた冷間圧延板を使用して、引張試験を行うことにより評価した。JIS Z2201による5号試験片を用い、JIS Z2241に準拠して引張試験を行った。
試験材の25℃における導電率を、日本フェルスター製シグマテスト2.069により各5点測定し、最大値、最小値を除外した3点の平均値を測定値とした。
表1の合金Aの成分値に調整したアルミニウム合金を常法に従って半連続鋳造法により厚さ500mmの鋳塊に造塊し、得られた鋳塊を表3に示す条件で均質化処理した後、圧延面を各8mm面削、除去し、その後、表3に示す条件で、熱間圧延、冷間圧延、および最終焼鈍を施して、試験材13〜35を作製した。試験材13〜24は、本発明の製造条件からなる試験材である(実施例2)。試験材25〜35は、本発明の製造条件を外れたものからなる試験材である(比較例2)。表3において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
Claims (4)
- 質量%で、Mn0.8%以上1.5%以下、Si0.6%以下、Fe0.7%以下、Cu0.20%以下、Zn0.20%以下を含有し、残部Alおよび不可避不純物からなる組成を有し、元板の厚みをT0、プレス加工後の厚みをT1とし、冷間加工度R(%)=[(T0−T1)/T0]×100としたとき、Rが80%の時の引張強さTS80(MPa)とRが96%の時の引張強さTS96(MPa)を比較した場合、(TS96−TS80)が15MPa未満であり、TS80が200MPa以上であることを特徴とするリチウムイオン電池封口材用アルミニウム合金板材。
- マトリックス中の最大長1.0μm未満のMnを含む金属間化合物において、該金属間化合物の数が、0.25個/μm2以上であり、5400μm2の視野を画像解析した場合の前記金属間化合物の最大長の平均値が0.35μm未満であることを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン電池封口材用アルミニウム合金板材。
- 25℃における導電率が45〜55IACS%であることを特徴とする請求項1または2記載のリチウムイオン電池封口材用アルミニウム合金板材。
- 請求項1に記載の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を、400〜550℃で1〜48h均質化処理した後、開始温度を400〜550℃、終了温度を200〜300℃とする熱間圧延を行い、加工度70%以上の冷間圧延を行って所定の厚さとした後、バッチ式焼鈍炉で、焼鈍温度を350〜500℃、焼鈍時間を1〜48hとする最終焼鈍を施すことを特徴とするリチウムイオン電池封口材用アルミニウム合金板材の製造方法。
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