KR20160053858A - Alluminum alloy plate for large-sized rectangular battery case - Google Patents

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Abstract

The purpose of the present invention is to provide an aluminum-manganese based aluminum alloy plate capable of manufacturing a large-sized rectangular battery case with excellent formability for a press process, excellent continuous-wave laser weldability, and high rigidity. The aluminum alloy plate comprises 0.5-1.5 wt% of Mn, 0.4-1.2 wt% of Cu, less than 0.2 wt% of Mg, less than 0.6 wt% of Si, and less than 0.8 wt% of Fe, and the remainder consisting of Al and inevitable impurities. A mass ratio of Si with respect to the Fe is less than 3.0. An O material and an H material can achieve the purpose. 0.02 wt% or less of T, less than 20 mass ppm of B, 0.15 wt% or less of Zr, 0.40 wt% or less of Cr, and 0.3 wt% or less of Zn are included as the inevitable impurities or added elements. black box in the first storage section; a step of extracting the representative frames from the videos of the black box; a step of transmitting the extracted representative frames to the second storage section and storing the representative frames in the second storage section.

Description

대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판{ALLUMINUM ALLOY PLATE FOR LARGE-SIZED RECTANGULAR BATTERY CASE}{ALLUMINUM ALLOY PLATE FOR LARGE-SIZED RECTANGULAR BATTERY CASE}

본 발명은 리튬 이온 이차 전지 케이스 등에 이용되는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum alloy plate for a large square battery case used for a lithium ion secondary battery case or the like.

휴대 전화나 노트북 컴퓨터 등의 전원으로서 리튬 이온 이차 전지가 널리 사용되고 있지만, 그의 우수한 특성으로 인해, 최근 전기 자동차나 하이브리드 차의 전원으로서도 채용되기 시작하고 있다. 이 이차 전지의 외장인 케이스(이하, 전지 케이스)의 재료에는, 종래, 전지의 소형화 및 경량화, 그리고 전지 케이스(주로 전지 케이스 본체)로 성형하기 위한 성형성 등을 만족시키기 위해, 알루미늄 합금판이 이용되고 있다.BACKGROUND ART [0002] Lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for portable telephones, notebook computers, and the like. However, due to their excellent characteristics, they have recently been adopted as power sources for electric vehicles and hybrid cars. As a material for the case (hereinafter, referred to as battery case), which is an exterior of the secondary battery, conventionally, an aluminum alloy plate is used in order to satisfy the miniaturization and weight reduction of the battery and the moldability for forming the battery case .

전지 케이스는 알루미늄 합금판에 프레스 가공(딥 드로잉(deep drawing)-아이어닝(ironing) 가공)을 가하여 제조되고, 전극제(전극 및 전해액)를 넣은 후, 캡 부재와 레이저 용접된다. 이 때문에, 전지 케이스용 알루미늄 합금판에는 우수한 성형성이 필요시 된다. 또한, 휴대 전화나 노트북 컴퓨터용의 리튬 이온 이차 전지의 경우, 전지 케이스에는 전지의 부풀음에 대항하는 강도가 필요하고, 차재용의 리튬 이온 이차 전지의 경우, 자동차의 충돌 등의 외부 충격으로부터 전극제를 보호하는 강도가 필요하다. 이 때문에, 전지 케이스용 알루미늄 합금판에는, 재료로서의 높은 강도와 우수한 레이저 용접성이 필요시 된다.The battery case is manufactured by subjecting an aluminum alloy plate to press working (deep drawing-ironing), and after the electrode material (electrode and electrolytic solution) is put in, it is laser-welded to the cap member. For this reason, an aluminum alloy sheet for a battery case requires excellent formability. Further, in the case of a lithium ion secondary battery for a cellular phone or a notebook computer, the battery case needs strength against the swelling of the battery, and in the case of a lithium ion secondary battery for a vehicle, Strength to protect is needed. For this reason, the aluminum alloy plate for a battery case needs high strength as a material and excellent laser weldability.

이와 같은 성형성, 재료 강도, 레이저 용접성을 구비하는 알루미늄 합금판으로서, JIS3003을 베이스로 한 Al-Mn계 알루미늄 합금판이 많이 개발되어 있다(특허문헌 1∼9 참조).Al-Mn-based aluminum alloy plates based on JIS3003 have been developed as aluminum alloy plates having such formability, material strength and laser weldability (see Patent Documents 1 to 9).

일본 특허공개 2000-129384호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-129384 일본 특허공개 2002-134069호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2002-134069 일본 특허공개 2002-339049호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-339049 일본 특허공개 2004-2985호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-2985 일본 특허공개 2005-336540호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-336540 일본 특허공개 2006-188744호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-188744 일본 특허공개 2011-38122호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-38122 일본 특허공개 2012-177186호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 121-177186 일본 특허공개 2012-197489호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 121-197489

차재용 전지 케이스는 휴대 전화나 노트북 컴퓨터용 전지 케이스에 비하여 대형이고, 예컨대 특허문헌 9에 기재되어 있는 바와 같이, 저면의 단폭 10mm 이상, 장폭 70mm 이상, 높이 60mm 이상인 유저 각통(有底 角筒)이 이용된다. 이와 같은 전지 케이스는 대형의 순차 이송 프레스기를 이용하여, 소재가 되는 알루미늄 합금판에 순차 이송 프레스 가공(다단 드로잉-아이어닝 가공)을 가하여 성형되지만, 엄격한 딥 드로잉 가공에 의해 균열이나 소부(燒付)가 발생하기 쉽다는 문제가 있다.The vehicle battery case is large in size compared to a battery case for a mobile phone or a notebook computer. For example, as described in Patent Document 9, a battery case having a bottom width of 10 mm or more, a width of 70 mm or more, . Such a battery case is formed by sequentially performing a transfer press working (multi-step drawing-ironing) on an aluminum alloy sheet to be a material by using a large-sized sequential transfer press machine, but is subjected to a severe deep drawing process, ) Is apt to occur.

또한, 차재용 전지 케이스는 외형이 대형임과 동시에 재료의 두께가 커서, 소정의 용접 강도를 얻기 위해, 레이저 용접에 있어서의 용입 깊이를 깊게 할 필요가 있다. 휴대 전화나 노트북 컴퓨터용 전지 케이스에서는 용입 깊이가 0.2∼0.3mm이지만, 차재용 전지 케이스에서는 0.5∼1.0mm 정도가 요망되고 있다. 차재용 전지 케이스의 레이저 용접에는, 깊은 용입 깊이를 얻을 필요가 있기 때문에, 주로 연속 발진식 레이저 용접이 이용된다. 그러나, 용입 깊이를 깊게 할수록 용접 균열, 불규칙적인 비드(irregular bead), 언더컷, 용접 스패터의 부착 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다는 문제가 있다.In addition, the vehicle-use battery case has a large outer shape and a large thickness of material, so that it is necessary to deepen the penetration depth in laser welding in order to obtain a predetermined welding strength. In a battery case for a cellular phone or a notebook computer, the penetration depth is 0.2 to 0.3 mm, while for a vehicle battery case, 0.5 to 1.0 mm is desired. In laser welding of the on-vehicle battery case, since it is necessary to obtain a deep penetration depth, continuous oscillation type laser welding is mainly used. However, there is a problem that as the depth of penetration becomes deeper, welding defects such as welding cracks, irregular beads, undercuts, adhesion of weld spatter and the like tend to occur.

본 발명은 차재용 등의 대형 각통 전지 케이스의 제조에 관계된 상기의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 프레스 가공의 성형성이 우수하고, 레이저 용접성이 우수하며, 또한 고강도의 전지 케이스를 제조할 수 있는 Al-Mn계 알루미늄 합금판을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems associated with the manufacture of a large square battery case such as an automotive vehicle. It is an object of the present invention to provide a battery case having excellent weldability, weldability, -Mn-based aluminum alloy plate.

본 발명에 따른 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판은, Mn: 0.5∼1.5질량%, Cu: 0.4∼1.2질량%, Mg: 0.2질량% 미만, Si: 0.6질량% 미만, Fe: 0.8질량% 미만을 함유하고, Si/Fe 질량비가 3.0 미만이며, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어진다. 이 알루미늄 합금판은, 추가로 Ti: 0.02질량% 미만, B: 20질량ppm 미만, Zr: 0.15질량% 이하, Cr: 0.40질량% 이하 및 Zn: 0.3질량% 이하 중 어느 1종 또는 2종 이상을 첨가 원소로서 또는 불가피 불순물로서 함유해도 좋다.The aluminum alloy sheet for a large square battery case according to the present invention comprises 0.5 to 1.5 mass% of Mn, 0.4 to 1.2 mass% of Cu, less than 0.2 mass% of Mg, less than 0.6 mass% of Si and less than 0.8 mass% of Fe, , A Si / Fe mass ratio of less than 3.0, and the balance being Al and inevitable impurities. The aluminum alloy sheet may further contain one or more of Ti: less than 0.02 mass%, B: less than 20 mass ppm, Zr: 0.15 mass% or less, Cr: 0.40 mass% or less, and Zn: 0.3 mass% May be contained as an additive element or as an inevitable impurity.

본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, O 또는 H의 질별(質別)로 대형 각통 전지 케이스로 성형된다. 상기 조성에 있어서, O재의 내력값은 50∼110MPa가 된다. H재의 경우, 내력값을 160∼260MPa의 범위로 조정하는 것이 바람직하다.The aluminum alloy sheet according to the present invention is molded into a large square battery case with the quality (quality) of O or H. In the above composition, the proof value of the O material is 50 to 110 MPa. H, it is desirable to adjust the internal force value in the range of 160 to 260 MPa.

본 발명에 따른 알루미늄 합금판은 성형성이 우수하고, 프레스 가공에 있어서 균열이나 소부 등의 발생이 없어, 대형 각통 전지 케이스의 제조에 우수하다. 그의 성형 과정에서 알루미늄 합금판은 가공 경화되기 때문에, 고강도의 대형 각통 전지 케이스를 제조할 수 있다.The aluminum alloy sheet according to the present invention is excellent in moldability and does not cause cracking or baking during press working, and is excellent in manufacturing a large square battery case. Since the aluminum alloy plate is work-hardened during its molding process, it is possible to manufacture a high-strength large square battery case.

또한, 이 알루미늄 합금판은, 레이저 용접에 있어서 용입 깊이를 깊게 하여도 용접 결함의 발생이 없어, 레이저 용접성이 우수하다. 따라서, 캡재와의 레이저 용접에 있어서 용접 깊이를 깊게 하고, 용접 강도를 높게 할 수 있어, 예컨대 차재용 리튬 이온 이차 전지 등의 대형 각통 전지 케이스용으로서 적합하다.In addition, this aluminum alloy plate is free from welding defects even when the penetration depth is deepened in laser welding, and is excellent in laser weldability. Therefore, it is possible to deepen the welding depth in the laser welding with the cap material, and to increase the welding strength, and is suitable for a large square battery case such as a lithium ion secondary battery for a vehicle.

이하, 본 발명에 따른 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an aluminum alloy plate for a large square battery case according to the present invention will be described in more detail.

(알루미늄 합금판의 조성) (Composition of aluminum alloy plate)

Mn: 0.5∼1.5질량%Mn: 0.5 to 1.5 mass%

Mn은 모상 내에 고용(固溶)되어, 알루미늄 합금판의 강도를 높이고, 내압 강도를 향상시키는 작용 효과를 갖는다. 그러나, Mn의 함유량이 0.5질량% 미만이면 이 작용 효과는 작다. 한편, Mn의 함유량이 1.5질량%를 초과하면 조대한 금속간 화합물(Al-Fe-Mn, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물)이 생성되고, 성형 시의 균열의 기점이 되기 쉬워, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 0.5∼1.5질량%의 범위로 하고, 바람직하게는 0.7∼1.2질량%로 한다.Mn is solid-solved in the parent phase to enhance the strength of the aluminum alloy sheet and to improve the strength of the pressure resistance. However, when the content of Mn is less than 0.5% by mass, the effect of this action is small. On the other hand, when the Mn content exceeds 1.5% by mass, a coarse intermetallic compound (Al-Fe-Mn, Al-Fe-Mn-Si intermetallic compound) is generated, The moldability of the aluminum alloy sheet is lowered. Therefore, the Mn content is set in a range of 0.5 to 1.5 mass%, preferably 0.7 to 1.2 mass%.

Mg: 0.2질량% 미만Mg: less than 0.2 mass%

Mg은 고용 강화에 의해 알루미늄 합금판의 강도를 높여, 내압 강도를 향상시키는 작용 효과를 갖는다. 그러나, Mg의 함유량이 0.2질량% 이상이면, H재를 프레스 가공으로 대형 각통 전지 케이스로 성형한 경우에, 가공 경화에 의해 강도가 지나치게 높아져 균열이 발생한다. 또한, Mg의 함유량이 0.2질량% 이상이면, CW(연속 발진식) 레이저 용접에 의해, 용접 균열이나 불규칙적인 비드의 발생에 의한 용접 비드 형상의 흐트러짐이 생기거나, 또는 용접 비드의 내부에 결함이 생기기 쉬워진다. 따라서, Mg 함유량은 0.2질량% 미만(0%를 포함하지 않음)으로 하고, 바람직하게는 0.03∼0.15질량%로 한다.Mg has an effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by solid solution strengthening and improving the withstand pressure strength. However, when the content of Mg is 0.2 mass% or more, when the H material is molded into a large square cell case by press working, the strength is excessively increased due to work hardening, and cracks are generated. If the content of Mg is 0.2 mass% or more, cracks in the shape of the weld bead due to welding cracks or irregular beads are generated by CW (continuous oscillation type) laser welding, or defects are formed inside the weld beads It becomes easy to occur. Therefore, the Mg content is less than 0.2 mass% (does not include 0%), preferably 0.03 to 0.15 mass%.

Cu: 0.4∼1.2질량%Cu: 0.4 to 1.2 mass%

Cu는 고용 강화에 의해 알루미늄 합금판의 강도를 높여, 내압 강도를 향상시키는 작용 효과를 갖는다. 그러나, Cu의 함유량이 0.4질량% 미만이면 이 작용 효과는 작다. 한편, Cu의 함유량이 1.2질량%를 초과하면, 가공 경화성이 지나치게 커져 프레스 가공에서 균열이 발생한다. 또한, Cu의 함유량이 1.2질량%를 초과하면, CW(연속 발진식) 레이저 용접에서 용접 균열이 생긴다. 따라서, Cu 함유량은 0.4∼1.2질량%로 하고, 바람직하게는 0.6 초과∼1.2질량%로 하며, 더 바람직하게는 0.7∼1.0질량%로 한다.Cu has an effect of increasing the strength of the aluminum alloy plate by solid solution strengthening and improving the withstand pressure strength. However, when the content of Cu is less than 0.4 mass%, the action effect is small. On the other hand, if the content of Cu exceeds 1.2 mass%, the work hardening property becomes excessively large and cracks occur in the press working. When the content of Cu exceeds 1.2 mass%, welding crack occurs in CW (continuous oscillation type) laser welding. Therefore, the Cu content is set to 0.4 to 1.2% by mass, preferably more than 0.6 to 1.2% by mass, and more preferably 0.7 to 1.0% by mass.

Si: 0.6질량% 미만Si: less than 0.6% by mass

Si는 불가피 불순물로서 알루미늄 합금 중에 존재한다. 또한, Si는 고용 강화에 의해 알루미늄 합금판의 강도를 높여, 내압 강도를 향상시키고, 나아가 알루미늄 합금판의 성형성을 향상시키는 작용 효과를 가지며, 필요에 따라 알루미늄 합금 중에 첨가된다. 그러나, Si 함유량이 0.6질량% 이상이면, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 조대화되고, 이것이 성형 가공 시의 균열의 기점이 되기 쉬워, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 또한, Si 함유량이 0.6질량%를 초과하면, 용접 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서, 불가피 불순물로서 알루미늄 합금 중에 존재하거나 또는 필요에 따라 알루미늄 합금 중에 첨가되는 Si의 함유량은, 0.6질량% 미만으로 한다. 바람직하게는, Si 함유량은 0.05∼0.5질량%이다.Si is an inevitable impurity present in the aluminum alloy. Further, Si has an effect of increasing the strength of the aluminum alloy sheet by solid solution strengthening, improving the strength of pressure resistance, and further improving the formability of the aluminum alloy sheet, and is added to the aluminum alloy as needed. However, when the Si content is 0.6% by mass or more, the Al-Fe-Mn-Si intermetallic compound is coarsened, which tends to become a starting point of cracking during molding processing and the moldability of the aluminum alloy plate is lowered. If the Si content exceeds 0.6% by mass, welding cracks tend to occur. Therefore, the content of Si contained in the aluminum alloy as an unavoidable impurity or added to the aluminum alloy as necessary is less than 0.6% by mass. Preferably, the Si content is 0.05 to 0.5% by mass.

Fe: 0.8질량% 미만Fe: less than 0.8% by mass

Fe은 불가피 불순물로서 알루미늄 합금 중에 존재한다. 또한, Fe은 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 작용 효과를 가지며, 필요에 따라 알루미늄 합금 중에 첨가된다. 그러나, Fe의 함유량이 0.8질량%를 초과하면, Al-Fe-Mn, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 조대화되고, 이것이 성형 시의 균열의 기점이 되기 쉬워, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 따라서, 불가피 불순물로서 알루미늄 합금 중에 존재하거나 또는 필요에 따라 알루미늄 합금 중에 첨가되는 Fe의 함유량은, 0.8질량% 미만으로 한다. 바람직하게는, Fe 함유량은 0.1∼0.6질량%이다.Fe is present as an inevitable impurity in the aluminum alloy. Fe also has an effect of increasing the strength of the aluminum alloy sheet and is added to the aluminum alloy as needed. However, when the content of Fe exceeds 0.8 mass%, the Al-Fe-Mn and Al-Fe-Mn-Si intermetallic compounds are coarsened and this tends to be a starting point of cracking at the time of molding, The moldability is deteriorated. Therefore, the content of Fe contained in the aluminum alloy as an unavoidable impurity or added to the aluminum alloy as necessary is less than 0.8% by mass. Preferably, the Fe content is 0.1 to 0.6 mass%.

Si/Fe 질량비 < 3Si / Fe mass ratio < 3

Si/Fe 질량비가 3 이상일 때, Al-Fe-Si, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 많이 형성되고, 알루미늄 합금판의 프레스 성형에 있어서 쪼개짐이나 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Si/Fe 질량비는 3 미만인 것이 바람직하다.When the mass ratio of Si / Fe is 3 or more, a large amount of Al-Fe-Si and Al-Fe-Mn-Si intermetallic compounds is formed and cracks and cracks are likely to occur in press molding of the aluminum alloy plate. Therefore, the Si / Fe mass ratio is preferably less than 3.

Ti: 0.02질량% 미만Ti: less than 0.02% by mass

Ti은 알루미늄 합금 주조 조직을 미세화, 균질화(안정화)하는 효과가 있고, 압연용 슬래브의 조괴(造塊) 시의 주조 균열 방지를 목적으로, 통상 알루미늄 합금에 0.02질량% 이상 첨가되어 있다. 한편, Ti을 과잉으로 첨가하면 조대한 금속간 화합물이 정출(晶出)되고, 성형 시의 균열의 기점이 되기 쉽기 때문에, Ti은 0.15질량% 이하의 범위 내에서 첨가되어 있다.Ti has an effect of refining and homogenizing (stabilizing) an aluminum alloy cast structure and is usually added in an amount of 0.02% by mass or more to an aluminum alloy for the purpose of preventing casting cracks at the time of ingot ing rolling slabs. On the other hand, when Ti is excessively added, a coarse intermetallic compound is crystallized and tends to be a starting point of cracking at the time of forming, so Ti is added in a range of 0.15 mass% or less.

그러나, Ti을 포함하는 알루미늄 합금판을 CW(연속 발진식) 레이저 용접하는 경우, 용융 시(660∼750℃)에 응고 비드 내에 기공(porosity) 결함이 잔류하고, 또한 용입이 깊게 형성되고, 이것이 응고되어 이상부(불규칙적인 비드의 발생에 의한 용접 비드 형상의 흐트러짐)가 발생하기 쉽다.However, when CW (continuous oscillation type) laser welding is performed on an aluminum alloy plate containing Ti, porosity defects remain in the coagulation beads at the time of melting (660 to 750 캜) and penetration is deeply formed, The welded bead shape is liable to be solidified and an abnormal portion (disorder of the weld bead shape due to the occurrence of irregular beads) is liable to occur.

Ti은 지금(地金)(스크랩 포함함) 중에 불가피 불순물로서 포함되고, 필요가 있다면 알루미늄 합금 중에 첨가할 수도 있지만, 어느 쪽이든, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은 Ti의 함유량을 0.02질량% 미만(0%를 포함함)으로 규제할 필요가 있다. Ti 함유량은 적을수록 용접성이 향상되고, 바람직하게는 0.01질량% 이하, 더 바람직하게는 0.006질량% 이하이다.Ti may be added as an inevitable impurity in the ground metal (including scrap) and, if necessary, added to the aluminum alloy. In either case, the aluminum alloy sheet according to the present invention preferably has a Ti content of less than 0.02 mass% 0%). The smaller the Ti content, the better the weldability, preferably 0.01 mass% or less, more preferably 0.006 mass% or less.

B: 20질량ppm 이하B: 20 mass ppm or less

B은 알루미늄 합금의 슬래브 조괴 시의 주조 균열 방지를 목적으로, 통상 Ti-B 모합금으로서 Ti와 함께 적극 첨가되어 있다.B is a Ti-B parent alloy generally added together with Ti for the purpose of preventing casting cracks during the slab-barging of an aluminum alloy.

그러나, 알루미늄 합금판의 B 함유량이 20질량ppm을 초과하면, 상기 Ti와 마찬가지로, CW(연속 발진식) 레이저 용접에 있어서 응고 비드 내에 기공 결함이 잔류하고, 또한 용입이 깊게 형성되는 것에 의해 이상부가 발생한다.However, when the B content of the aluminum alloy sheet exceeds 20 mass ppm, pore defects remain in the solidification beads in the CW (continuous oscillation type) laser welding and penetration deeply occurs, similarly to the Ti, Occurs.

B은 지금(스크랩 포함함) 중에 불가피 불순물로서 포함되고, 필요가 있다면 첨가할 수도 있지만, 어느 쪽이든, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은 B 함유량을 20질량ppm 미만(0%를 포함함)으로 규제할 필요가 있다. B 함유량은 적을수록 용접성이 향상되고, 바람직하게는 10질량ppm 이하, 더 바람직하게는 8질량ppm 이하이다.B is contained as an inevitable impurity at present (including scrap), and may be added if necessary. In either case, the aluminum alloy sheet according to the present invention is regulated to less than 20 mass ppm (including 0%) of B Needs to be. The smaller the B content, the better the weldability, preferably 10 mass ppm or less, and more preferably 8 mass ppm or less.

Zr: 0.15질량% 이하Zr: 0.15 mass% or less

Cr: 0.40질량% 이하Cr: not more than 0.40 mass%

Zr, Cr은 알루미늄 합금 조직을 미세화, 균질화(안정화)하는 효과가 있다. 그러나, Zr의 함유량이 0.15질량%를 초과하거나 또는 Cr의 함유량이 0.40질량%를 초과하면, 조대한 금속간 화합물이 정출되고, 성형 시의 균열의 기점이 되기 쉬워, 알루미늄 합금판의 성형성이 저하된다. 한편, Zr, Cr은 용접 시에 재응고되었을 때의 재결정립을 미세화할 수 있고, 용접 균열을 회피할 수 있기 때문에, Zr, Cr은 각각 0.05질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다.Zr and Cr have the effect of making the aluminum alloy structure finer and homogenizing (stabilizing). However, when the content of Zr exceeds 0.15 mass% or the content of Cr exceeds 0.40 mass%, the coarse intermetallic compound is easily crystallized and easily forms a starting point of cracking at the time of molding, and the formability of the aluminum alloy plate . On the other hand, Zr and Cr are preferably contained in an amount of 0.05 mass% or more, respectively, since the recrystallized grains can be refined when welded at the time of welding, and welding cracks can be avoided.

Zr과 Cr은 알루미늄 합금 중에 불가피 불순물로서도 포함되고, 필요가 있다면 첨가할 수 있지만, 어느 쪽이든, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판에 있어서 Zr의 함유량은 0.15질량% 이하(0%를 포함함), Cr의 함유량은 0.40질량% 이하(0%를 포함함)로 한정된다.Zr and Cr are contained as an inevitable impurity in the aluminum alloy and can be added if necessary. In either case, the content of Zr in the aluminum alloy sheet according to the present invention is 0.15 mass% or less (including 0%), Cr Is limited to 0.40 mass% or less (including 0%).

Zn: 0.3질량% 이하Zn: 0.3 mass% or less

Zn은 증기압이 낮기 때문에, 레이저 용접 시에 비산하여 주위를 오염시키기 쉬워, 알루미늄 합금판의 레이저 용접성을 나쁘게 한다. 따라서, Zn의 함유량은 0.3질량% 이하(0%를 포함함)로 규제한다.Since the vapor pressure of Zn is low, it is scattered at the time of laser welding to easily contaminate the periphery, which deteriorates the laser weldability of the aluminum alloy plate. Therefore, the content of Zn is regulated to 0.3 mass% or less (including 0%).

(알루미늄 합금판의 제조)(Production of aluminum alloy plate)

본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, 예컨대 다음 공정으로 제조할 수 있다.The aluminum alloy sheet according to the present invention can be produced, for example, by the following process.

소정 성분의 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 주괴를 제작하고, 이 주괴에 면삭(面削)을 실시한 후에, 480℃ 이상이고 또한 알루미늄 합금의 융점 미만인 온도에서 균질화 열 처리를 실시한다. 다음으로, 이 균질화 열 처리된 주괴를 열간 압연 및 냉간 압연하여 압연판을 제작한다. 그리고, 알루미늄 합금판의 O재를 제작하는 경우에는, 이 압연판을 300∼450℃의 온도역으로 가열하고, 0.5시간 이상 유지하는 소둔을 실시한다. H재를 제작하는 경우에는, O재를 추가로 20∼50% 정도의 압연율로 냉간 압연한다.An ingot is produced by dissolving and casting an aluminum alloy of a predetermined component and subjected to homogenizing heat treatment at a temperature of 480 DEG C or higher and lower than the melting point of the aluminum alloy after the ingot is subjected to surface cutting. Next, the homogeneous heat treated ingot is hot rolled and cold rolled to produce a rolled plate. Then, in the case of manufacturing the O material of the aluminum alloy sheet, the rolled sheet is annealed in a temperature range of 300 to 450 캜 and maintained for 0.5 hours or more. In the case of manufacturing H material, the O material is further cold-rolled at a rolling rate of about 20 to 50%.

(알루미늄 합금판의 내력)(Strength of aluminum alloy plate)

본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, O 또는 H의 질별로 대형 각통 전지 케이스로 성형된다. 상기 조성에 있어서, O재의 내력값은 거의 50∼110MPa가 된다. O재는 연질이기 때문에 가공하기 쉽고, 드로잉 및 아이어닝 가공에 의한 대형 각통 전지 케이스로의 성형이 용이하다. 또한, O재의 내력은 약간 낮지만, 성형 가공에 수반하는 가공 경화에 의해서, 성형 후의 전지 케이스의 강도를 충분히 향상시킬 수 있다.The aluminum alloy sheet according to the present invention is formed into a large square cell case by the quality of O or H. In the above composition, the proof value of the O material is approximately 50 to 110 MPa. O material is easy to process because it is soft, and it is easy to form into a large square cell case by drawing and ironing. In addition, although the proof strength of the O material is slightly low, the strength of the battery case after molding can be sufficiently improved by the work hardening accompanying the molding process.

전지 케이스의 강도를 조금이라도 높이기 위해서는, 알루미늄 합금판의 질별을 H로 하는 것이 유효해진다. 한편, H재는 O재와 비교하여 성형성의 저하는 부정할 수 없어, 성형 시에 균열이 생기기 쉽다. H재의 내력값을 160∼260MPa의 범위 내로 조정하는 것에 의해, 전지 케이스의 강도를 향상시키고, 또한 성형 시의 균열을 방지할 수 있다.In order to increase the strength of the battery case even slightly, it is effective to set the quality of the aluminum alloy plate to H. On the other hand, the H content can not deny the lowering of the moldability as compared with the O material, and cracks are likely to occur at the time of molding. The strength of the battery case is adjusted to be within the range of 160 to 260 MPa to improve the strength of the battery case and to prevent cracking at the time of molding.

(레이저 용접)(Laser welding)

차재용 등의 리튬 이온 이차 전지에 적합한 대형 각통 전지 케이스는, 저면의 단폭 10mm 이상, 장폭 70mm 이상, 높이 60mm 이상인 유저 각통이 이용된다. 본 발명이 대상으로 하는 대형 각통 전지 케이스도 이 사이즈를 갖는 것으로 한다. 이 대형 각통 전지 케이스는 용접 부위의 두께가 0.5∼2.0mm 정도이고, 레이저 용접에 있어서 0.5∼1.0mm 정도의 용입 깊이가 요망되고 있다. 이 용입 깊이를 얻기 위해서는, 연속 발진(CW)식 레이저 용접이 적합하게 이용되고, 또한 본 발명에 따른 알루미늄 합금판을 성형한 대형 각통 전지 케이스는, 연속 발진(CW)식 레이저 용접에 있어서 우수한 용접성을 나타낸다. 연속 발진(CW)식 레이저 용접에는 키홀(keyhole)형과 열전도형이 있고, 깊은 용입 깊이가 얻어지는 키홀형이 바람직하다.A large square battery case suitable for lithium ion secondary batteries such as automobiles has a bottom width of 10 mm or more, a width of 70 mm or more, and a height of 60 mm or more. The large square battery case to which the present invention is applied is also assumed to have this size. This large square battery case has a thickness of about 0.5 to 2.0 mm at the welding site, and a penetration depth of about 0.5 to 1.0 mm is desired in laser welding. In order to obtain this penetration depth, a continuous-oscillation (CW) type laser welding is suitably used, and a large-sized square battery case in which an aluminum alloy plate according to the present invention is molded has good weldability . A keyhole type having a keyhole type and a thermally conductive type and capable of obtaining a deep penetration depth is preferable for continuous wave (CW) laser welding.

한편, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판의 레이저 용접에는, 펄스 레이저나, 펄스 레이저와 연속 발진(CW)식 레이저의 병용 방식도 적용할 수 있다.On the other hand, in the laser welding of the aluminum alloy plate according to the present invention, a pulsed laser or a combination of a pulse laser and a continuous oscillation (CW) laser can be used.

실시예Example

표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 주괴로 하고, 이 주괴에 면삭을 실시한 후에, 550℃에서 4시간의 균질화 열 처리를 실시했다. 이 균질화한 주괴에 열간 압연과, 추가로 냉간 압연을 실시하여 판 두께 1.0mm의 알루미늄 합금판으로 했다. 냉간 압연 후의 압연판을 370℃로 가열하고, 이 온도로 4시간 유지하는 배치식 소둔을 실시하여, 특성 평가의 판재(O재)로 했다. 또한, H재에 대해서는, 열간 압연과, 추가로 냉간 압연을 실시하여 판 두께 1.4mm로 하고, O재의 배치 소둔과 동일한 조건에서 중간 소둔을 실시한 후에, 추가로 냉간 압연으로 판 두께 1.0mm의 알루미늄 합금판으로 하여, 특성 평가의 판재로 했다.An aluminum alloy having the composition shown in Table 1 was melted and cast to obtain an ingot, and the ingot was subjected to a homogenizing heat treatment at 550 DEG C for 4 hours. This homogenized ingot was subjected to hot rolling and further cold rolling to obtain an aluminum alloy sheet having a thickness of 1.0 mm. The rolled sheet after cold rolling was heated to 370 占 폚 and held at this temperature for 4 hours to perform batch annealing to obtain a sheet material (O material) for evaluation of characteristics. The H material was hot rolled and further subjected to cold rolling to obtain a sheet having a thickness of 1.4 mm and subjected to intermediate annealing under the same conditions as the batch annealing of the O material and further subjected to cold rolling to obtain aluminum Alloy plate, and was used as a plate for evaluation of properties.

제조한 알루미늄 합금판(O재, H재)을 이용하여, 하기 요령으로 인장 시험, 성형성 평가 시험 및 용접성 평가 시험을 행했다. 그 결과를 표 1, 2에 나타낸다.A tensile test, a formability evaluation test, and a weldability evaluation test were conducted using the aluminum alloy plate (O material, H material) produced in the following manner. The results are shown in Tables 1 and 2.

(인장 시험)(Tensile test)

각 평가 판재로부터 압연 방향이 세로 방향이 되도록 JIS5호 인장 시험편을 잘라내고, JIS Z 2241의 규정에 준거하여, 주식회사 시마즈 제작소(SHIMADZU CORPORATION)제 상치형(床置形) 만능 인장 시험기 AG-I로 인장 시험을 행하여, 내력을 구했다. 크로스헤드(crosshead) 속도는 5mm/분이고, 시험편이 파단될 때까지 일정한 속도로 행하여, 각각 5회 측정하고 평균값으로 산출했다.JIS No. 5 tensile test specimens were cut out from each of the evaluation plates so that their rolling directions were in the longitudinal direction and were subjected to tensile test with AG-I, The test was carried out to obtain the history. The crosshead speed was 5 mm / min, and the test specimens were cut at a constant speed until they were broken, and each was measured five times and calculated as an average value.

(성형성 평가 시험)(Moldability Evaluation Test)

각 평가 판재로부터 타원형의 블랭크판을 장축이 압연 방향과 평행이 되도록 잘라내고, 순차 이송형의 프레스기를 이용하여 드로잉 및 아이어닝 가공을 전체 11공정으로 행하고, 측벽의 아이어닝 가공률을 30%로 하여, 저면의 세로폭이 20mm, 저면의 가로폭이 200mm, 높이가 150mm인 상자체의 각통 전지 케이스(케이스 본체)를 성형했다.The elliptical blank plate was cut out from each evaluation plate so that the major axis thereof was in parallel with the rolling direction. Drawing and ironing were performed in a total of eleven processes using a progressive-transfer type press machine, and the ironing rate of the side walls was set at 30% To form a rectangular cell case (case body) having a rectangular shape with a bottom width of 20 mm, a bottom width of 200 mm and a height of 150 mm.

이 때, 균열이 없이 성형 가능하고, 성형 후에 소부에 기인하는 표면의 변색이나 세로 줄무늬 모양이 없는 것을 성형성이 우수하다고 하여 합격 「◎」로 평가하고, 균열이 없이 성형 가능하고, 약간의 표면의 변색이나 세로 줄무늬 모양이 발생한 것을 성형성이 양호하다고 하여 합격 「○」으로 평가하고, 성형 시에 균열이 발생한 것 또는 현저한 변색이나 세로 줄무늬가 발생한 것을 성형성이 불량하다고 하여 불합격 「×」로 평가했다.In this case, it is possible to mold without cracking, and that there is no discoloration or vertical stripe pattern on the surface caused by the firing after molding, and it is evaluated as &quot; , And it was evaluated as &quot; Good &quot; because of the good moldability, and it was judged that a crack occurred in the molding or a remarkable discoloration or vertical stripe occurred. I appreciated.

(용접성 평가 시험)(Weldability Evaluation Test)

각 평가 판재로부터 30mm×100mm 사이즈의 시험편을 잘라내고, 연속 발진식 섬유 레이저(IPG 포토닉스 재팬 주식회사제, 형식: YLR-10000)를 열원으로 한 용접 가공기를 이용하여, 90mm 용접 길이로 비드 온 플레이트(bead-on-plate) 용접했다. 용접 조건은 레이저 출력 1.5∼2.0kW, 용접 속도 10.0m/분, 전진각 5deg.이고, 용접부의 용입 깊이가 0.7∼0.8mm가 되도록 레이저 출력을 조정했다.Test specimens having a size of 30 mm x 100 mm were cut out from each of the evaluation plates, and the specimens were cut into bead-on-plates (lengths of 90 mm) by using a welding machine using a continuous oscillation type fiber laser (IPG Photonics Japan KK, model: YLR- bead-on-plate). The laser output was adjusted so that the laser output was 1.5 to 2.0 kW, the welding speed was 10.0 m / min, the forward angle was 5 deg., And the penetration depth of the welded portion was 0.7 to 0.8 mm.

각 시험편의 용접 비드부에 대하여, 하기 요령으로 용접 외관의 평가와 방사선 투과 시험을 행했다.The weld bead portion of each test piece was evaluated for weld appearance and subjected to a radiation transmittance test in the following manner.

<용접 외관의 평가> &Lt; Evaluation of welding appearance >

용접 비드부에 대하여, 용접 균열의 유무, 용접 비드폭의 균일성, 언더컷의 유무, 및 용접 스패터 부착의 유무를 관찰했다. 그 결과, 용접 비드부에 균열의 발생 없이 용접 비드폭이 균일하고, 용접 비드부에 언더컷, 범핑(突沸)부, 및 직경이 1mm 이상인 스패터 부착이 보이지 않은 것을 용접 외관이 양호 「◎」로 평가하고, 직경이 1mm 이상인 스패터 부착이 90mm 용접 길이에 대하여 1개소만 보였지만, 균열의 발생이 없고, 용접 비드폭이 균일하며, 비드부에 언더컷이나 범핑부가 보이지 않은 것을 허용 범위 「○」로 평가하여, 「◎」와 「○」를 합격으로 하고, 그 이외는 전부 용접 외관이 불량하다고 하여 불합격 「×」로 평가했다.The presence of welding cracks, the uniformity of the weld bead width, the presence of undercuts, and the presence of welding spatter were observed with respect to the weld bead portion. As a result, it was found that the weld bead width was uniform without causing cracks in the weld bead portion, and the undercut, bumping portion, and spatter attachment with a diameter of 1 mm or more were not found in the weld bead portion. The welding spots having a diameter of 1 mm or more were observed at only one position with respect to the welding length of 90 mm. However, no cracks were observed, the weld bead width was uniform, and no undercut or bump was found at the bead portion. The results were evaluated as "⊚" and "◯", and all other welds were judged as "x" because the welding appearance was poor.

<방사선 투과 시험><Radiation Permeation Test>

이 시험은 용접 비드 내의 흠집(기공 등)을 검사하는 것으로, JIS Z 3105에 준거하여 행했다. 흠집 개수가 JIS Z 3105의 부속서에 규정된 4단계 평가의 1, 2류로 분류되는 용접 비드를 양호하다고 하여 합격 「○」로 평가하고, 3, 4류로 분류되는 것을 결점 있음으로 하여 불합격 「×」로 평가했다.This test was conducted in accordance with JIS Z 3105 to check for scratches (pores, etc.) in the weld bead. The number of scratches was judged as "OK" because the weld beads classified as Classes 1 and 2 of the 4-step evaluation specified in the annex to JIS Z 3105 were evaluated as satisfactory, and those classified as Classes 3 and 4 were evaluated as " Respectively.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

표 1, 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼21은 합금 조성이 본 발명의 규정을 만족하고, O재, H재의 내력값이 본 발명의 규정 범위 내이며, 성형성 및 레이저 용접성이 O재, H재 모두 우수하다. Ti, B 함유량 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 다른 것보다 약간 적은 실시예 2, 5, 8, 11, 17, 18, 20은, 레이저 용접성이 특히 우수하다.As shown in Tables 1 and 2, in Examples 1 to 21, the alloy composition satisfies the requirements of the present invention, the strength values of O material and H material are within the range of the present invention, , H are all excellent. Examples 2, 5, 8, 11, 17, 18, and 20 in which either or both of Ti and B contents are slightly different from each other are particularly excellent in laser weldability.

한편, 비교예 1은 Mn 함유량이 과소하기 때문에 내력값이 O재, H재 모두 낮다. 이 때문에, 제품인 전지 케이스의 강도가 부족하다.On the other hand, in Comparative Example 1, since the Mn content is excessively low, the proof value is low in both the O and H materials. For this reason, the strength of the battery case as a product is insufficient.

비교예 2는 Mn 함유량이 과잉이기 때문에, O재, H재 모두 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, Mn을 포함하는 조대한 금속간 화합물이 생성되었기 때문이라고 생각된다.In Comparative Example 2, since the Mn content was excessive, cracks occurred in all of the pressed material and the pressed material. This is probably due to the formation of a coarse intermetallic compound containing Mn.

비교예 3은 Mg 함유량이 과잉이기 때문에, H재에 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, 가공 경화에 의해 강도가 지나치게 높아졌기 때문이라고 생각된다. 또한, O재, H재 모두 용접 비드부에 균열이 발생하고, 또한 불규칙적인 비드가 발생하여 비드폭이 불균일해져, 용접 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.In Comparative Example 3, since the Mg content was excessive, cracks were generated in the pressing process. This is presumably because the strength was excessively increased due to work hardening. Further, cracks occurred in the weld bead portions of both the O and H welds, irregular beads were generated, and the bead widths became uneven, and many scratches such as pores were detected in the weld beads.

비교예 4는 Cu 함유량이 과잉이기 때문에, O재, H재 모두 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, 가공 경화에 의해 강도가 지나치게 높아졌기 때문이라고 생각된다. 또한, O재, H재 모두 용접 비드부에 균열이 발생하고, 불규칙적인 비드가 발생하여 비드폭이 불균일해져, 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.In Comparative Example 4, since the Cu content was excessive, cracks occurred in the press working of both of the O and H materials. This is presumably because the strength was excessively increased due to work hardening. Further, cracks occurred in the weld bead portions of both the O material and the H material, irregular beads were generated, and the bead width became uneven, and many scratches such as pores were detected in the beads.

비교예 5는 Si 함유량이 과잉이기 때문에, O재, H재 모두 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, Si를 포함하는 조대한 금속간 화합물이 생성되었기 때문이라고 생각된다. 또한, O재, H재 모두 용접 비드부에 균열이 발생하고, 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.In Comparative Example 5, since the Si content was excessive, cracks occurred in the press working of both of the O material and the H material. This is probably due to the formation of a coarse intermetallic compound containing Si. Further, cracks were generated in the weld bead portions of both the O material and the H material, and many scratches such as pores were detected in the beads.

비교예 6은 Ti 및 B 함유량이 과잉이기 때문에, 비교예 7, 8은 B 함유량이 과잉이기 때문에, 어느 것이나 O재, H재 모두에 불규칙적인 비드가 발생하여 비드폭이 불균일해져, 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.In Comparative Example 6, since the content of Ti and B is excessive, in Comparative Examples 7 and 8, since the B content is excessive, irregular beads are generated in all of the O material and the H material and the bead width becomes uneven, A lot of scratches were detected.

비교예 9는 Zr 함유량이 과잉이기 때문에, 비교예 10, 11은 Cr 함유량이 과잉이기 때문에, 비교예 12는 Fe 함유량이 과잉이기 때문에, 어느 것이나 O재, H재 모두에 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는, 모두 조대한 금속간 화합물이 생성되었기 때문이라고 생각된다.In Comparative Example 9, since the Zr content is excessive, in Comparative Examples 10 and 11, since the Cr content is excessive, in Comparative Example 12, since the Fe content is excessive, cracks are generated in all of the O material and the H material during press working did. This is probably because coarse intermetallic compounds were produced.

비교예 13은 Zn 함유량이 과잉이기 때문에 용접 스패터가 부착되고, 또한 비드 내에 기공 등의 흠집이 많이 검출되었다.In Comparative Example 13, since a Zn content was excessive, a weld spatter adhered, and a lot of scratches such as pores were detected in the bead.

비교예 14, 15는 Si/Fe 함유량비가 과잉이기 때문에, 어느 것이나 O재, H재 모두에 프레스 가공에서 균열이 발생했다. 이는 Si를 포함하는 금속간 화합물이 많이 형성되었기 때문이라고 생각된다.In Comparative Examples 14 and 15, since the Si / Fe content ratio was excessive, cracks occurred in all of the O material and the H material during press working. This is thought to be due to the formation of many intermetallic compounds including Si.

Claims (7)

Mn: 0.5∼1.5질량%, Cu: 0.7∼1.2질량%, Mg: 0.2질량% 미만(0%를 포함하지 않음), Si: 0.05~0.3질량%, Fe: 0.1질량% 이상 0.8질량% 미만을 함유하고, Si/Fe 질량비가 3.0 미만이며, 잔부 Al 및 불가피 불순물로 이루어지는, 레이저 용접성이 우수한 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판.Wherein the content of Mn is 0.5 to 1.5 mass%, the content of Cu is 0.7 to 1.2 mass%, the content of Mg is less than 0.2 mass% (excluding 0 mass%), the content of Si is 0.05 to 0.3 mass%, the content of Fe is 0.1 mass% An aluminum alloy plate for a large square battery case having a Si / Fe mass ratio of less than 3.0, the remaining Al and inevitable impurities having excellent laser weldability. 제 1 항에 있어서,
Ti: 0.02질량% 미만, B: 20질량ppm 미만을 함유하는 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
The method according to claim 1,
Ti: less than 0.02 mass%, and B: less than 20 mass ppm.
제 1 항에 있어서,
Zr: 0.15질량% 이하, Cr: 0.40질량% 이하인 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
The method according to claim 1,
0.15 mass% or less of Zr and 0.40 mass% or less of Cr, based on the total mass of the aluminum alloy plate.
제 1 항에 있어서,
Zn: 0.3질량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
The method according to claim 1,
And Zn: 0.3 mass% or less.
제 1 항에 있어서,
연속 발진식 레이저 용접에 의한 용접성이 우수한 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
The method according to claim 1,
And an aluminum alloy plate for a large-angle-sided battery case, which is excellent in weldability by continuous oscillation type laser welding.
제 1 항에 있어서,
내력값 50∼110MPa의 O재인 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
The method according to claim 1,
And an O-value of from 50 to 110 MPa.
제 1 항에 있어서,
내력값 160∼260MPa의 H재인 것을 특징으로 하는 대형 각통 전지 케이스용 알루미늄 합금판.
The method according to claim 1,
And a strength value of 160 to 260 MPa.
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