KR101721785B1

KR101721785B1 - 성형성, 방열성 및 용접성이 우수한 전지 케이스용 알루미늄 합금판

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Publication number: KR101721785B1
Application number: KR1020157016668A
Authority: KR
Inventors: 겐타 스즈키; 야스유키 오오와다; 도시야 아나미; 가즈미츠 미즈시마
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2017-03-30
Also published as: JP5929855B2; JP2015030878A; KR20150088840A; WO2015015828A1; TW201507243A; TWI583040B; CN104838025A

Abstract

대형 리튬 이온 전지 용기에 적용 가능한 방열 특성을 갖고 있으며, 또한 성형성, 형상 동결성도 우수하고, 또한 레이저 용접성도 우수한 3000계 알루미늄 합금판을 제공한다. Fe:0.2 초과∼1.4질량％ 미만, Mn:0.5∼2.0질량％, Si:0.2 초과∼1.1질량％, Cu:0.05∼1.0질량％를 함유하고, 잔부 Al 및 불순물을 포함하고, Mg가 0.05질량％ 미만인 성분 조성을 갖고, 도전율 45％ IACS를 초과하고, 금속 조직에 있어서의 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수가 1800개/㎟ 미만이고, 0.2％ 내력이 30∼85㎫ 미만이고, 10％ 이상의 연신율의 값을 나타내는 냉연 어닐링재인 알루미늄 합금판. 또는 도전율 45％ IACS를 초과하고, 금속 조직에 있어서의 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수가 1800개/㎟ 미만이고, 0.2％ 내력이 90∼180㎫ 미만이고, 3％ 이상의 연신율의 값을 나타내는 냉연 상태재인 알루미늄 합금판.

Description

성형성, 방열성 및 용접성이 우수한 전지 케이스용 알루미늄 합금판 {BATTERY-CASE ALUMINIUM ALLOY PLATE EXHIBITING EXCELLENT MOULDING PROPERTIES, HEAT-DISSIPATION PROPERTIES, AND WELDING PROPERTIES}

본 발명은 리튬 이온 전지 등의 2차 전지용 용기에 사용되는, 성형성, 방열성 및 용접성이 우수한 알루미늄 합금판에 관한 것이다.

Al-Mn계의 3000계 합금은, 강도, 성형성 및 레이저 용접성이 비교적 우수하므로, 리튬 이온 전지 등의 2차 전지용 용기를 제조할 때의 소재로서 사용되게 되었다. 원하는 형상으로 성형 후에 레이저 용접에 의해 밀봉하여 2차 전지용 용기로 사용하는 것이다. 상기 3000계 합금과 함께 기존의 3000계 합금을 베이스로 하여, 강도 및 성형성을 더 높인 2차 전지 용기용 알루미늄 합금판에 관한 개발도 이루어져 왔다.

예를 들어 특허문헌 1에서는, 알루미늄 합금판의 조성으로서, JIS A3003에 의해 규정되는 조성을 갖고, 이어링률이 8％ 이하이며, 재결정립의 평균 입경이 50㎛ 이하임과 함께, 도전율이 45IACS％ 이하인 것을 특징으로 하는 각형 전지 케이스용 알루미늄 합금판이 기재되어 있다.

한편, 전지 케이스로서, 고온 내압 부하 시에 있어서의 내블리스터성이 우수한 전지 케이스용 알루미늄 합금판도 개발되어 있다. 특허문헌 2에서는, Mn 0.8∼2.0％(질량％, 이하 동일함)를 함유하고, 또한 불순물로서의 Fe량이 0.6％ 이하, Si량이 0.3％ 이하로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 Mn 고용량이 0.75％ 이상이고 또한 Mn 첨가량에 대한 Mn 고용량의 비가 0.6 이상이며, 또한 내력값이 185∼260N/㎟의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 내고온 팽창성이 우수한 전지 케이스용 알루미늄 합금판이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에서는, Mn을 0.5∼1.5％, Si를 0.1∼0.5％, Fe를 0.3∼1.0％ 함유하고, 잔부가 Al과 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금 주괴에 열간 압연 및 냉간 압연을 실시하고, 상기 냉간 압연 후에, 450℃ 이상의 온도에서 유지하고, 그 후 200℃까지 1℃/sec 이상의 냉각 속도로 냉각하는 어닐링 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 성형성과 내크리프성이 우수한 밀폐형 각형 전지용 알루미늄 합금제 케이스 재료의 제조 방법이 기재되어 있다.

그러나, 3000계 합금을 베이스로 하여 그 조성을 개량한 알루미늄 합금판에서는, 이상 비드가 발생하는 경우가 있고, 레이저 용접성에 문제가 있는 것이 알려져 있다. 따라서, 1000계를 베이스로 한 레이저 용접성이 우수한 2차 전지 용기용 알루미늄 합금판도 개발되어 있다. 특허문헌 4에서는, A1000계 알루미늄재를 레이저 용접할 때, 특히 불균일 비드가 발생하지 않는, 레이저 용접성이 우수한 알루미늄 합금판이 기재되어 있다. 이에 의하면, 알루미늄 합금판에 있어서 Si:0.02∼0.10질량％를 함유하고, Fe 함유량을 0.30질량％ 이하로 제한하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 원 상당 직경 1.5∼6.5㎛의 금속간 화합물 입자의 개수를 1000∼2400개/㎟로 규제하면 된다고 하는 것이다.

일본 특허 제3620955호 공보 일본 특허 제3843368호 공보 일본 특허 제4244252호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-256754호 공보

확실히, 1000계에서는 용접성이 안정되고, 성형성이 우수한 것의 강도가 낮다고 하는 문제가 있다. 따라서, 리튬 이온 전지의 대형화가 진행되는 가운데, 고강도 특성도 요구되는 것이 예상되어, 1000계의 알루미늄재를 그대로 적용하는 것에는 문제가 있다.

전술한 바와 같이, 3000계의 합금판에서는 강도나 고온 내압 부하 시에 있어서의 내블리스터성이 얻어지지만, 1000계의 합금판에 비해 성형성이 떨어지고, 이상 비드수가 많은 경향이 있다. 또한, 리튬 이온 전지의 대형화가 진행되는 가운데, 충방전 시에 있어서의 리튬 이온 전지로부터의 발열량이 증가하는 것이 예상되어, 방열 특성이 우수한 것도 요구되고 있다. 또한, 3000계 알루미늄 합금판은, 일반적으로 Mn 고용량이 높고, 대형 리튬 이온 전지 용기로서 그 성분 조성에도 의존하지만 내력이 지나치게 높은 경우도 있고, 프레스 성형 후에 스프링백이 발생하기 쉽고, 소정의 설계 형상에 수용되지 않는다고 하는, 소위 형상 동결성의 문제도 있다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 안출된 것이며, 대형 리튬 이온 전지 용기에 적용 가능한 방열 특성을 갖고 있으며, 또한 성형성, 형상 동결성도 우수하고, 또한 레이저 용접성도 우수한 3000계의 알루미늄 합금판을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 성형성, 용접성이 우수한 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, 그 목적을 달성하기 위해, Fe:0.2 초과∼1.4질량％ 미만, Mn:0.5∼2.0질량％, Si:0.2 초과∼1.1질량％, Cu:0.05∼1.0질량％를 함유하고, 잔부 Al 및 불순물을 포함하고, Mg가 0.05질량％ 미만인 성분 조성을 갖고, 도전율이 45％ IACS를 초과하는 것으로 한다.

냉연 어닐링재로 한 경우, 0.2％ 내력이 30∼85㎫ 미만이고, 금속 조직에 있어서의 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수가 1800개/㎟ 미만인 것으로 한다. 또한, 냉연 상태재인 경우, 0.2％ 내력이 90∼180㎫ 미만이고, 금속 조직에 있어서의 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수가 1800개/㎟ 미만인 것으로 한다.

상기 냉연 어닐링재의 제조 방법으로서는, 상기 화학 조성을 갖는 알루미늄 합금 용탕을, 쌍 벨트식 연속 주조기에 의해, 5∼10㎜의 박 슬래브로 주조하고, 열간 압연을 실시하는 일 없이, 직접 롤에 권취하고, 최종 판 두께까지 냉간 압연을 실시하여, 최종 어닐링 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉연 상태재의 제조 방법으로서는, 상기 화학 조성을 갖는 알루미늄 합금 용탕을, 쌍 벨트식 연속 주조기에 의해, 5∼10㎜의 박 슬래브로 주조하고, 열간 압연을 실시하는 일 없이, 직접 롤에 권취하고, 이것에 냉간 압연을 실시하여, 적절한 판 두께에 있어서 중간 어닐링을 실시하고, 또한 최종 냉연율 5∼20％의 최종 냉간 압연을 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 알루미늄 합금판은, 높은 열전도성을 가짐과 함께 성형성도 우수하고, 또한 우수한 레이저 용접성을 구비하고 있으므로, 밀폐 성능이 우수함과 함께 방열 특성이 향상되는 2차 전지용 용기를 저비용으로 제조할 수 있다.

특히 냉연 어닐링재의 경우에는, 10％ 이상의 연신율을 나타내고, 우수한 용접성을 발현함과 함께, 내력이 30∼85㎫ 미만으로 낮으므로, 프레스 성형 시의 스프링백이 억제되고, 그 결과 형상 동결성도 우수하다.

또한 냉연 상태재의 경우에는, 3％ 이상의 연신값을 나타내고, 우수한 성형성을 발현함과 함께, 내력이 90∼180㎫ 미만으로 낮으므로, 프레스 성형 시의 스프링백이 억제되고, 그 결과 형상 동결성도 우수하다.

도 1은 용접 결함수의 측정/평가 방법을 설명하는 개념도.

2차 전지는, 용기에 전극체를 넣은 후에, 용접 등에 의해 덮개를 붙여 밀봉함으로써 제조되고 있다. 이러한 2차 전지를 휴대 전화 등에 사용하면, 충전할 때, 용기 내부의 온도가 상승하는 경우가 있다. 이로 인해, 용기를 형성하고 있는 재료의 열전도성이 낮으면 방열 특성이 떨어지게 되고, 나아가서는 리튬 이온 전지의 단수명화에 연결된다고 하는 문제가 있다. 따라서, 사용하는 재료로서 높은 열전도성을 갖는 것이 요구된다.

또한, 용기를 구성하는 방법으로서 프레스법이 이용되는 것이 일반적이므로, 사용하는 재료 자신에 우수한 프레스 성형성을 갖는 것이 요구된다. 또한, 대형 리튬 이온 전지 용기에 있어서도, 금후는 소재의 박육화에 박차가 가해지는 것이 예상된다. 물론, 소재가 박육화되면, 프레스 성형 후에 스프링백이 발생하기 쉬워지고, 소정의 설계 형상에 수용되지 않는다고 하는 문제가 현재화될 가능성도 있다. 따라서, 사용하는 재료 자신에 우수한 형상 동결성을 갖는 것이 요구된다.

또한, 덮개를 붙여 밀봉하는 방법으로서 용접법이 이용되므로, 용접성이 우수한 것도 요구된다. 그리고, 2차 전지용 용기 등을 제조 시의 용접법으로서 레이저 용접법이 이용되는 경우가 많다. 본 발명에 관한 3000계의 알루미늄 합금판은 높은 열전도성을 가지므로, 프레스 성형하여 얻어진 용기와 덮개를 펄스 레이저 접합하는 경우, 1펄스당 에너지를 높게 하거나 하여, 보다 가혹한 조건에서 접합을 행할 필요가 있다. 그러나, 이와 같이 비교적 가혹한 조건하에서 레이저 용접을 행하면, 용접 비드에 언더컷, 블로홀이라고 불리는 용접 결함이 발생하는 것이 문제로 된다.

이러한 펄스 레이저의 조사에 의해, 접합 중의 용접 비드의 표면 온도는, 국부적으로 2000℃ 이상의 고온에 달한다고 추측되고 있다. 알루미늄은, 고반사 재료로 되고, 레이저 빔의 약 7할을 반사한다고 여겨지고 있다. 한편, 알루미늄 합금판의 표면 근방에 존재하고 있던 제2상 입자, 예를 들어 Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물은, 모상의 알루미늄에 비해, 실온에 있어서도 비열, 열전도율이 작고, 우선적으로 온도가 상승한다. 이들 금속간 화합물의 열전도율은 온도 상승과 함께 더 낮아지고, 그 광 흡수율은 가속도적으로 상승하여, 금속간 화합물만이 급격하게 가열 용해된다. 펄스 레이저의 1회의 펄스의 조사 시간은, 나노초, 펨토초라고 하는 매우 짧은 시간이다. 따라서, 매트릭스의 α-Al이 용해되어 액상으로 상 전이할 때에는, Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물은, 먼저 비점에 달하여 증발함으로써, 급격하게 체적을 팽창시킨다.

따라서 본 발명에서는, 냉연 어닐링재에 있어서는, 특정한 화학 조성을 갖는 알루미늄 합금 용탕을, 쌍 벨트식 연속 주조기에 의해, 5∼10㎜의 박 슬래브로 주조하고, 열간 압연을 실시하는 일 없이, 직접 롤에 권취한다고 하는 제조 방법을 채용하였다. 쌍 벨트식 연속 주조기에 의해, 5∼10㎜의 박 슬래브로 주조할 때의 주괴 두께 1/4 부근에 있어서의 냉각 속도는, 40∼200℃/sec 정도이므로, Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물이 미세하게 분산된 금속 조직을 갖는 박 슬래브가 얻어진다. 그 결과, 최종판의 금속 조직에 있어서의 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수를 1800개/㎟ 미만으로 규제할 수 있고, 레이저 용접부에 발생하는 용접 결함수를 저감시킬 수 있다.

그러나, 이 상태로는 매트릭스에 있어서의 Mn, Si 등의 고용량이 지나치게 높으므로, 고온 내압 부하 시에 있어서의 내블리스터성은 충분히 확보할 수 있지만, 성형성, 열전도성이 떨어진 최종판으로 된다. 따라서, (1) 권취한 롤에, 최종 판 두께까지 냉간 압연을 실시하여, 최종 어닐링 처리를 실시한다고 하는 제조 방법, 또는 (2) 권취한 롤에 냉간 압연을 실시하여, 적절한 판 두께에 있어서 중간 어닐링을 실시하고, 또한 최종 냉연율 5∼20％의 최종 냉간 압연을 실시한다고 하는 제조 방법을 채용하였다. 이와 같이 냉연 코일에, 중간 어닐링 처리 또는 최종 어닐링 처리를 실시함으로써, 매트릭스에 고용되어 있는 Mn, Si 등을 적극적으로 금속간 화합물 중에 확산 흡수시켜, Mn, Si 등의 고용량을 저감시키고, 최종판의 열전도성을 높이는 동시에, 연신값을 높게 하고 내력을 낮게 억제하고 있다. 이 결과, 높은 방열 특성을 갖고 있으며, 또한 성형성, 형상 동결성도 우수한 알루미늄 합금판으로 할 수 있다.

본 발명에서는, Fe, Mn, Si, Cu의 함유량을 규정하고, 박 슬래브에 있어서의 금속간 화합물을 미세하게 분산 석출(정출)시키고, 불순물로서의 Mg의 함유량을 낮게 억제함으로써, 레이저 용접부에 발생하는 용접 결함수를 저감시킴과 함께, 냉연 코일에, 중간 어닐링 처리 또는 최종 어닐링 처리를 실시함으로써, Mn, Si 등의 고용량을 저감시킴으로써, 내력을 낮게 억제하면서, 열전도성을 높여, 성형성, 방열성 및 용접성이 우수한 알루미늄 합금판으로 하였다. 본 발명자들은, 열전도성(도전율), 프레스 성형성에 관한 특성의 조사나, 용접부에 발생한 용접 결함수의 조사를 통해 레이저 용접성도 우수한 알루미늄 합금판을 얻기 위해 예의 검토를 거듭하고, 본 발명에 도달하였다.

이하에 그 내용을 설명한다.

우선, 본 발명의 2차 전지 용기용 알루미늄 합금판에 포함되는 각 원소의 작용, 적절한 함유량 등에 대해 설명한다.

Fe:0.2 초과∼1.4질량％ 미만

Fe는, 알루미늄 합금판의 강도를 증가시키므로, 필수의 원소이다. Fe 함유량이 0.2질량％ 이하이면, 알루미늄 합금판의 강도가 저하되므로, 바람직하지 않다. Fe의 함유량이 1.4질량％를 초과하면, 박 슬래브 주조 시에 Al-(Fe·Mn)-Si계, Al₆(Fe·Mn) 등의 조대한 금속간 화합물이 석출되고, 이들 금속간 화합물은 레이저 용접 시에 α-Al 매트릭스에 비해 증발하기 쉽고, 용접 결함수가 증가하여 용접성을 저하시키므로, 바람직하지 않다.

따라서, Fe 함유량은, 0.2 초과∼1.4질량％ 미만의 범위로 한다. 보다 바람직한 Fe 함유량은, 0.25∼1.3질량％ 미만의 범위이다. 더욱 바람직한 Fe 함유량은, 0.3∼1.2질량％ 미만의 범위이다.

Mn:0.5∼2.0질량％

Mn은, 알루미늄 합금판의 강도를 증가시키므로, 필수의 원소이다. Mn 함유량이 0.5질량％ 미만이면, 알루미늄 합금판의 강도가 저하되므로, 바람직하지 않다. Mn의 함유량이 2.0질량％를 초과하면, 매트릭스에 있어서의 Mn 고용량이 지나치게 높아져, 최종판의 열전도성이 저하될 뿐만 아니라, 내력이 지나치게 높아져 형상 동결성도 저하된다. 또한, 박 슬래브 주조 시에 Al-(Fe·Mn)-Si계, Al₆(Fe·Mn) 등의 조대한 금속간 화합물이 정출되고, 이들 금속간 화합물은 레이저 용접 시에 α-Al 매트릭스에 비해 증발하기 쉽고, 용접 결함수가 증가하여 용접성을 저하시키므로, 바람직하지 않다.

따라서, Mn 함유량은, 0.5∼2.0질량％의 범위로 한다. 보다 바람직한 Mn 함유량은, 0.5∼1.9질량％의 범위이다. 더욱 바람직한 Mn 함유량은, 0.6∼1.8질량％의 범위이다.

Si:0.2 초과∼1.1질량％

Si는, 알루미늄 합금판의 강도를 증가시키고, 주조 시의 탕 흐름성을 개선하는 필수 원소이다. Si 함유량이 0.2질량％ 이하이면, 알루미늄 합금판의 강도가 저하됨과 함께, 탕 흐름성이 저하되므로 바람직하지 않다. Si 함유량이 1.1질량％를 초과하면, 박 슬래브 주조 시의 최종 응고부에 비교적 조대한 Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물이 정출되고, 이들 금속간 화합물은 레이저 용접 시에 α-Al 매트릭스에 비해 증발하기 쉽고, 용접 결함수가 증가하여 용접성을 저하시키므로, 바람직하지 않다.

따라서, Si 함유량은, 0.2 초과∼1.1질량％의 범위로 한다. 보다 바람직한 Si 함유량은, 0.25∼1.0질량％의 범위이다. 더욱 바람직한 Si 함유량은, 0.3∼1.0질량％의 범위이다.

Cu:0.05∼1.0질량％

Cu는, 알루미늄 합금판의 강도를 증가시키므로, 필수의 원소이다. Cu 함유량이 0.05질량％ 미만이면, 알루미늄 합금판의 강도가 저하되므로 바람직하지 않다. Cu 함유량이 1.0질량％를 초과하면, 열전도성 및 용접성이 저하되므로 바람직하지 않다.

따라서, Cu 함유량은, 0.05∼1.0질량％의 범위로 한다. 보다 바람직한 Cu 함유량은, 0.05∼0.9질량％의 범위이다. 더욱 바람직한 Cu 함유량은, 0.05∼0.8질량％의 범위이다.

불가피적 불순물로서의 Mg:0.05질량％ 미만

불가피적 불순물로서의 Mg는 0.05질량％ 미만 함유하고 있어도 된다. 본 발명에 있어서, Mg 함유량이 0.05질량％ 미만이면, 열전도성, 성형성 및 용접성 등의 특성에 대해 저하되는 일은 없다.

그 밖의 불가피적 불순물

불가피적 불순물은 원료 지금(地金), 리턴 스크랩 등으로부터 불가피적으로 혼입되는 것으로, 그들의 허용할 수 있는 함유량은, 예를 들어 Zn의 0.05질량％ 미만, Ni의 0.10질량％ 미만, Pb, Bi, Sn, Na, Ca, Sr에 대해서는, 각각 0.02질량％ 미만, Ga 및 Ti의 0.01질량％ 미만, Nb 및 V의 0.1질량％ 미만, Co의 0.3질량％ 미만, 그 밖에 각 0.05질량％ 미만이며, 이 범위에서 관리 밖 원소를 함유해도 본 발명의 효과를 방해하는 것은 아니다.

연신값 및 0.2％ 내력

냉연 어닐링재:연신율의 값이 10％ 이상, 또한 0.2％ 내력이 30∼85㎫ 미만

냉연 상태재:연신율의 값이 3％ 이상, 또한 0.2％ 내력이 90∼180㎫ 미만

그런데, 3000계 알루미늄 합금판을 대형 리튬 이온 전지 용기 등에 적용하는 데 있어서는, 높은 방열 특성과 우수한 레이저 용접성을 가질 뿐만 아니라, 적당한 강도를 유지하면서, 성형성, 형상 동결성도 우수한 것이 필요하다. 재료의 형상 동결성 및 강도는 인장 시험을 행하였을 때의 0.2％ 내력으로, 또한 성형성은 인장 시험 시의 연신율의 값으로 알 수 있다.

상세는 후기하는 실시예에 기재하는 것으로 하여, 대형 리튬 이온 전지 용기 등에 적용하는 본 발명의 3000계 알루미늄 합금판으로서는, 냉연 어닐링재에 있어서는 연신율의 값이 10％ 이상, 또한 0.2％ 내력이 30∼85㎫ 미만인 특성을 갖는 것이, 냉연 상태재에 있어서는 연신율의 값이 3％ 이상, 또한 0.2％ 내력이 90∼180㎫ 미만인 특성을 갖는 것이 적합하다.

도전율이 45％ IACS를 초과

상기와 같은 특성은, 상기 특정한 성분 조성을 갖는 3000계 알루미늄 합금판을 제조할 때에, 냉연 코일에, 중간 어닐링 처리 또는 최종 어닐링 처리를 실시함으로써, 매트릭스 중의 Mn, Si 등의 고용량을 저감시킴으로써 발현된다.

구체적으로는, 예를 들어 냉연된 코일을 뱃치 어닐링로 내에 삽입하여, 가열하고 330∼470℃×1∼8시간 유지하는 중간 어닐링 처리 또는 최종 어닐링 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 냉연 코일의 중간 어닐링 처리 또는 최종 어닐링 처리를, 예를 들어, 뱃치 어닐링로 내에 있어서, 330∼470℃의 유지 온도, 1∼8시간의 유지 시간으로 행함으로써, 매트릭스에 고용되어 있는 Mn, Si 등을, 이미 박 슬래브 주조 시에 미세하게 분산 석출되어 있는 Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물에 확산 흡수시킴으로써, Mn, Si 등의 고용량을 효율적으로 저감시키는 것이 가능해진다.

중간 어닐링 공정 또는 최종 어닐링 공정, 및 그 가열·냉각 공정에 있어서, Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물이 매트릭스에 고용되어 있는 Mn, Si 등을 흡수하여, 그 사이즈를 크게 하고, 매트릭스의 Mn, Si 등의 고용량은 저감시킨다.

본 발명자들은, 본 발명의 합금 조성 범위에 있어서, 쌍 벨트식 연속 주조기에 의해, 5∼10㎜의 박 슬래브로 주조하고, 열간 압연을 실시하는 일 없이, 직접 롤에 권취한다고 하는 제조 방법을 채용함으로써, Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물을 균일 미세하게 석출시켜, 그 후의 중간 어닐링 공정 또는 최종 어닐링 공정에 있어서, 효율적으로 매트릭스 중의 Mn, Si 등의 고용량을 저하시키고, 도전율을 높이는 것을 가능하게 하였다.

한편, 3000계 합금의 반연속 주조 슬래브(DC 주조 슬래브)에 있어서, 특히 최종 응고부와 같은 개소에 있어서는, 그 성분 조성에도 의존하지만, 비교적 조대한 Al₆(Fe·Mn), Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물이 정출되어 있다. 이들 비교적 조대한 금속간 화합물은, 최종판의 레이저 용접 시에 α-Al 매트릭스에 비해 증발하기 쉽고, 용접 결함수가 증가하는 원인으로 되어 있다고 생각된다. 본 발명자들은, 본 발명의 조성 범위의 용탕을, 쌍 벨트식 연속 주조기에 의해, 5∼10㎜의 박 슬래브로 주조하고, 열간 압연을 실시하는 일 없이, 직접 롤에 권취한다고 하는 제조 방법을 채용함으로써, Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물을 균일 미세하게 석출시켜, 최종판의 금속 조직에 있어서의 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수를 1800개/㎟ 미만으로 함으로써, 레이저 용접부에 있어서의 용접 결함수를 현저하게 저감시키는 것에 성공하였다.

다음으로, 상기와 같은 2차 전지 용기용 알루미늄 합금판을 제조하는 방법에 대해 간단하게 소개한다.

용해·용제

용해로에 원료를 투입하고, 소정의 용해 온도에 도달하면, 플럭스를 적절히 투입하여 교반을 행하고, 또한 필요에 따라 랑스 등을 사용하여 노 내 탈가스를 행한 후, 진정 유지하여 용탕의 표면으로부터 찌꺼기를 분리한다.

이 용해·용제에서는, 소정의 합금 성분으로 하기 위해, 모합금 등 재차의 원료 투입도 중요하지만, 상기 플럭스 및 찌꺼기가 알루미늄 합금 용탕 중으로부터 탕면에 부상 분리될 때까지, 진정 시간을 충분히 취하는 것이 극히 중요하다. 진정 시간은, 통상 30분 이상 취하는 것이 바람직하다.

용해로에서 용제된 알루미늄 합금 용탕은, 경우에 따라 유지로에 일단 이탕 후, 주조를 행하는 경우도 있지만, 직접 용해로로부터 출탕하고, 주조하는 경우도 있다. 보다 바람직한 진정 시간은 45분 이상이다.

필요에 따라, 인라인 탈가스, 필터를 통과시켜도 된다.

인라인 탈가스는, 회전 로터로부터 알루미늄 용탕 중에 불활성 가스 등을 불어 넣고, 용탕 중의 수소 가스를 불활성 가스의 기포 중에 확산시켜 제거하는 타입의 것이 주류이다. 불활성 가스로서 질소 가스를 사용하는 경우에는, 노점을 예를 들어 －60℃ 이하로 관리하는 것이 중요하다. 주괴의 수소 가스량은, 0.20cc/100g 이하로 저감시키는 것이 바람직하다.

또한, 주괴에 과포화로 고용되어 있는 수소 가스는, 최종판의 성형 후의 레이저 용접 시에 석출되어, 비드에 다수의 블로홀을 발생시키는 경우도 있다. 이로 인해, 보다 바람직한 주괴의 수소 가스량은, 0.15cc/100g 이하이다.

주조

주괴는, 쌍 벨트식 연속 주조기에 의해, 5∼10㎜ 두께의 박 슬래브를 연속적으로 주조한다. 쌍 벨트 주조기는, 엔드리스 벨트를 구비하고 상하로 대치하는 한 쌍의 회전 벨트부와, 당해 한 쌍의 회전 벨트부의 사이에 형성되는 캐비티와, 상기 회전 벨트부의 내부에 설치된 냉각 수단을 구비하고, 내화물로 이루어지는 노즐을 통해 상기 캐비티 내에 금속 용탕이 공급되어 연속적으로 박 슬래브를 주조하는 것이다.

쌍 벨트식 연속 주조기에 의해, 5∼10㎜의 박 슬래브로 주조할 때의 주괴 두께 1/4 부근에 있어서의 냉각 속도는, 40∼200℃/sec 정도이므로, Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물이 미세하게 분산된 금속 조직을 갖는 박 슬래브가 얻어진다.

본 발명의 조성 범위 내의 합금 슬래브에서는, 슬래브 두께 10㎜를 초과하면 롤에 권취하는 것이 곤란해진다. 또한, 슬래브 두께 5㎜ 미만이면, 용탕을 캐비티 내에 균일하게 흘리는 것이 곤란해진다. 따라서, 슬래브 두께는 5∼10㎜로 한정하였다. 다음으로, 이 박 슬래브에 열간 압연 처리, 균질화 처리를 실시하는 일 없이, 직접 롤에 권취하여, 냉간 압연을 실시한다.

냉간 압연 공정

권취한 코일은, 냉연기에 통과되고, 통상 몇 패스의 냉간 압연이 실시된다. 이때, 냉간 압연에 의해 도입되는 소성 변형에 의해 가공 경화가 일어나므로, 통상은 필요에 따라, 최종판에 있어서의 조질을 근거로 한 후에, 중간 어닐링 처리가 행해진다.

본원 발명에서는, 후술하는 최종 어닐링을 행하지 않는 경우에는, 냉간 압연 공정 사이의 중간 어닐링 처리가 필수이며, 예를 들어 냉연된 코일을 뱃치 어닐링로 내에 삽입하여, 가열 온도 330∼470℃에서 1∼8시간 유지하는 중간 어닐링 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 냉연된 코일의 중간 어닐링 처리를, 뱃치 어닐링로에 의해 330∼470℃의 유지 온도, 1∼8시간의 유지 시간으로 행함으로써, 매트릭스에 고용되어 있는 Mn, Si 등을, 이미 박 슬래브 주조 시에 미세하게 분산 석출되어 있는 Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물에 확산 흡수시켜, Mn, Si 등의 고용량을 효율적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 유지 온도가 330℃ 미만이면, 매트릭스에 고용되어 있는 Mn, Si 등이 충분히 금속간 화합물에 확산 흡수되지 않으므로, Mn, Si 등의 고용량을 충분히 저감시킬 수 없다. 유지 온도가 470℃를 초과하면, 코일의 냉각에 시간이 지나치게 걸려, 생산성이 저하되므로, 바람직하지 않다.

또한, 소정의 유지 온도에 있어서의 코일의 유지 시간이 1시간 미만이면, 코일의 실체 온도가 불균일해질 가능성이 있으므로, 바람직하지 않다. 소정의 유지 온도에 있어서의 코일의 유지 시간이 8시간을 초과하면, 생산성이 저하되므로, 바람직하지 않다. 따라서, 바람직한 중간 어닐링 조건은, 유지 온도 330∼470℃, 유지 시간 1∼8시간의 범위이다.

최종 어닐링

냉간 압연 공정을 거쳐, 최종 판 두께까지 냉연된 코일은, 금형 성형 공정에 있어서의 성형성도 고려하면, 가능한 한 연화시켜 두는 것이 바람직하므로, 최종 어닐링을 행하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 특히 냉간 압연 공정 사이에 있어서 중간 어닐링을 행하지 않는 경우에는, 최종 어닐링은 필수이며, 최종판을 어닐링재로 해 둘 필요가 있다.

본 발명에 있어서, 최종 냉간 압연 후에 행해지는 최종 어닐링은, 예를 들어 최종 판 두께까지 냉연된 코일을 뱃치 어닐링로 내에 삽입하여, 가열 온도 330∼470℃에서 1∼8시간 유지하는 최종 어닐링 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 냉연된 코일의 최종 어닐링 처리를, 뱃치 어닐링로에 의해 330∼470℃의 유지 온도, 1∼8시간의 유지 시간으로 행함으로써, 매트릭스에 고용되어 있는 Mn, Si 등을, 이미 박 슬래브 주조 시에 미세하게 분산 석출되어 있는 Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물에 확산 흡수시켜, Mn, Si 등의 고용량을 효율적으로 저감시키는 것이 가능해진다. 유지 온도가 330℃ 미만이면, 매트릭스에 고용되어 있는 Mn, Si 등이 충분히 금속간 화합물에 확산 흡수되지 않으므로, Mn, Si 등의 고용량을 충분히 저감시킬 수 없다. 유지 온도가 470℃를 초과하면, 코일의 냉각에 시간이 지나치게 걸려, 생산성이 저하되므로, 바람직하지 않다.

또한, 소정의 유지 온도에 있어서의 코일의 유지 시간이 1시간 미만이면, 코일의 실체 온도가 불균일해질 가능성이 있으므로, 바람직하지 않다. 소정의 유지 온도에 있어서의 코일의 유지 시간이 8시간을 초과하면, 생산성이 저하되므로, 바람직하지 않다. 따라서, 바람직한 최종 어닐링 조건은, 유지 온도 330∼470℃, 유지 시간 1∼8시간의 범위이다.

본 발명에 있어서, 최종 어닐링은, 이와 같이 뱃치 어닐링로에 의해 온도 330∼470℃에서 1∼8시간 유지하는 뱃치 어닐링 처리여도 되지만, 연속 어닐링로에 의해 예를 들어, 400℃∼550℃의 온도에서 15초 이내 유지하고, 그 후 급속하게 냉각하면, 용체화 처리를 겸할 수도 있다.

어떻게 하든, 본 발명에 있어서 최종 어닐링은 반드시 필수라고 하는 것은 아니지만, 금형 성형 공정에 있어서의 성형성도 고려하면, 어닐링재로 해 두는 것이 바람직하다. 성형성보다도 기계적 강도를 우선하는 경우에는, 냉간 압연 공정 사이에 있어서 중간 어닐링을 행한 후에, 최종 판 두께까지 냉간 압연하여 냉연 상태재로 제공한다.

최종 냉연율

최종 어닐링을 실시하는 경우의 최종 냉연율은, 50∼90％의 범위인 것이 바람직하다. 최종 냉연율이 이 범위이면, 어닐링 후의 최종판에 있어서의 재결정립의 평균 입경을 10∼20㎛ 정도로 하여, 연신율의 값을 10％ 이상으로 할 수 있고, 성형 후의 외관 표면을 깨끗하게 마무리할 수 있다. 더욱 바람직한 최종 냉연율은, 60∼90％의 범위이다.

한편, 최종 어닐링을 실시하지 않고 냉연 상태재로 할 때의 최종 냉연율은, 5∼20％의 범위로 하는 것이 바람직하다. DI 성형 시에 아이언닝 가공이 많아지는 경우에는, 어닐링재보다도 약간 단단한 최종판을 제공할 필요가 있다. 최종 냉연율이 5％ 미만이면, 조성에도 의존하지만 최종판에 있어서의 내력을 90㎫ 이상으로 하는 것이 곤란해지고, 최종 냉연율이 20％를 초과하면, 조성에도 의존하지만 최종판에 있어서의 연신율의 값을 3％ 이상으로 하는 것이 곤란해진다.

최종 냉연율이 이 범위이면, 냉연 상태 최종판에 있어서의 연신율의 값을 3％ 이상, 또한 내력을 90∼180㎫ 미만으로 할 수 있다. 더욱 바람직한 최종 냉연율은, 5∼15％의 범위이다.

이상과 같은 통상의 공정을 거침으로써, 2차 전지 용기용 알루미늄 합금판을 얻을 수 있다.

실시예

최종판의 제작

소정의 각종 잉곳을 계량, 배합하여, 이형재를 도포한 #20 도가니에 6㎏씩(합계 8개의 공시재)의 잉곳을 삽입 장전하였다. 이들 도가니를 전기로 내에 삽입하여, 780℃에서 용해하여 찌꺼기를 제거하고, 그 후, 용탕 온도를 740℃로 유지하고, 이어서, 용탕 중에 소형 랑스를 삽입하여, N₂ 가스를 유량 1.0L/min으로 10분간 불어 넣어 탈가스 처리를 행하였다. 그 후 30분간의 진정을 행하여 용탕 표면에 부상한 찌꺼기를 교반봉에 의해 제거하고, 또한 스푼으로 성분 분석용 주형에 디스크 샘플을 채취하였다.

이어서, 지그를 사용하여 순차적으로 도가니를 전기로 내로부터 취출하고, 내부 치수 200㎜×200㎜×16㎜의 수냉 금형에 알루미늄 용탕을 주입하고, 박 슬래브를 제작하였다. 각 공시재의 디스크 샘플은, 발광 분광 분석에 의해, 조성 분석을 행하였다. 그 결과를 표 1, 2에 나타낸다.

이 박 슬래브의 압탕을 절단 후, 양면에 각 3㎜의 면삭을 실시하여, 두께 10㎜로 하여, 이 박 슬래브에 균질화 처리, 열간 압연을 실시하는 일 없이, 냉간 압연을 실시하였다.

냉연 어닐링재에 대해서는, 우선 최종 판 두께인 1.0㎜까지 냉간 압연을 실시하였다. 이 경우의 최종 냉연율은 90％였다. 최종 어닐링은, 이 냉연판을 어닐러에 삽입하여, 50℃/hr의 승온 속도로 430℃까지 가열하고, 430℃×2시간의 어닐링 처리를 행한 후, 50℃/hr의 강온 속도로 실온까지 노냉하였다. 이것을 냉연 어닐링재(조질 기호:O)로 하였다. 또한, 일부의 공시재(실시예 10∼12, 비교예 9∼10)에 대해서는, 최종 판 두께인 1.0㎜까지 냉간 압연을 실시한 후, 최종 어닐링으로서, 이 냉연판을 어닐러에 삽입하여, 50℃/hr의 승온 속도로 330℃까지 가열하고, 330℃×2시간의 어닐링 처리를 행한 후, 50℃/hr의 강온 속도로 실온까지 노냉하였다. 이것을 냉연 어닐링재(조질 기호:O)로 하였다.

또한, 냉연 상태재에 대해서는, 우선 판 두께 1.18㎜까지 냉간 압연을 실시하였다. 중간 어닐링은, 이 냉연판을 어닐러에 삽입하여, 50℃/hr의 승온 속도로 430℃까지 가열하고, 430℃×2시간의 어닐링 처리를 행한 후, 50℃/hr의 강온 속도로 실온까지 노냉하였다. 다음으로 최종 판 두께 1.0㎜까지 냉간 압연을 실시하여, 이것을 냉연 상태재(조질 기호:H₁₂)로 하였다. 이 경우의 최종 냉연율은 15％였다. 또한, 일부의 공시재(실시예 22∼24)에 대해서는, 우선 판 두께 1.05㎜까지 냉간 압연을 실시하고, 상기 어닐링 조건과 동일한 조건하에서 중간 어닐링을 실시한 후, 최종 판 두께 1.0㎜까지 냉간 압연을 실시하여, 이것을 냉연 상태재(조질 기호:H₁₂)로 하였다. 이 경우의 최종 냉연율은 5％였다.

다음으로, 이와 같이 하여 얻어진 최종판(각 공시재)에 대해, 성형성, 형상 동결성 및 강도, 레이저 용접성, 열전도성의 평가를 행하였다.

성형성의 평가

얻어진 최종판의 성형성 평가는, 인장 시험의 연신율(％)에 의해 행하였다.

구체적으로는, 인장 방향이 압연 방향과 평행해지도록 JIS5호 시험편을 채취하고, JISZ2241에 준하여 인장 시험을 행하여, 0.2％ 내력, 연신율(파단 연신율)을 구하였다.

냉연 후에 어닐링을 실시한 최종판에 있어서, 연신율의 값이 10％ 이상이었던 공시재를 성형성 양호(○)로 하고, 10％ 미만이었던 공시재를 성형성 불량(×)으로 하였다. 평가 결과를 표 3, 4에 나타낸다.

냉연 상태의 최종판에 있어서, 연신율의 값이 3％ 이상이었던 공시재를 성형성 양호(○)로 하고, 3％ 미만이었던 공시재를 성형성 불량(×)으로 하였다. 평가 결과를 표 3, 4에 나타낸다.

형상 동결성 및 강도의 평가

얻어진 최종판의 형상 동결성 및 강도의 평가는, 인장 시험의 0.2％ 내력(㎫)에 의해 행하였다.

냉연 후에 어닐링을 실시한 최종판(냉연 어닐링재)에 있어서, 0.2％ 내력이 30∼85㎫ 미만이었던 공시재를 형상 동결성 및 강도 양호(○)로 하고, 85㎫ 이상이었던 공시재를 형상 동결성 불량(×)으로 하였다. 또한, 0.2％ 내력이 30㎫ 미만이었던 공시재를 강도 부족(×)으로 하였다.

냉연 상태의 최종판(냉연 상태재)에 있어서, 0.2％ 내력이 90∼180㎫ 미만이었던 공시재를 형상 동결성 및 강도 양호(○)로 하고, 180㎫ 이상이었던 공시재를 형상 동결성 불량(×)으로 하였다. 또한, 0.2％ 내력이 90㎫ 미만이었던 공시재를 강도 부족(×)으로 하였다. 평가 결과를 표 3, 4에 나타낸다.

레이저 용접 조건

얻어진 최종판에 대해, 펄스 레이저 조사를 행하여, 레이저 용접성의 평가를 행하였다. LUMONICS사제 YAG 레이저 용접기 JK701을 사용하여, 주파수 33.0㎐, 용접 속도 400㎜/min, 펄스당 에너지 6.5J/p, 펄스 폭 1.5msec., 실드 가스(질소) 유량 15(L/min)의 조건에서, 동 공시재의 2매의 판을 단부끼리 간극 없이, 맞대어 당해 부분을 따라 전체 길이 100㎜ 길이의 펄스 레이저 용접을 행하였다.

레이저 용접성의 평가

흑색부 결함의 측정/평가

다음으로, 레이저 용접성의 평가로서, 용접부에 발생한 용접 결함수를 측정하였다. 우선, 상기 100㎜ 길이의 용접선 중, 용접 스타트부의 20㎜ 길이의 용접선을 제외한, 나머지 80㎜ 길이의 영역을 측정 영역으로서 정하였다. 용접 스타트 근방부는 불안정하므로 제외한 것이다.

그리고, 도 1에 도시하는 바와 같이 80㎜ 길이의 용접선을 따라 형성된 용접 비드 단면을 X선 CT 검사에 의해, 용접선에 평행한 판 두께 단면에 있어서의 X선 CT 화상을 얻었다. 또한 이 X선 CT 화상을 기초로 하여 화상 편집 소프트에 의해 흑색 결함부를 검출하고, 화상 해석 소프트에 의해 흑색부 결함의 면적을 산출하였다. 이 흑색부 결함 면적으로부터 각 원 상당 직경에 대응하는 입자수를 산출하였다.

본 명세서에 있어서, 원 상당 직경 0.1㎜ 이상인 흑색부 결함의 개수가 5 미만이었던 공시재를 용접 결함수 평가 양호(○)로 하고, 원 상당 직경 0.1㎜ 이상인 흑색부 결함의 개수가 5 이상이었던 공시재를 용접 결함수 평가 불량(×)으로 하였다. 평가 결과를, 아울러 표 3, 4에 나타낸다.

열전도성의 평가

도전율의 측정/평가

도전율(IACS％)은, 도전율계(AUTOSIGMA 2000 일본 호킹 가부시끼가이샤제)에 의해, 측정을 실시하였다. 도전율이 45(IACS％)를 초과한 공시재를 도전율 양호(○)로 하고, 도전율이 45(IACS％) 이하였던 공시재를 도전율 불량(×)으로 하였다. 평가 결과를, 아울러 표 3, 4에 나타낸다.

표 3에 나타내는 실시예 3, 5, 15, 17 및 표 4에 나타내는 비교예 4, 8, 14, 18의 최종판에 대해, 압연 방향에 평행한 종단면(LT 방향에 수직한 단면)을 잘라내어, 열가소성 수지에 매립하여 경면 연마하고, 불화수소산 수용액에 의해 에칭을 실시하여, 금속 조직 관찰을 행하였다. 마이크로 금속 조직을 광학 현미경에 의해 사진 촬영하고(1 시야당 면적;0.0334㎟, 각 시료 15 시야 촬영), 사진의 화상 해석을 행하고, 단위 면적(1㎟)당 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수를 측정하였다. 측정 결과를, 표 5에 나타낸다.

각 공시재의 평가

최종판에 관한 평가 결과를 나타내는 표 3에 있어서의 실시예 1∼24는, 본 발명의 조성 범위 내의 최종판(냉연 어닐링재, 냉연 상태재)이며, 레이저 용접성 평가(흑색부 결함), 형상 동결성 및 강도의 평가(0.2％ 내력), 성형성 평가(연신율), 열전도성 평가(도전율) 모두 양호(○)였다. 따라서, 실시예 1∼24에 관한 종합 평가는, 양호(○)였다.

최종판에 관한 평가 결과를 나타내는 표 4에 있어서의 비교예 1∼18은, 본 발명의 조성 범위 밖의 최종판(냉연 어닐링재, 냉연 상태재)이며, 레이저 용접성 평가(흑색부 결함), 형상 동결성 및 강도의 평가(0.2％ 내력), 성형성 평가(연신율), 열전도성 평가(도전율) 중 적어도 하나의 평가가 불량(×)이었다. 따라서, 비교예 1∼18에 관한 종합 평가는 불량(×)이었다.

비교예 1은 냉연 어닐링재이며, Si 함유량이 0.05질량％로 지나치게 낮았으므로, 열전도성 평가 불량(×)이었다.

비교예 2는 냉연 어닐링재이며, Si 함유량이 1.18질량％로 지나치게 높았으므로, 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 3은 냉연 어닐링재이며, Fe 함유량이 0.06질량％로 지나치게 낮았으므로, 열전도성 평가 불량(×)이었다.

비교예 4는 냉연 어닐링재이며, Fe 함유량이 1.50질량％로 지나치게 높았으므로, 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 5는 냉연 어닐링재이며, Cu 함유량이 1.2질량％로 지나치게 높았으므로, 열전도성 평가 불량(×), 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 6은 냉연 어닐링재이며, Cu 함유량이 1.5질량％로 지나치게 높았으므로, 열전도성 평가 불량(×), 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 7은 냉연 어닐링재이며, Mn 함유량이 0.30질량％로 지나치게 낮았으므로, 형상 동결성 및 강도의 평가 불량(×)이었다.

비교예 8은 냉연 어닐링재이며, Mn 함유량이 2.20질량％로 지나치게 높았으므로, 열전도성 평가 불량(×), 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 9는 냉연 어닐링재(최종 어닐링 온도:330℃)이며, Cu 함유량이 1.2질량％로 지나치게 높았으므로, 열전도성 평가 불량(×), 형상 동결성 및 강도의 평가 불량(×), 성형성 평가 불량(×), 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 10은 냉연 어닐링재(최종 어닐링 온도:330℃)이며, Cu 함유량이 1.5질량％로 지나치게 높았으므로, 열전도성 평가 불량(×), 형상 동결성 및 강도의 평가 불량(×), 성형성 평가 불량(×), 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 11은 냉연 상태재이며, Si 함유량이 0.05질량％로 지나치게 낮았으므로, 열전도성 평가 불량(×)이었다.

비교예 12는 냉연 상태재이며, Si 함유량이 1.18질량％로 지나치게 높았으므로, 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 13은 냉연 상태재이며, Fe 함유량이 0.06질량％로 지나치게 낮았으므로, 열전도성 평가 불량(×)이었다.

비교예 14는 냉연 상태재이며, Fe 함유량이 1.50질량％로 지나치게 높았으므로, 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 15는 냉연 상태재이며, Cu 함유량이 1.2질량％로 지나치게 높았으므로, 열전도성 평가 불량(×), 성형성 평가 불량(×), 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 16은 냉연 상태재이며, Cu 함유량이 1.5질량％로 지나치게 높았으므로, 열전도성 평가 불량(×), 형상 동결성 및 강도의 평가 불량(×), 성형성 평가 불량(×), 용접성 평가 불량(×)이었다.

비교예 17은 냉연 상태재이며, Mn 함유량이 0.30질량％로 지나치게 낮았으므로, 형상 동결성 및 강도의 평가 불량(×)이었다.

비교예 18은 냉연 상태재이며, Mn 함유량이 2.20질량％로 지나치게 높았으므로, 열전도성 평가 불량(×), 용접성 평가 불량(×)이었다.

화상 해석의 결과

화상 해석의 결과를 나타내는 표 5에 있어서의 실시예 3, 5, 15, 17은, 본 발명의 조성 범위 내의 최종판(냉연 어닐링재, 냉연 상태재)이며, 금속 조직에 있어서의 제2상 입자의 화상 해석의 결과, 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수는 1800개/㎟ 미만이고, 비교적 거친 Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물의 존재 밀도가 낮다고 생각되었다. 또한, 비교예 4, 8, 14, 18은, 본 발명의 조성 범위 밖의 최종판(냉연 어닐링재, 냉연 상태재)이며, 또한 레이저 용접성의 평가에 있어서의 흑색부 결함의 개수가 많고, 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수는 1800개/㎟ 이상이며, 비교적 거친 Al-(Fe·Mn)-Si 등의 금속간 화합물의 존재 밀도가 높다고 생각되었다. 이들 금속 조직에 있어서의 제2상 입자의 화상 해석의 평가 결과는, 전술한 레이저 용접성의 평가 결과와 반드시 완전히 일치하는 것은 아니지만, 적어도 레이저 용접 시에 발생하는 용접 결함의 직접적인 생성 원인은, 금속 조직 중에 존재하는 금속간 화합물이며, 그 입경 분포나 종류가 중요하다고 생각되었다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 대형 리튬 이온 전지 용기에 적용 가능한 방열 특성을 갖고 있으며, 또한 성형성, 형상 동결성도 우수하고, 또한 레이저 용접성도 우수한 3000계 알루미늄 합금판이 제공된다.

Claims

Fe:0.2 초과∼1.4질량％ 미만, Mn:0.5∼2.0질량％, Si:0.2 초과∼1.1질량％, Cu:0.05∼1.0질량％를 함유하고, 잔부 Al 및 불순물을 포함하고, Mg가 0.05질량％ 미만인 성분 조성을 갖고,
도전율 45％ IACS를 초과하고, 금속 조직에 있어서의 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수가 1800개/㎟ 미만이고, 실온에 있어서의 0.2％ 내력이 30∼61㎫이고, 10％ 이상의 연신율의 값을 나타내는 냉연 어닐링재인 것을 특징으로 하는, 성형성, 방열성 및 용접성이 우수한 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
Fe:0.2 초과∼1.4질량％ 미만, Mn:0.5∼2.0질량％, Si:0.2 초과∼1.1질량％, Cu:0.05∼1.0질량％를 함유하고, 잔부 Al 및 불순물을 포함하고, Mg가 0.05질량％ 미만인 성분 조성을 갖고,
도전율 45％ IACS를 초과하고, 금속 조직에 있어서의 원 상당 직경 2㎛ 이상의 제2상 입자수가 1800개/㎟ 미만이고, 실온에 있어서의 0.2％ 내력이 90∼180㎫ 미만이고, 3％ 이상의 연신율의 값을 나타내는 냉연 상태재인 것을 특징으로 하는, 성형성, 방열성 및 용접성이 우수한 전지 케이스용 알루미늄 합금판.