JP3629922B2

JP3629922B2 - 角形電池ケース用アルミニウム合金板

Info

Publication number: JP3629922B2
Application number: JP29739297A
Authority: JP
Inventors: 研二野田; 邦昭松井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: JPH11135081A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角形電池のケースに使用されるアルミニウム合金板に関し、特に、良好な成形性を得ることができる角形電池ケース用アルミニウム合金板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話及び携帯用パーソナルコンピュータ等の電子機器の電源として使用されている角形電池のケースの材料としては、従来より、Ｎｉメッキ鋼板及びステンレス鋼板等が使用されている。また、近時、電子機器の軽量化及び角形電池の質量あたりのエネルギー密度の向上を目的として、アルミニウム合金板からなる角形電池のケースが提案されており、一部のケースについては、実用化されている。
【０００３】
しかし、アルミニウム合金板は、Ｎｉメッキ鋼板及びステンレス鋼板と比較して、成形性が低いと共に、そのヤング率がＮｉメッキ鋼板及びステンレス鋼板の１／３であるので、アルミニウム合金板を使用してケースを作製すると、その強度が低いという問題点がある。従って、電池の充放電等によってケースの内圧が上昇した場合に、アルミニウム合金板からなるケースは変形しやすくなり、電池の安全性を確保する上で問題がある。
【０００４】
そこで、ケースの変形の防止を図った密閉形の角形電池が提案されている（特開平７−３２６３３１号公報）。これは、外装缶（ケース）のコーナ部の厚さをコーナ以外の部分の厚さよりも厚くしたものであり、このようにケースの形状を規定することにより、そのたわみ強度を向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−３２６３３１号公報に開示された形状のケースは、ケースの変形防止の効果を得ることはできるが、成形性が低いという問題点がある。また、コーナ部の厚さのみを厚く形成しているので、その製造工程が従来のものと比較して煩雑であるという問題点がある。また、絞り加工及びしごき加工によりアルミニウム合金板を成形して角形ケースを製造する場合に、板材の加工性が低いと、角形ケースの製造時に割れ等が発生することがある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、角形電池ケースを成形する際に良好な成形性を得ることができ、製造時の割れ発生が防止され、製造工程の煩雑性が回避されると共に、内圧による変形を防止するに十分な強度を有する角形電池ケース用アルミニウム合金板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る角形電池ケース用アルミニウム合金板は、Ｍｎを０．６乃至２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物であり、前記不可避的不純物のうち、Ｆｅが１．０質量％未満、Ｓｉが０．３質量％未満、Ｓｉ及びＦｅ以外の各元素が０．０５質量％未満に規制され、引張強さが１５０（Ｎ／ｍｍ^２）以上であると共に、再結晶粒の平均粒径が５０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、板材の材料としてのアルミニウム合金鋳塊中に適正量のＭｎを含有するので、鋳造時にＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の金属間化合物を形成する。これにより、アルミニウム合金板のしごき加工時の摩擦を低減することができ、摩擦による焼付きの発生を抑制することができる。また、本発明においては、所定値以上の引張強さを有するアルミニウム合金板を使用してしごき加工を施すので、アルミニウム合金板のしごき加工性を向上させることができると共に、このアルミニウム合金板により製造された角形ケースの強度を向上させることができる。更に、本発明においては、アルミニウム合金板の再結晶粒の平均粒径を規定しているので、成形材の表面に荒れが発生することなく、板材をプレス成形することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
角形電池等の角形ケースは、一般的に、トランスファープレスを使用して、板材を絞り加工及びしごき加工を併用して成形することにより、製造されている。このときのしごき加工率は、通常、約２０乃至５０％であるが、板材のしごき加工性が低い場合には、角形ケースを成形したときに割れ等の欠陥が発生することがある。
【００１０】
そこで、本願発明者等は、アルミニウム合金板のＭｎ含有量を適切に規定すると共に、引張強さ及び再結晶粒の平均粒径を適切に規定することにより、板材のしごき加工時及びプレス成型時における成形性を向上させることができ、角形ケースの成形時に割れ等の欠陥が発生することを防止することができることを見い出した。以下、アルミニウム合金板の組成限定理由、引張強さ及び再結晶粒の平均粒径の限定理由について、詳細に説明する。
【００１１】
アルミニウム合金板のＭｎ含有量：０．６乃至２．０重量％
アルミニウム合金材中に含有されるＭｎは、鋳造時に不可避的不純物のＦｅと結合してＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の金属間化合物を形成し、しごき加工時の摩擦を低減するので、摩擦による焼付きの発生を抑制する効果を有する。本発明の角形ケースの材料となるアルミニウム合金板のＭｎ含有量が０．６重量％未満であると、これらの効果を十分に得ることができない。一方、アルミニウム合金板のＭｎ含有量が２．０重量％を超えると、粗大な金属間化合物を形成して、プレス成形時に割れが発生する起点となるので、このアルミニウム合金板により角形ケースを製造する場合の成形性が劣化する。従って、アルミニウム合金板のＭｎ含有量は０．６乃至２．０重量％とする。
【００１２】
不可避的不純物
Ｆｅは地金不純物としてアルミニウム合金材中に混入する元素であり、上述の如く、アルミニウム合金板中にＦｅが存在すると、Ｍｎ等と結合して金属間化合物を形成し、しごき加工性を向上させることができる。しかし、アルミニウム合金板中にＦｅが多量に含有されると、粗大な化合物が形成されて、アルミニウム合金板の成形性を劣化させる。従って、アルミニウム合金板中の不可避的不純物としてのＦｅは、１．０重量％未満であることが好ましい。
【００１３】
また、Ｓｉはアルミニウム合金板に不可避的不純物として地金から混入する元素であり、アルミニウム合金板にＳｉが存在すると、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を形成して、しごき加工性をより一層向上させることができる。しかし、アルミニウム合金板の不可避的不純物としてのＳｉが０．３重量％以上含有されると、粗大な化合物が形成されて、成形性が低下する。従って、アルミニウム合金板の不可避的不純物としてのＳｉは０．３重量％未満に規制する。
【００１４】
また、その他の不可避的不純物については、本発明の効果を損なわない程度で、アルミニウム合金板に含有されることが許容される。但し、アルミニウム合金板がＭｇを含有すると、角形ケースの有底角筒状の本体部と蓋部とのレーザ溶接時に、溶接性が低下する原因となるので、アルミニウム合金板の不可避的不純物としてのＭｇ含有量はできるだけ低減することが好ましい。従って、アルミニウム合金板のＦｅ及びＳｉを除く不可避的不純物は、各元素について、０．０５質量％未満とすることが好ましい。
【００１５】
アルミニウム合金板の引張強さ：１５０（Ｎ／ｍｍ ^２）以上
アルミニウム合金板をしごき加工することにより、角形ケースを製造する場合には、アルミニウム合金板が所定値以上の引張強さを有することが必要である。アルミニウム合金板の引張強さが１５０（Ｎ／ｍｍ^２）未満であると、しごき加工性が低下すると共に、このアルミニウム合金板を使用して製造された角形ケースの強度が低下する。その結果、例えば、角形ケースを電池の外装缶として使用した場合に、充放電時及び高温環境下における電池の変形が大きくなって、安全性が低下する。従って、アルミニウム合金板の引張強さは１５０（Ｎ／ｍｍ^２）以上とする。
【００１６】
アルミニウム合金板の再結晶粒の平均粒径：５０μｍ以下
アルミニウム合金板の再結晶粒の平均粒径が５０μｍを超えると、角形ケースの成形後に、成形材の表面に荒れが発生して、プレス成形性が低下すると共に、成形後の外観（表面光沢等）が劣化する。従って、アルミニウム合金板の再結晶粒の平均結晶粒径は５０μｍ以下とする。
【００１７】
本発明においては、上述の如くアルミニウム合金板の化学組成、引張強さ及び再結晶粒の平均粒径を規定することにより、角形ケースを製造する際の成形性が良好であるアルミニウム合金板を得ることができる。なお、本発明に係るアルミニウム合金板は、アルミニウム合金素材に対して熱間圧延板及び冷間圧延を施し、この圧延板を中間焼鈍した後に最終圧延することにより、製造することができる。このとき、アルミニウム合金板の引張強さを調整する手段としては、例えば、最終圧延時の圧下率を調整する方法がある。また、再結晶粒の平均粒径を調整する手段としては、例えば、中間焼鈍時に連続焼鈍炉による高速加熱を利用する方法がある。但し、本発明においては、アルミニウム合金板の引張強さ及び再結晶粒の平均粒径を調整する方法は、上述の方法に限定されるものではない。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明に係る角形ケース用アルミニウム合金板を成形して角形ケースを作製した場合の実施例について、その比較例と比較して具体的に説明する。先ず、下記表１に示す化学組成を有するアルミニウム合金板素材を使用して、種々の製造方法により板厚が１．０ｍｍのアルミニウム合金板を作製した。そして、これらのアルミニウム合金板の引張強さ及び平均結晶粒径を測定した。なお、アルミニウム合金板の引張強さは、ＪＩＳＺ２２４１に準じて測定した。また、平均結晶粒径は、１００倍の倍率で撮影した顕微鏡写真において、切片法に基づいて測定した。
【００１９】
その後、このアルミニウム合金板を成形加工することにより、７ｍｍ×２５ｍｍ×４５ｍｍのサイズの角形ケースを作製した。なお、プレス加工時においては、角形ケースの側壁のしごき率を板厚の５０％として、アルミニウム合金板をしごき加工した。そして、プレス加工時の成形性（プレス成形性）について評価した。使用した合金板素材の化学組成、アルミニウム合金板の引張強さ及び結晶粒の平均粒径並びにプレス成形性を下記表２に示す。なお、下記表２中のプレス成形性の評価結果の欄において、○（良好）はプレス成形時に角形ケースに割れ及び表面の荒れ等が発生しなかったものを示し、△（やや不良）は成形時にくびれ及び表面の荒れが若干発生したものを示す。また、×（不良）はプレス成形時に角形ケースに割れ及び表面の荒れ等が発生したものを示している。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
上記表１に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至４はアルミニウム合金板のＭｎ含有量が本発明の範囲内であると共に、引張強さ及び再結晶粒の平均粒径が本発明の範囲内であるので、角形ケース成形時の成形性が良好となった。
【００２３】
一方、比較例Ｎｏ．５及び６は、アルミニウム合金板のＭｎ含有量が本発明範囲から外れており、比較例Ｎｏ．７及び８は、アルミニウム合金板の引張強さが本発明範囲から外れている。従って、成形性が若干不良となった。また、比較例Ｎｏ．９及び１０は再結晶粒の平均粒径が本発明の範囲から外れているので、成形性が不良となった。比較例Ｎｏ．１１及び１２は、アルミニウム合金板のＭｎ含有量及び引張強さが本発明の範囲から外れているので、成形性が若干不良となった。
【００２４】
比較例Ｎｏ．１３及び１４は、アルミニウム合金板のＭｎ含有量及び平均結晶粒径が本発明の範囲から外れている。また、比較例Ｎｏ．１５及び１６はアルミニウム合金板の引張強さ及び平均結晶粒径が本発明の範囲から外れている。更に、比較例Ｎｏ．１７及び１８はアルミニウム合金板のＭｎ含有量、引張強さ及び平均結晶粒径の全ての項目において、本発明の範囲から外れている。従って、比較例Ｎｏ．１３乃至１８は、成形性が不良となった。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、アルミニウム合金板のＭｎ含有量を適切に規定すると共に、引張強さ及び平均結晶粒径を規定しているので、このアルミニウム合金板を使用して、プレス加工及びしごき加工により角形ケースを成形する際に、良好な成形性を得ることができ、製造時の割れ発生が防止されて、製造工程の煩雑性が回避されると共に、内圧による角形ケースの変形を防止するに十分な強度を得ることができる。

Claims

Ｍｎを０．６乃至２．０質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物であり、前記不可避的不純物のうち、Ｆｅが１．０質量％未満、Ｓｉが０．３質量％未満、Ｓｉ及びＦｅ以外の各元素が０．０５質量％未満に規制され、引張強さが１５０（Ｎ／ｍｍ^２）以上であると共に、再結晶粒の平均粒径が５０μｍ以下であることを特徴とする角形電池ケース用アルミニウム合金板。