KR101370087B1

KR101370087B1 - 전지 케이스용 알루미늄 합금판 및 전지 케이스

Info

Publication number: KR101370087B1
Application number: KR1020110091688A
Authority: KR
Inventors: 가즈노리 고바야시; 츠요시 마츠모토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2014-03-05
Also published as: KR20120028257A; CN102400015B; CN102400015A

Abstract

[과제] 전지 케이스용의 JIS A3000계 알루미늄 합금판을 펄스 레이저 용접할 때에, 이상부(이레귤러 비드)의 발생을 방지한다.
[해결수단] Mn: 0.8∼1.5질량%, Cu: 0.05∼0.2질량%, Si: 0.05∼0.6질량% 이하, Fe: 0.05∼0.7질량% 이하를 함유하고, Zn이 0.05% 이하, Ti가 0.04질량% 미만, B가 10질량ppm 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 전지 케이스용 알루미늄 합금판. 레이저의 용입 깊이가 0.25mm 이상으로 깊은 경우라도 이레귤러 비드의 발생을 방지할 수 있다.

Description

전지 케이스용 알루미늄 합금판 및 전지 케이스{ALUMINUM ALLOY PLATE FOR BATTERY CASE AND BATTERY CASE}

본 발명은, 리튬 이온 2차 전지 케이스 등에 사용되는 전지 케이스용 알루미늄 합금판 및 전지 케이스에 관한 것이다.

휴대전화나 노트북형 퍼스널 컴퓨터 등의 전원으로서, 리튬 이온 2차 전지가 널리 사용되고 있다. 이 2차 전지의 외장인 케이스(이하, 적당히, 전지 케이스라 함)의 재료로는, 종래, 전지의 소형화 및 경량화, 그리고 전지 케이스(주로 전지 케이스 본체)로 성형하기 위한 가공성(성형성)을 좋게 하기 위해서 알루미늄 합금재가 사용되고 있다.

휴대전화나 노트북 컴퓨터의 전지에 있어서는, 전지의 팽창이 문제로 된다. 이 때문에, 높은 강도를 얻기 위해서 Al-Mn계 합금을 베이스로 Cu, Mg를 다량으로 첨가한 합금이 개발되어 있다(특허문헌 1 참조). 그러나, 휴대전화 등의 전지와 달리, 차량용 전지 케이스는 경량화가 요망되지만, 케이스의 하우징체 등의 병설에 의해 어느 정도의 강도가 얻어지기 때문에, 휴대전화 등의 전지 정도의 강도는 요구되지 않고, 오히려 강도를 갖추면서 가공성·용접성이 좋은 합금이 요구된다.

이러한 전지 케이스용의 알루미늄 합금으로서는, JIS A3003을 베이스로 한 Al-Mn계 알루미늄 합금이 알려져 있다(특허문헌 2 참조). Al-Mn계 알루미늄 합금은 레이저 용접성이 우수하고, JIS A1050 등의 순 알루미늄에 비교하더라도 용입(penetration)이 용이하게 얻어진다. 전지 케이스용의 알루미늄 합금의 가공에는, 연속 레이저와 함께 펄스 레이저가 사용된다. 펄스 레이저는 연속 레이저에 비교하여, 박육재의 용접에 적합하다고 하는 특징이 있지만, 용접 조건이 엄하기 때문에 알루미늄 합금이 깨어지거나, 순 알루미늄에 있어서는 이레귤러 비드(irregular bead; 비드가 가지런하지 않음)가 발생한다고 하는 문제가 있다(특허문헌 3).

일본 특허 제3867989호 공보 일본 특허공개 2002-134069호 공보 일본 특허공개 2009-287116호 공보

휴대전화의 전지 케이스용 알루미늄재와 같이 판두께가 얇은 재료와 달리, 자동차용 전지 케이스에 있어서는, 판두께가 어느 정도 두껍기 때문에, 소정의 용접부 강도를 얻기 위해서, 용입 깊이를 깊게 할 필요가 있다. 그러나, JIS A3003 알루미늄 합금에 있어서는, 용입 깊이가 0.25mm를 초과하면 현저히 용접 비드의 형상 안정성이 저하되어, 이레귤러 비드의 발생률이 급격히 증가한다. 이 이레귤러 비드는, 경우에 따라서는 피용접재의 이면에까지 꿰뚫고 나가는 용입으로 되어, 도전성 및 동작 전압 등의 성능에 악영향을 주는 문제를 일으킨다. 이레귤러 비드가 발생한 용접부를, 도 1(b), 도 2(b)에 나타낸다. 도 1(b)에 있어서 대직경으로 형성된 비드, 도 2(b)에 있어서 2개소 깊게 용입한 비드가 이레귤러 비드이다. 도 1(a), 도 2(a)는 이레귤러 비드의 발생이 없는 용접부를 나타낸다. 비드의 직경이 가지런하여, 용입 깊이가 거의 일정하다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 전지 케이스로 제작하기 위한 가공성(특히 본체부) 및 펄스 레이저 용접성을 갖는 전지 케이스용 알루미늄 합금판, 및 이 전지 케이스용 알루미늄 합금판을 이용한 전지 케이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

펄스 레이저 용접에 있어서의 이상부(이레귤러 비드)의 발생은, 이하에 설명하는 바와 같이, 펄스 레이저 용융시(660∼750℃)부터 재응고(660∼640℃)하는 동안에 비드 내에 잔류하는 포로시티(porosity) 결함의 발생도와 관련된다(특허문헌 3 참조).

용접시, 펄스 레이저 조사부는 용융 상태가 되고, 그 용융지 내에는, 수소, 실드 가스, 금속 증기 등에 의한 기포가 존재한다. 1펄스의 펄스 레이저 조사가 완료되면, 펄스 레이저 조사부는 응고 과정으로 이행하지만, 용융지로부터 기포가 빠져나가기 어려운 경우에는, 그대로 포로시티 결함으로서 잔류하기 쉽다. 펄스 레이저 용접의 경우, 응고 완료된 비드에 새롭게 비드가 겹치도록 다음 펄스 레이저광이 조사된다. 그리고, 응고 완료된 비드가 펄스 레이저광의 조사에 의해 재용융했을 때에는, 잔류한 포로시티에 펄스 레이저광이 조사되게 되어, 포로시티가 팽창하여, 통상 펄스 레이저광 조사에 의해 형성되는 키홀(key hole)이 비대화하여, 레이저광이 깊숙히까지 들어가기 쉽게 된다. 그 결과, 용입이 깊게 형성되어, 비정상 용입부로 된다. 이 비정상 용입부가 응고하여, 용접부에서의 이레귤러 비드로 된다.

통상의 JIS A3003 알루미늄 합금 등의 Al-Mn 합금판을, 0.25mm 이하의 용입 깊이로 펄스 레이저 용접한 경우는, 대입열로 용접하더라도 이레귤러 비드는 발생하지 않지만, 용입이 0.25mm을 넘은 부근에서 급격히 발생률이 높아진다.

그래서, 본 발명자들은, 리튬 이온 전지 케이스용의 소재로서 우수한 JIS A3000계 알루미늄 합금판의 이점을 살리면서, 펄스 레이저 용접에 의한 용입 깊이를 깊게 한 경우이더라도, 이레귤러 비드의 발생을 방지할 수 있는 소재를 개발하기 위해 여러 가지로 실험 연구했다.

그 결과, 본 발명자들은, JIS A3000계 알루미늄 합금의 미량 성분인 Ti와 B의 함유가, 펄스 레이저 용접에 있어서의 이레귤러 비드의 발생에 큰 영향을 준다는 것, 및 이 합금에 포함되는 Ti나 B의 함유량을 적정한 범위로 규제함으로써, 이레귤러 비드의 발생을 방지할 수 있는 것을 발견했다.

즉, 본 발명에 따른 전지 케이스용 알루미늄 합금판(이하, 적절히 알루미늄 합금판이라 함)은, Mn: 0.8∼1.5질량%, Cu: 0.05∼0.2질량%, Si: 0.05∼0.6질량% 이하, Fe: 0.05∼0.7질량% 이하를 함유하고, Zn이 0.05질량% 이하, Ti가 0.04질량% 미만, B가 10질량ppm 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 알루미늄 합금판은, Mn, Cu, Si를 소정량 함유함으로써, 각각의 원소가 모상 내에 고용하여, 알루미늄 합금판의 강도가 향상된다. 또한, Mn, Si, Fe를 소정량 함유함으로써, 금속간 화합물의 형성에 의해 성형성이 향상된다. 또한, Zn 농도를 소정량 이하로 규제함으로써, 알루미늄 합금판의 레이저 용접시에, 증기압이 낮은 Zn이 비산하지 않아, 주위를 오염시키는 일이 없다. 그리고, Ti, B를 소정량 이하로 규제함으로써, 펄스 레이저 용접 조사에 의한 소재의 용융시에, 응고 비드 내에 기포가 잔류하기 어렵게 되어, 용접부에서의 이레귤러 비드의 발생을 막는다.

상기 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, 예컨대 자동차용 전지 케이스로서 이용하는 경우, 어느 정도 두꺼운 판두께(예컨대 0.5mm 이상)의 것을 이용한다. 상기 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, 용입 깊이가 0.25 mm을 넘는 깊이의 경우에도, 펄스 레이저 용접에 있어서의 이레귤러 비드의 발생을 방지할 수 있다.

전지 케이스는 케이스 본체와 커버재로 이루어지고, 양자는 펄스 레이저 용접된다. 상기 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, 전지 케이스의 케이스 본체 및 커버재로서 사용된다. 단, 커버재는, JIS A1050 알루미늄 합금 등의 다른 알루미늄 합금으로 대체할 수도 있다.

본 발명에 따른 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, 우수한 펄스 레이저 용접성을 갖는다. 구체적으로는, 종래재에서는 이레귤러 비드의 발생을 방지할 수 없던 깊은 용입 깊이(0.25mm 초과)의 펄스 레이저 용접이더라도, 이레귤러 비드의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 펄스 레이저 용접에 의한 깊은 용입 깊이를 필요로 하는 자동차용 등의 전지 케이스재로서 적합하다.

또한, 본 발명에 따른 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, 종래재와 같은 강도를 유지하고, 또한 종래재와 마찬가지로 케이스 본체를 성형할 때에 요구되는 우수한 성형성(아이어닝(ironing) 가공성)을 갖는다.

도 1은 펄스 레이저에 의한 용접부의 평면도(광학 현미경 사진)이며, (a)는 양호한 용접부, (b)는 이레귤러 비드가 생긴 용접부를 나타낸다.
도 2는 펄스 레이저에 의한 용접부의 단면도(광학 현미경 사진)이며, (a)는 양호한 용접부, (b)는 이레귤러 비드가 생긴 용접부를 나타낸다. (a), (b)에 있어서 오른쪽 아래의 게이지는 200μm를 나타낸다.

이하, 본 발명에 따른 전지 케이스용 알루미늄 합금판에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

〔알루미늄 합금판의 구성〕

본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, Mn, Cu, Si, Fe를 소정량 함유하고, Zn, Ti, B가 소정량 이하로 규제되며, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금판이다.

이하, 각 성분의 한정 이유에 대하여 설명한다.

(Mn: 0.8∼1.5질량%)

Mn은, 모상 내에 고용하여, 알루미늄 합금판의 강도를 높여 내압 강도를 향상시키는 효과가 있으며, Mn 함유량 증가에 따라 강도를 높일 수 있다. 또한, Mn은, Al, Fe, Si와 금속간 화합물(Al-Fe-Mn계 금속간 화합물, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물)을 형성하고, 이것이 미세하게 석출하여 전지 케이스로 성형 가공할 때의 윤활 효과에 기여하여, 알루미늄 합금판의 성형성을 향상시킨다. 그러나, Mn 함유량이 0.8질량% 미만이면, 이들 효과가 불충분하며, 1.5질량%를 초과하면, 조대한 금속간 화합물의 수가 불어나, 성형시의 균열의 기점이 되기 쉽고, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은, 0.8질량% 이상, 1.5질량% 이하로 한다. 바람직하게는 0.9질량% 이상, 1.3질량% 이하이다.

(Cu: 0.05∼0.2질량%)

Cu는, 고용하여 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 효과가 있다. 그러나, Cu 함유량이 0.05질량% 미만이면 이 효과가 불충분하며, 0.2질량%를 초과하면 용접 균열이 발생하기 쉽게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, Cu 함유량은 0.05질량% 이상, 0.2질량% 이하로 한다. 바람직하게는, 0.1질량% 이상, 0.18질량% 이하이다.

(Si: 0.05∼0.6질량%)

Si는, 모상 내에 고용하여, 알루미늄 합금판의 강도를 높여 내압 강도를 향상시키는 효과가 있다. 또한, Si는, Al, Mn, Fe와 Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 형성하여(Mn에 관한 앞서의 기재 참조), 알루미늄 합금판의 성형성을 향상시킨다. 그러나, Si 함유량이 0.05질량% 미만이면, 이들 효과가 불충분하며, 0.6질량%를 초과하면, 상기 금속간 화합물이 조대한 것으로 되어, 성형시의 균열의 기점이 되기 쉽고, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 또한, Si 함유량이 0.6질량%를 초과하면, 용접 균열이 발생하기 쉽게 된다. 따라서, Si 함유량은 0.05질량% 이상, 0.6질량% 이하로 한다. 바람직하게는 0.05질량% 이상, 0.2질량% 이하이다.

(Fe: 0.05∼0.7질량%)

Fe는, Mn, Si와 마찬가지로 Al-Fe-Mn계, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 형성하여(Mn에 관한 앞서의 기재 참조), 알루미늄 합금판의 성형성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나, Fe 함유량이 0.05질량% 미만이면, 이 효과가 불충분하며, 0.7질량%를 초과하면, 조대한 상기 금속간 화합물의 수가 불어나, 성형시의 균열의 기점이 되기 쉽고, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 또한, Fe 함유량이 0.7질량%를 초과하면, 포로시티가 발생하기 쉽게 된다. 따라서, Fe 함유량은 0.05질량% 이상, 0.7질량% 이하로 한다. 바람직하게는, 0.4질량% 이상, 0.6질량% 이하이다.

본 발명에 따른 알루미늄 합금판의 주요 성분은 이상과 같고, 이들의 함유량은, 거의 JIS A3003의 조성에 준한 것으로 되어 있다. Mn, Cu, Fe, Si를 제외한 잔부는, 후술하는 Ti, B 외에, Al 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 불가피적 불순물은, 지금(地金)이나 중간 합금에 포함되고 있다. Ti, B 및 주된 불가피적 불순물에 대하여 이하에 설명한다.

(Ti: 0.04질량% 미만)

Ti는, 알루미늄 합금 주조 조직을 미세화, 균질화(안정화)시키는 효과가 있어, 압연용 슬래브의 주조시의 주조 균열 방지를 목적으로, 0.02∼0.15질량%의 범위로 상용되고 있다. 그러나, 상기 조성의 알루미늄 합금의 경우, Ti를 0.04질량%이상 함유하면, 펄스 레이저 조사에 의한 소재의 용융시(660∼750℃)에 응고 비드 내에 포로시티가 잔류하기 쉽게 된다. 이 때문에, 다음 펄스 레이저 조사로 응고 비드가 재용융했을 때, 먼저 설명한 대로, 용입이 깊게 형성되고(비정상 용입부), 이것이 응고하여 용접부에 이상부(이레귤러 비드)가 발생한다. 본 발명에 따른 알루미늄 합금에 있어서, Ti는 지금(스크랩 포함) 중에 불가피적 불순물로서 포함되거나, 또는 상기 효과를 목적으로 중간 합금으로서 필요에 따라 첨가되는 원소이다. 어떻든 간에, 그 함유량은 0.04질량% 미만(0%을 포함한다)으로 규제할 필요가 있다.

(B: 10질량ppm 미만)

B는, 상기한 바와 같이 알루미늄 합금의 슬래브 주조시의 주조 균열 방지를 목적으로, Ti-B 모합금으로서 Ti와 함께, 적극 첨가로 상용되고 있는 원소이다. 그러나, 상기 조성의 알루미늄 합금의 경우, B 함유량이 10질량ppm 이상이면, 상기 Ti와 마찬가지로, 펄스 레이저 조사부의 응고 비드 내에 포로시티가 잔류하기 쉽게 되어, 다음 펄스 레이저 조사로 응고 비드가 재용해했을 때 용입이 깊게 형성되고, 이것이 응고하여 이상부(이레귤러 비드)가 발생한다. 본 발명에 따른 알루미늄 합금에 있어서, B는 지금(스크랩 포함) 중에 불가피 불순물로서 포함되거나, 또는 상기 효과를 목적으로 중간 합금으로서 필요에 따라 첨가되는 원소이다. 어떻든 간에, 그 함유량은 10질량ppm 미만(0ppm을 포함)으로 규제할 필요가 있다. 바람직하게는 9질량ppm 이하이다.

(불가피 불순물)

주된 불가피 불순물로서, Zn, Zr, Cr, Ga, V, Ni, Mg 등을 들 수 있다. 이 중 Zn은, 증기압이 낮기 때문에, 펄스 레이저 용접시에 비산하여 주위를 오염시키기 쉽고, 게다가 비드 균열도 발생하기 쉬워, 알루미늄 합금판의 펄스 레이저 용접성을 나쁘게 한다. 따라서, Zn 함유량은 0.05질량% 이하로 규제한다. 바람직하게는 0.04질량% 이하이다.

그 밖의 불가피 불순물인 Zr, Cr, Ga, V, Ni, Mg 등은, 통상 알려져 있는 범위 내이면 본 발명의 효과를 방해하는 것이 아니다. 이들 불가피적 불순물의 함유는 개별로 0.05질량% 이하, Ti, B와 Zn을 포함한 불가피적 불순물 전체로서 0.15질량%의 범위 내에서 허용된다.

〔알루미늄 합금판의 제조방법〕

다음으로 본 발명에 따른 알루미늄 합금판의 제조방법의 일례에 대하여 설명한다.

우선, 상기 조성을 갖는 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 주괴를 제작하고, 이 주괴에 면삭(面削)을 실시한 후에, 480℃ 이상 또한 상기 알루미늄 합금의 융점 미만의 온도로 균질화 열처리를 실시한다. 다음으로 이 균질화 열처리된 주괴를, 열간 압연 및 냉간 압연하여 압연판을 제작한다. 그리고, 이 압연판을, 100℃/분 이상의 가열 속도로 420℃ 이상 또한 상기 알루미늄 합금의 융점 미만의 온도역으로 가열하고, 이 온도역에서 0∼180초 유지한 후, 300℃/분 이상의 냉각 속도로 냉각하는 것에 의해 중간 소둔을 실시한다. 그 후, 중간 소둔된 압연판에 압하율 20∼50%로 최종 냉간 압연을 실시하여 알루미늄 합금판으로 한다. 한편, 필요에 따라, 최종 냉간 압연을 실시한 압연판에, 80∼200℃, 0.5∼8시간의 최종 소둔을 실시하더라도 좋다. 최종 소둔에 의해, 재료가 연화되어, 신도가 향상되기 때문에, 최종 소둔은, 성형성을 향상시키기 위해서 바람직한 공정이다.

〔전지 케이스〕

다음으로 본 발명에 따른 전지 케이스에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 전지 케이스는, 상기 알루미늄 합금판을 이용하여 제작한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판으로부터 전지 케이스 및 2차 전지를 제작하는 방법의 일례를 설명한다.

<전지 케이스 및 2차 전지의 제작방법>

케이스 본체부로 하는 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, 최종 냉간 압연으로 0.7∼2.0mm 정도의 판두께로 한다. 이 알루미늄 합금판을, 소정의 형상으로 절단하고, 드로잉 가공 또는 아이어닝 가공에 의해 유저통(有底筒) 형상으로 성형한다. 추가로 이 가공을 복수회 반복하여 서서히 측벽면을 높게 하고, 트리밍 등의 가공을 필요에 따라 실시함으로써 소정의 저면 형상 및 측벽 높이로 성형하여 케이스 본체부로 한다. 케이스 본체부는 상면이 개방된 유저통 형상으로 한다. 전지 케이스의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니라, 원통형, 편평형의 직방체 등, 2차 전지의 사양에 따른다.

아이어닝 가공 등에 의한 케이스 본체부의 측벽의 판두께 감소율(아이어닝 가공률)은, 전체로 30∼80%인 것이 바람직하다. 판두께 감소율이 이 범위 밖으로 되는 경우, 성형한 케이스 본체부의 측벽을 원하는 판두께로 조정하기 어려워진다.

또한, 케이스 본체부와 같은 알루미늄 합금으로, 0.7∼2.0mm 정도의 판두께로 한 본 발명에 따른 알루미늄 합금판으로 뚜껑부를 제작한다. 이 알루미늄 합금판을 케이스 본체부의 상면에 대응한 형상으로 절단하고, 주입구 등을 형성하여 뚜껑부로 한다. 단, 뚜껑부는 JIS A1050 알루미늄 합금 등, 다른 알루미늄 합금으로 제작할 수도 있다. 상기 케이스 본체부에 2차 전지 재료(양극 재료, 음극재 료, 세퍼레이터 등)를 격납하고, 상면에 상기 뚜껑부를 용접한다. 케이스 본체부와 뚜껑부의 용접은, 파형 제어된 펄스 레이저에 의한 용접으로 행한다. 그리고, 전지 케이스에 주입구로부터 전해액을 주입하고, 주입구를 밀봉하여 2차 전지로 한다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, 일련의 성형 가공이 순차로 실시되는 트랜스퍼 프레스에 의해서 원하는 형상으로 성형되는 성형품, 특히, 리튬 이온 2차 전지의 전지 케이스에 바람직한 것이다. 즉, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, 트랜스퍼 프레스에 포함되는, 다단층의 드로잉-아이어닝 가공 같은 특히 가혹한 가공에 대하여 우수한 성형성(가공성)을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, 예컨대 전지 케이스에 제작할 때의, 케이스 본체부와 뚜껑부를 펄스 레이저로 확실히 밀봉할 수 있는 펄스 레이저 용접성을 갖는다.

실시예

이하에, 본 발명의 효과를 확인한 실시예를, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예와 대비하여 구체적으로 설명한다.

〔공시재 제작〕

표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금을, 용해, 주조하여 주괴로 하고, 이 주괴에 면삭을 실시한 후에, 540℃에서 4시간의 균질화 열처리를 실시했다. 이 균질화한 주괴에, 열간 압연, 추가로 냉간 압연을 실시했다. 냉간 압연 후의 압연판을 500℃/분으로 520℃로 가열하고, 이 온도에서 30초 유지한 후, 500℃/분으로 냉각하여 중간 소둔을 행했다. 최후에, 압하율 30%로 최종 냉간 압연을 행하여 판두께 1.0mm의 알루미늄 합금판으로 했다.

〔펄스 레이저 용접성 시험〕

수득된 알루미늄 합금판으로 펄스 레이저 용접성 시험을 행했다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 2장의 같은 조성의 알루미늄 합금판을, 단면끼리를 맞대어 배치하고, 이 맞댄 부분을 펄스 레이저에 의해 용접했다. 용접 길이(비드 길이)는 90mm로 했다. 펄스 레이저 용접에 있어서는, 1개의 펄스 레이저에 의해 용융지가 형성되어 고화한 원 모양의 용접부가 레이저의 이동에 의해, 연속적으로 용접선에 따라 겹치면서 형성된다. 용접기는, 펄스 발진의 YAG 레이저를 사용하고, 용접 속도는 20cm/분, 최대 피크 출력 4.5kW, 주파수 10Hz, 1펄스당 에너지(입열량)를 24J/p(조건 1), 25J/p(조건 2), 26J/p(조건 3)로 하고, 펄스 파형 제어는 다운 슬로프(down slope)로 실시하고, 실드 가스는 질소를 20리터/분의 조건으로 용접을 행했다. 한편, 1펄스당의 입열량은 다운 슬로프의 시간으로 조절했다.

〔용접성 평가〕

펄스 레이저 용접성의 평가에 대해서는, 우선, 용접 균열이 생겼는가 여부를 육안 및 광학 현미경으로 관찰하여, 조건 1∼조건 3의 모두에 있어서 전 비드 길이에 걸쳐 균열이 없는 건전한 비드가 수득된 것을 「○」, 조건 1∼조건 3의 어느 것인가에 있어서 1개소에서도 균열이 생긴 것을 「×」라고 판정했다.

또한, 이레귤러 비드 발생 개수(비드 길이 90mm당)를 광학 현미경으로 관찰했다. 구체적으로는, 도 1, 2에 나타낸 바와 같이 용접부의 평면 및 비드 중앙부 단면의 광학 현미경 사진을 찍어, 이레귤러 비드 발생 개수를 카운트했다. 그 위에, 조건 1∼3의 모두에 이레귤러 비드가 생기지 않은 경우를, 비드 형상이 양호하다고 하여 「○」, 조건 1∼3의 어느 것인가에서 이레귤러 비드가 1개라도 생긴 경우를, 비드 형상이 불량하다고 하여 「×」라고 평가했다.

또한, 용접부의 단면의 광학 현미경 사진으로부터 용입 깊이(건상부(健常部)의 용입 깊이)를 측정했다.

이상의 결과를 표 2에 나타낸다.

〔시험 결과〕

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 규정된 성분 조성을 갖는 실시예 No. 1, 2는, 용접 균열의 발생이 없고, 조건 2, 조건 3의 중∼대입열 조건에 의한 경우(용입 깊이가 깊은 경우)라도 이레귤러 비드의 발생이 없는 등, 펄스 레이저 용접성이 우수했다.

한편, 비교예 No. 1∼9는, 비드 균열은 생기지 않지만, Ti 및/또는 B의 함유량이 본 발명의 규정을 만족시키지 않기 때문에, 이레귤러 비드가 발생하고, 특히 조건 2, 조건 3의 중∼대입열 조건에 있어서 발생 빈도가 대폭 증가했다. 또한, Mg, Cu 함유량이 많은 비교예 No. 10은 비드에 균열이 발생하여 건전한 용접부가 얻어지지 않았다.

(실시예 2)

〔공시재 제작〕

표 3에 나타내는 알루미늄 합금에 대하여, 실시예 1과 같은 제조 공정을 실시하여 판두께 1.0mm의 알루미늄 합금판으로 했다.

수득된 알루미늄 합금판으로 이하의 시험을 행했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

〔강도 시험〕

알루미늄 합금판으로부터, 인장 방향이 압연 방향과 평행하게 되도록 JIS 5호에 의한 인장 시험편을 잘라내고, 이 시험편으로 JIS Z2241에 의한 인장 시험을 실시했다. 0.2% 내력이 130N/mm² 이상인 것을 합격 「○」이라고 평가하고, 130N/mm² 미만인 것을 불합격 「×」이라고 평가했다.

〔성형성 시험〕

알루미늄 합금판으로부터, 프레스 가공기를 사용하여, 측벽의 아이어닝 가공률을 40%로 하여, 저면이 세로 15mm×가로 120mm, 측벽의 높이 90mm의 상자체의 각형 전지 케이스 본체를 성형했다. 이 때, 균열이 없게 성형 가능하고, 성형 후에 표면의 변색이나 세로 힘줄 모양이 없는 것을 성형성이 우수하다고 하여 합격 「○」이라고 평가하고, 성형시에 균열이 발생한 것, 또는 현저한 변색이나 세로 힘줄 무늬가 발생한 것을 성형성이 불량하다고 하여 불합격 「×」이라고 평가했다.

〔펄스 레이저 용접성 시험〕

실시예 1의 펄스 레이저 용접성 시험과 동일한 시험 방법 및 조건(단, 1펄스당 에너지(입열량)를 25J/p의 1조건으로 설정)에서 알루미늄 합금판의 펄스 레이저 용접을 행했다.

〔용접성 평가〕

용접 균열 및 이레귤러 비드의 발생의 유무에 대하여, 실시예 1과 동일한 관찰 방법으로 관찰하고, 동일한 평가 방법으로 합격 「○」 및 불합격 「×」를 판정했다.

마찬가지로 실시예 1과 동일한 측정 방법으로, 용접부 단면의 광학 현미경 사진으로부터 용입 깊이(건상부의 용입 깊이)를 측정하고, 0.25mm 이상의 용입 깊이가 수득된 것을 합격 「○」이라고 판정했다.

〔시험 결과〕

표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 규정된 성분 조성을 갖는 실시예 No. 3∼13은, 모두 0.25mm 이상의 용입 깊이가 얻어지고, 용접 균열 및 이레귤러 비드의 발생이 없고, 펄스 레이저 용접성이 우수했다.

한편, 비교예 No. 11은 Mn 함유량이 부족하여 강도가 뒤떨어지고, 비교예 No. 12는 Mn 함유량이 과잉으로 성형성이 뒤떨어진다. 비교예 No. 13은 Cu 함유량이 부족하여 성형성이 뒤떨어지고, 비교예 No. 14는 Cu 함유량이 과잉으로 용접 균열이 발생했다. 비교예 No.15는 Si 함유량이 부족하여 강도 및 성형성이 뒤떨어지고, 비교예 No. 16은 Si 함유량이 과잉으로 성형성이 뒤떨어져, 용접 균열이 발생했다. 비교예 17은 Fe 함유량이 부족하고, 비교예 No. 18은 Fe 함유량이 과잉으로, 어느 것이나 성형성이 뒤떨어진다. 비교예 No. 19는 Zn 함유량이 과잉으로 용접 균열이 생겼다.

비교예 No. 20은 Ti 함유량이 과잉이고, 비교예 No. 21, 22는 B 함유량이 과잉으로, 어느 것이나 이레귤러 비드가 발생했다.

Claims

Mn: 0.8∼1.5질량%, Cu: 0.05∼0.2질량%, Si: 0.05∼0.6질량%이하, Fe: 0.05∼0.7질량% 이하를 함유하고, Zn이 0.05% 이하, Ti가 0.003질량% 이상 0.04질량% 미만, B가 10질량ppm 미만, Mg가 0.05질량% 이하로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진, 펄스 레이저 용접성이 우수한 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
제 1 항에 있어서,
두께가 0.5mm 이상인 것을 특징으로 하는, 펄스 레이저 용접성이 우수한 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전지 케이스용 알루미늄 합금판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지 케이스 본체.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 알루미늄 합금판으로 이루어지는 전지 케이스 본체와 전지 커버재를 펄스 레이저 용접한 전지 케이스로서, 레이저의 용입 깊이가 0.25mm 이상인 것을 특징으로 하는 전지 케이스.